18.2. Функциональный цпу с параллельным преобразованием

При умеренных требованиях к точности получения кодов проекций и повышенных требованиях к быстродействию ЦПУ рациональным является построение ЦПУ (рис. 18.3), предусматривающее параллельное получение ко­дов угла и его проекций. Такие требования предъявляются к ЦПУ, формирую­щим сигналы обратной связи в безредукторных цифровых приводах робо­тов [68).

Повышение быстродействия преобразователя достигается за счет того, что выходные сигналы СКДУ, приведенные в первый квадрант двумя блоками перемены знака и в первый октант блоком перемены функций, преобразуются одновременно тремя АЦП в коды модулей синуса и косинуса угла СКДУ

и в код тангенса угла, приведенного в первый октант, который при помощи ПЗУ и блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ преобразуется в младшие разряды кода угла СКДУ. При этом время преобразования в код угла и коды его проекций определяется длительностью цикла АЦП.

На рис. 18.4 приведены диаграммы, поясняющие работу предлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержит СКДУ, два блока перемены знака БП31 и ВПЗ2, блок перемены функций БПФ, три АЦП1—АЦПЗ, три регистра RG1— RG3, ПЗУ, логический блок ЛБ, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ1, генератор импульсов три компаратора К.1 — КЗ, три коммутатора КР1 — КРЗ, два усилителя У1 и У2, два элемента 2 и 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Введены следующие обозначения: 0 —угол поворота СКДУ; —угол 0, приведенный в первый октант; —нормированное напряжение питанияСКДУ; — соответственно напряжение и двоичный код навыходеэле­мента; m — разрядность АЦП.

Выходные сигналы СКДУ подключены к входам БП31 и БП32, идентичных по построению и состоящих из компараторов KI и КЗ типа К521САЗ, коммутаторов К1 и КЗ ИМС типа К590КН4 и усилителей У1 в У2 ИМС типа К153УД6. Напряжения сравниваются на К1 и КЗ с нулевым уровнем напряжения, в результате чего на первых выходах БП31 и БП32 формируются логические сигналы, соответствующие знакам синусного н косинусного напряжений

Нулевой уровень соответствует положительному, а единичный — от-

рицательному значению напряженийКоммутаторы KPI и КРЗ управ-

ляются по знаку функций, выявленному на К1 и КЗ. Тем самым при

в усилителях У1 и У2 обеспечивается прямая, а при

инверсная передача напряжении на вторые выходы БП31 и БП32, т. е. форми­руются модули напряжений

Сигналы со вторых выходов БП31 и БП&2 подключены к первому и второму входам БПФ, состоящего из компаратора К2 и коммутатора КР2. Напряжения сравниваются на К2, в результате чего на первом выходе БПФ формируется логический сигналпринимающий значения

Коммутатор КР2 управляется сигналом таким образом, что на втором и третьем выходах БПФ формируются напряжения, пропорциональные синусу я косинусу угла т. е.

Сигналы со второго и третьего выходов БПФ поступают соответственно на измерительный и опорный входы АЦП2 отношения напряжений в код (БИС типа К572ПВ1), на цифровом выходе которого формируется код, пропорцио­нальный тангенсу угла т. е. Напряжения со вторых выходов БП31 и БП32 поступают на измерительные входы соответственно АЦП1 и АЦПЗ отношения напряжений в код. На опорные входы этих АЦП подается норми­рованное напряжение питания СКДУ. На цифровых выходах АЦП1 и АЦПЗ формируются коды, пропорциональные модулям синуса и косинуса угла 9, т. е.

Сигналы с первых выходов БП31 и БП32 и с первого выхода БПФ посту­пают соответственно на первый, второй и третий входы логического блока ЛБ, состоящего из двух элементов 2 и 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (ИМС типа К564ЛП2). На первом и втором выходах ЛБ формируются логические сигна­лы, соответствующие значениям второго и третьего разрядов кода угла 6, т. е.

Код с выхода АЦП2 поступает на вход ПЗУ (БИС типа К505РЕЗ 0054—0056), в котором записаны табличные значения функции арктангенса в диапазоне 0—1 при изменения входного кода от нуля до максимального значения. На выходе ПЗУ формируется код

т. е. код угла р. Код с выхода ПЗУ поступает на первый вход блока 1 элемен­тов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. На его второй вход поступает сигнал со второго выхода ЛБ. На выходе блока 1 формируются младшие разряды кода угла в

Тактовые входы АЦП1 — АЦПЗ подключены к выходу U1 генератора импульсов G. Установочные входы АЦП и регистров RG (ИМС типа К564ИР9) соединены с циклическим выходом АЦП2.

