17.3. Реализация специальных преобразования

При построении аналого-цифровых устройств, выполняющих операции с век­торами, находят применение преобразователи угла поворота СКВТ в код, про­порциональный квадрату угла [51]. В этом случае преобразование выполняется совмещенным с математической операцией.

Функциональная схема такого ЦПУ представлена на рас. 17.7 [а. с. 595757 (СССР).].

Схема содержит: операционные усилители ОУ1—ОУ7, масштабный резистор Rм, ЦАП1, ЦАП2, коммутаторы компенсационных и входного напряжения KKH и KBH, регистры управления RG1—RG4, схему сравнения СС, синхрони­зирующее устройство СУ, делитель тактовых импульсов ДТИ, распределитель­ное устройство РУ н ключи Кл1, Кл2.

Масштабные резисторы в схеме имеют следующие значения:

где

Работа преобразователя происходит в два цикла.

Первый цикл является подготовительным и служит для преобразования си­нусно-косинусных напряжений в код функции тангенса половинного угла. При этом кодирование выполняется в соответствии с зависимостью (17.6).

или, заменяя его кодовым эквивалентом , получаем

С учетом построения преобразователя как устройства с обратной связью, где сравниваются разнополярные сигналы, зависимость (17.6) преобразуется к виду

В указанном соотношении знаки перед составляющими сохраняются посто­янными за счет инверсии только синусного напряжения, так как весь диапазон последующего квадратичного преобразователя составляет ±90°. В пределах этого диапазона знак составляющей косинусного напряжения не изменяется.

Перед вторым циклом полученное значение кода функции тангенса половинного угла устанавливается на дополнительном линейном ЦАП]. Это позволяет формировать на выходе четвертого н пятого усилителей напря­жения в прямой и обратной фазах одновременно.

Во втором цикле происходит реализация квадратичной функции на основе приближенной зависимости

где— масштабные коэффициенты угла поворота.

Заменяя константу черезполучаем

Подставляя вместоего кодовый эквивалент,и вместо

его кодовый эквивалентполучаем

При указанных значениях коэффициентоввоспроизведение квадратичной зависимости от угла поворота в диапазоне 0±80° выполняется с по­грешностью, не превышающей

В том случае, когда такая точность преобразования недостаточна, может быть применено иное построение [а, с. 922850 (СССР)] отсчетной части, позво­ляющее снизить методическую погрешность воспроизведения квадратической за­висимости угла более чем в 2 раза.

Преобразователь (рис. 17.8) содержит масштабные резисторы МР1—МР6, имеющие сопротивление R; операционные усилители ОУ1—ОУ3; переключатели П1-П4; резистивные делители РД1, РД2; резисторы R5—R7; усилитель тока УТ; повторитель напряжения ПН; ЦАП1 и ЦАП2, состоящий из блока сравне-нения ВС, регистра последовательных приближений RG и ЦАПЗ; блок управле­ния БУ; блок автоматической синхронизации БАС и блок сетевой синхрониза­ции БСС.

Усилители ОУ2 и ОУЗ подключены соответственно к входной и компенса­ционной шинам ЦАП2. Преобразователь применяется без встроенного эталонно­го источника. В качестве этого источника используется ОУЗ, формирующий ком­пенсационное напряжение. Масштабные резисторы в схеме имеют следующие значения:

В блоке автоматической синхронизации суммируются по модулю синусное и косинусное напряжения СКВТ и вырабатывается импульс синхронизации в момент перехода суммарного напряжения через нуль.

На вход БСС поступает сетевое напряжениеиспользуемое для формиро­вания синфазного логического сигнала, т. е. в нем единичный уровень пропор­ционален положительному полупериоду сетевого напряжения. В БУ путем стро-бнрования выделяется начало единичного уровня, которое достаточно точно сов­падает с переходом через нуль от отрицательного к положительному полуперио­ду сетевого напряжения.

С выхода преобразователя напряжение — код снимается код пропорциональный квадратичной зависимости угла поворота 0.

Формирование угла поворота СКВТ в двоичный код, пропорциональный квадрату угла, состоит из двух циклов кодирования.

В первом, подготовительном цикле производится определение тангенса по­ловинного угла согласно типовому тригонометрическому соотношению для диа­пазона 0-90° [(17.6), (17.12)].

