17.4. Функциональный преобразователь угол - код с сельсином

Известные преобразователи угол — амплитуда — код с сельсином в качестве первичного преобразователя не позволяют получить одновременно с кодом угла яоды синуса и косинуса [3]. Кроме того, в них содержится много аналоговых узлов, которые вносят погрешности преобразования, а непосредственное кодиро­вание амплитудных значений напряжений требует сложного АЦП и наклады­вает ограничения на разрешающую способность. Поэтому обычно при построение функциональных преобразователей с сельсинами их выходные сигналы трансфор­мируют в формат СКВТ (см. § 9.1), а затем производят дальнейшее преобразо­вание.

Такое построение помимо определенного усложнения и технологических труд­ностей, связанных с миниатюризацией трансформатора Скотта, сопряжено и с появлением дополнительной погрешности преобразования выходного сигнала сельсина в формат СКВТ. Эта погрешность достигаетчто недопустимо в ЦПУ высокой точности. Аналогичными точностными показателями обладают и угло­вые генераторы на ОУ [55].

В связи с вышеизложенным представляет интерес построение функциональ­ного ЦПУ с первичным преобразователем на основе сельсина и отсчетной частью, обеспечивающей непосредственное преобразование его выходных сигналов в коды [а. с. 520607 (СССР)]. Функциональная схема такого преобразователя пред­ставлена на рис. 17.11.

Преобразователь угол — код содержит трансформатор питания ТП, сельсин-датчик СД, фазочувствительный выпрямитель ФЧВ, блоки компараторов К1 н К2, формирователь управляющих импульсов ФУИ, блок определения сектора БОС, коммутатор КР, блок подбора кода ВПК, реверсивные счетчики РС1 и РС2, мультиплексоры МР1 и MP2_t блок памяти БП, цифро-аналоговый преоб­разователь ЦАП, выпрямитель В для ЦАП, устройство сравнения УС, элемент Я, генератор тактовых импульсов ГТИ.

На обмотку возбуждения СД подается опорное напряжение от 777, в кото­ром предварительно производится сдвиг фазы напряжения для устранения си­стематического фазового сдвига между напряжениями опорным и синхронизации.

Выпрямитель В для ЦАП необходим для уравновешивания нестабильности напряжений синхронизации соответствующим изменением эталонного напряжения питания, подаваемого на ЦАП. Для исключения ошибок из-за нелинейности ана­логовых элементов при небольших значениях мгновенных напряжений синхрони­зации, которые могут привести к выходу из синхронизации, применяются УС и элемент И.

Преобразователь угол—код работает следующим образом.

Определение угла 0 поворота ротора СД производится в два этапа. На пер­вом этапе определяется 30-градусный сектор, в пределах которого находится ротор. На втором этапе определяются код угла внутри найденного сектора, полный угол и одновременно его тригонометрические функции синус и косинус. После выпрямления ФЧВ огибающие напряжений синхронизации подаются в К1 и К2, где они соответственно сравниваются с напряжением, пропорци­ональным косинусу угла в секторе с ЦАП и друг с другом. Компараторы настроены таким образом, что если напряжение на первом входе превышает напряжение на втором входе, то на выходе появляется положи­тельный потенциал. Если напряжения на входах равны, то на выходе будет нулевой потенциал. Полученные после сравнения величины в виде шн-ротно-импульсных и фазо-временных значений однозначно определяют угло­вое положение ротора СД.

Весь интервал изменения угла 0—360° разбивается на 12 секторов, в ко­торых одно из трехфазных напряжений синхронизации аналогично изменению синуса или косинуса в интервале 30—60°. На этом участке огибающая напря­жений синхронизации имеет достаточную крутизну, что определяет нежест­кие требования к характеристикам компараторов, а дрейф нулевого уровня и нелинейность аналоговых элементов незначительно влияют на погрешность. Результат сравнения с трех компараторов К2 подается на БОС, дешифратор которого определяет сектор. В зависимости от номера сектора происходит выбор фазы напряжения сравнения с KI и одновременное преоб­разование позиционного номера найденного сектора в цифровое значение его

нижней границы (0, 30, 60, 90 .... 330°) и определение знака наклона, про­изводной огибающей на данном секторе, а в зависимости от знака с БОС ус­танавливается в РС2 код 30° или 60° соответственно. В РС1 записывается цифровой код выбранного сектора. С БОС сигнал, подаваемый на КР, выби­рает соответствующий результат сравнения (сигнал рассогласования), послед­ний подается на БПК, предназначенный для пропускания тактовых импуль­сов на вычитающие или суммирующие входы реверсивных счетчиков PC1 и РС2.

Исходя из вышеизложенного угол поворота ротора СД в пределах 30-градусного сектора определяется по той фазе, огибающая напряжения кото­рой изменяется в пределах этого сектора аналогично изменению функции синуса или косинуса 30—60°. Состояние РС2 определяет угол в пределах выбранного 30-градусного сектора. Состояние РС1 определяет угол поворота ротора СД. Коды с выходов PC1 и РС2 через MP1 подаются в качестве адреса в БП. На его выходах появляется код синуса и косинуса. ЦАП пре­образует код синуса в аналоговую величину, которая сравнивается в БК1 С огибающей напряжений каждой фазы синхронизации. В случае, если напря­жение с ЦАП больше огибающей выбранного напряжения, на выходе КР по­является положительный потенциал, БПК пропускает тактовые импульсы на суммирующий вход РС2, содержимое его увеличивается и растет напряжение с ЦАП. Если напряжение ЦАП меньше величины огибающей или равно ей, то тактовые импульсы поступают на вычитающий вход РС2 и процесс про­текает в обратном порядке. При положительном наклоне огибающей счетчики работают в одном направлении, при отрицательном — в противоположном. Изменение направления счета с прямого на обратный происходит в момент, когда огибающая напряжения выбранной фазы проходит через экстремальные точки. Полное значение утла поворота ротора сельсина-датчика определяется по содержимому РС1 путем суммирования значений нижней границы сектора со значением угла в секторе.

При неподвижном роторе СД система обратной связи совершает колеба­ния около истинного значения угла на единицу младшего разряда PCI; MP2 с периодом тактовых импульсов подключает к БП в качестве адреса содержи-ное либо РС1, либо РС2. На выходе БП появляются соответственно код си-нуса в пределах 30—60°, затем код синуса и косинуса угла поворота ротора СД. Блок МР2, жестко синхронизированный с МР1, подает первое значение в ЦАП, вторые значения — на выход преобразователя, куда одновре­менно подается код угла Ф поворота СД из РС1. При вращении ротора СД происходят соответствующие изменения состояния дешифратора БОС и опи­санный выше процесс слежения.

ГЛАВА ВОСЕМНАДЦАТАЯ