Цифровые выходы АЦП1 и АЦПЗ подключены к первым информационным входам регистров RG1 и RG3, вторые информационные входы которых под­ключены к первым выходам соответственно БП31 и БПЗЗ. Первый, второй, третий и четвертый информационные входы регистра RG2 подключены соот­ветственно к первому выходу БП31, к первому и второму выходам ЛБ и к вы­ходу блока 1 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Преобразователь работает следующим образом.

Выходные сигналы СКДУ сравниваются на компараторах К1 и К2 с нуле­вым уровнем напряжения, в результате чего на первых выходах БП31 и БП32 формируются логические сигналы, соответствующие знакам синусного и коси­нусного напряжений (18.1). Нулевое значение этих сигналов определяет пря­ную, а единичное — инверсную передачу напряжений коммутаторами КР1 к КРЗ н усилителями У1 и У2 на вторые выходы БП31 и БП32, т. е. значения напряжений на этих выходах равны модулям синусного и косинусного напря­жений (1S.2).

Эти напряжения сравниваются на компараторе К2. В результате на первом выходе БПФ формируется логический сигнал, принимающий нулевое значе­ние в 1, 4, 5-м и 3-й октантах н единичное значение во 2, 3, 6-м и 7-м октан­тах согласно (18.3). При нулевом значении этого сигнала коммутатор КР2 обеспечивает прохождение на второй и третий выходы блока соответственно модулей синусного и косинусного напряжений, а при единичном значении, наоборот, — модулей косинусного я синусного напряжений. Тем самый на вто­ром и третьем выходах БПФ формируются синусное и косинусное напряжения, приведенные в первый октант (18.4).

Логический снгнал на первом выходе БП31 совпадает со значением старшего разряда кода угла 9. Второй и третий разряды кода угла 0 форми­руются элементами 1 и 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ логического блока ЛБ в соответствии с (18.5).

Аналого-цифровые преобразователи, управляемые по тактовым входам генератором импульсов, представляют собой циклические АЦП отношения напряжений в код поразрядного уравновешивания. Параллельный циклический режим работы этих АЦП задается подачей сигнала с циклического выхода АЦП2 (ведущего) на установочные входы АЦП1 и АЦПЗ (ведомых). По окон­чании цикла преобразования АЦП2 на его циклическом выходе формируется единичный логический уровень. По отрицательному фронту следующего такто­вого импульса все АЦП устанавливаются в исходное состояние, а на цикли­ческом выходе АЦП2 формируется нулевой логический уровень. Далее за m разрядных тактов происходит процесс поразрядных уравновешиваний в АЦП. В результате на цифровых выходах АЦП1 и АЦПЗ формируются коды, про­порциональные модулям синуса и косинуса угла в, а на цифровом выходе АЦП2 — код, пропорциональный тангенсу угла

Блок ПЗУ совместно с блоком 3 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, управляемым третьим разрядом кода угла 0, осуществляет преобразование кода тангенса угла в младшие разряды кода угла 6 в соответствии с (18.6) и (18.7). При этом на выход этого блока в нечетных октантах (Зр—0) проходит прямой код угла а в четных октантах (3р=1)—инвер­сный код, дополняющий угол до т. е. код угла Код угла с выхода блока 1 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ совместно с кодом октантов дает код угла в. Время этого преобразования, равное сумме времен срабатывания ПЗУ/к блока 3, не превышает длительности (м+2)-го. такта АЦП2. В конце (щ+2)-го такта преобразования по положительному перепаду сигнала с циклического выхода АЦП2 коды модулей и знаки функции синуса и косинуса угла 0 и код угла в записываются в соответствующие регистры. Таким образом, на выходах регистров RG имеются коды синуса и косинуса угла 0 и код угла соответственно (цифровые эквиваленты

Повышение быстродействия предлагаемого преобразователя достигается за счет параллельного преобразования сигналов СКДУ в коды угла и его проекций за время равное циклу АЦП2, Типовое значение 12-разрядного АЦП, построенного, например, на основе БИС типа К572ПВ1, равно 110 мкс [38]. Таким образом, быстродействие такого преобразователя в 3 раза выше, чем преобразователя с разделением во времени (рис. 18.1), и более чем на порядок выше, чем быстродействие ФЦПУ с цифровым осциллятором (рис. 16.1).

Существенное повышение быстродействия ФЦПУ позволяет использовать его в однокаиальной системе с высокой скоростью изменения -угла или в мно­гоканальных системах с ограниченной скоростью изменения входных воздейст­вий в его отдельных каналах.