Во втором цикле полученное в коде значение тангенса половинного угла используется в соотношении

где— постоянные масштабные коэффициенты для всего диапазона форми-

рования квадратичной зависимости В приведенном соотношении (17.17)

Для реализации по структурной схеме (рис. 17.8) зависимость (17.6) пре­образуется к виду

Зависимость (17.18) преобразуется подстановкой значения константы для диа­пазона 0—90°, равнойоткуда

Согласно (17.19) происходит формирование квадратичной зависимости.

Устройство работает следующим образом.

Формирование квадратичной зависимости начинается с первого подготови-. тельного цикла, в котором согласно (17.18) определяется код тангенса половин­ного угла (17.17).

После окончания первого цикла на ЦАП1 и ЦАПЗ устанавливается код тан­генса половинного угла. При достижении уравновешивания блок управления вы­рабатывает управляющие сигналы второго цикла. На ЦАП1 сохраняется полу­ченное значение тангенса половинного угла, а ЦАП2 обнуляется.

Во втором цикле преобразование происходит согласно (17.19). При этом синусное напряжение от ОУ1 поступает на РД1, где суммируется с выходным напряжением УТ. Благодаря наличию двух отрицательных обратных связей через

где — входное синусное напряжение;— выходное напряжение усилителяеля тока;—код, пропорциональный тангенсу половинного угла,

^или

где что соответствует значениям коэффициентов всоотношении (17.19).

В результате поразрядного уравновешивания ЦАП2 формируется код, про­порциональный квадратичной зависимости угла поворота датчика.

Например, для фактическое значение составляет 0,051996, а расчетное 0,051883. Таким образом, для выбранного значения угла погрешность со­ставляет Методическая погрешность ЦПУ в диапазонесоставляет

В том случае, когда необходимо на выходе ЦПУ воспроизвести разрывные или двузначные функции, можно использовать структуру построения [а. с. 550664 (СССР)], обладающую расширенными функциями.

Функциональная схема такого ЦПУ представлена на рис. 17.9 и содержит CKBT, делители напряжения ДН1—ЦН4, селектор октанта СО, включающий усилители ОУ1—ОУЗ и ключи Кл1—Кл4; АЦП и функциональный генератор ФГ.

Преобразователь работает следующим образом.

Выходные сигналы СКВТ поступают через ДН1 и ДН2 на СО. При равных иежду собой коэффициентах деления делителей напряжения в режиме работы линейного преобразоватея при преобразуемом угле 0 от 0 до (в первом ок­танте) в селекторе-окгантов открыты Кл1 и Кл2; при преобразуемом угле 0 от ₍во втором октанте) открыты Ка3 и Кл4. Переход от первого октан­та ко второму фиксируется равенством по модулю сигналов на входах АЦП.

На АЦП поступают разнополярные сигналы, причем на одян вход большей величины, чем на другой. Сигнал на одном входе выполняет роль эталонного напряжения, а на другом — измеряемого. На выходе АЦП формируется ход отношения сигнала на одном входе к сигналу на другом входе. Численное зна­чение кода записывается следующим образом:

Функциональный генератор реализует выражения

и

где т—значение кода на выходе преобразователя; п — масштабный коэффи­циент; 0 — измеряемый угол.

В результате значение кода на выходе преобразователя примет ввдт. е. имеет место линейное преобразование угла 6.

Если коэффициенты деления делителей не равны друг другу, то значение кода на выходе преобразователя связано с входным углом нелинейной зависи­мостью.

Так, например, если коэффициент деления ДН4 меньше единицы, а у осталь­ных делителей равен единице, то при увеличении угла 0 от нулевого значения на одном входе преобразователя напряжение — код поступает сигнал

— напряжение питания датчика;—коэффициент переда­чиСКВТ по напряжению;—коэффициент деления ДН4.

Напряжение на другом входе преобразователя напряжение — код — Численное значение выходного кода преобразователя напряжение — код равно а численное значение входного кода устройства т=

Моментравенства по модулю сигналов на входахАЦП и соответственно переход к работе по второму октанту наступает при При работе по второму октанту на один вход АЦП поступает сигнала на дру­гой вход

Численное значение выходного кода АЦП равноа численное значение выходного кода устройства

При уменьшении угла 0 момент равенства по модулю сигналов на входах АЦП и соответственно переход к работе по первому октанту наступает приТаким образом, выходной код устройства связан с углом неоднозначной гисте-резисной зависимостью, для представленной на рис. 17:10 Тан же представлены примеры генерируемых устройством функций пригде коэффициенты деления делителей обозначены соответственно их числовым индексам.