18.4. Совмещенный функциональный цпу

Рассматриваемый вариант ФЦПУ представляет развитие известного по­строения [54] циклического ЦПУ поразрядного уравновешивания н предусмат­ривает расширение его функциональных возможностей с одновременным повы­шением точности и быстродействия. Его применение возможно в том случае, когда первичный преобразователь допускает питание прямоугольным или тра­пецеидальным напряжением. Расширение функциональных возможностей дости­гается за счет совместного формирования отсчетной частью цифровых экви­валентов угла и его проекций.

Функциональная схема совмещенного ФЦПУ представлена на рис. 18.11.

В качестве первичного датчика используется синусно-косинусный датчик угла СКДУ, содержащий СКВТ, коммутаторы КР1 и КР2, выпрямители В1 и В2. Отсчетная часть ФЦПУ содержит компараторы К1—К4, инвертор Инв1 и блок инверторов Инв2, ПЗУ1 и ПЗУ2, элементы 1—4 и блок 5 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, генератор импульсов G, делитель частоты ДЧ, од-новибратор ОВ, регистр последовательных приближений РПП, блока 1 я 2 эле­ментов 2И—ИЛИ, регистры RG1—RG3, ЦАП1 и ЦАП2.

Питание СКВТ производится прямоугольными импульсами от G через ДЧ, КР1 и КР2, которые обеспечивают изменение направления тока в обмотке возбуждения СКВТ, подключенной к источнику постоянного напряжения U (рис. 18.12). Во вторичных обмотках СКВТ наводятся напряжения, пропорцио­нальные синусу и косинусу угла поворота 0:

где — постоянные времени, определяемые параметрами СКВТ и его нагрузки. Если период изменения Г напряжения выбрать таким, что выпол­няется условие то выражения для напряжения на ин­тервале времени можно представить в виде

Цепи, устраняющие выбросы напряжения на КР1, КР2 при отключении обмотки возбуждения СКВТ, не показаны в связи с тем, что они не оказывают принципиального влияния на ра­боту ФЦПУ. По аналогичной причине не приведены схемные особенности управления КР1, КР2, устраняющие известными методами возможность возникно­вения сквозных токов из-за раз­броса времени включения КР1, КР2.

Выходные сигналы СКВТи Uо подключены к входам вы­прямителей В1 и В2, осуще­ствляющих двухполупернодное выпрямление этих сигналов, в ре­зультате чего на их выходах фор­мируются модули синусного н косинусного напряжений

где —

угол 8, приведенный в квадрант, в нечетных квадрантах и

в четных (К — номер квадранта). Напряжения сравниваются на /С/, на выходе которого формируется логический сигнал, принима­ющий нулевое значение в 1, 4, 5-м и 8-м октантах н единичное значение во 2, 3, 6-м и 7-м октантах. На выходах элементов 1—4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ формируются три старших разряда кода угла Ф и знаки функций sin Ф и соsФ.

Выходной сигнал К1 однозначно определяет вид функции на выходах бло­ков 1 и 2 элементов 2И—ИЛИ в зависимости от номера октанта. В 1, 4, 5-м и 8~м октантах на выход блока 1 проходит код с выхода ПЗУ1, а на выход блока 2 — код с выхода ПЗУ2, и наоборот, во 2, 3, 6-м и 7-м октантах на выход блока 1 проходит код с выхода ПЗУ2, а на выход блока 2—код с вы­хода ПЗУ1, т. е.

В ПЗУ1 и ПЗУ2 записаны табличные значения функции sin соответствен­но от 0 до и от до I при изменении входного кода от нулевого до максимального значения (см. рис. 18.9).

На выходах ЦАП1 и ЦАП2 формируются аналоговые сигналы, равные произведению сигналов на их цифровых и аналоговых входах:

На выходе R4 формируется сигнал, пропорциональный их разности:

Полученное рассогласование сводится к нулю по методу поразрядного уравновешивания в РПП, который запускается на каждом полупериоде сигнала

Поразрядное уравновешивание осуществляется на интервале, где выходные сигналы СКВТ остаются неизменными во времени. Каждый цикл преобразова­ния состоит из m разрядных тактов. По окончании последнего такта на цик­лическом выходе РПП формируется нулевой логический уровень. При этом код на выходе РПП эквивалентенв 1, 4, 5-м и 8-м октантах и—во 2,3, 6-м и 7-м октантах. Можно записать, что в нечетных

октантах ив четных октантах, где— инверсное

значение выходного кода РПП. Код с выхода РПП поступает на блок 1 эле­ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, другой вход которого управляется третьим разрядом из кода октантов КО,

На выход этого блока в нечетных октантах проходит прямой кода в четных — инверсный код Совместно с КО эти коды формируют цифровой эквивалент угла 8 в диапазоне На выходах блоков 1 и 2 элементов 2И—ИЛИ формируются коды и которые совместно со знаками функций и цифровым эквивалентом записываются в RG1—RG3 по отрицательному фронту импульса с циклического выхода РПП. Таким образом, на выходах RG1—RG3 имеются цифровые эквиваленты аргу­ментаи его синуснойя косинуснойфункций.

Поскольку такой ФЦПУ включается на каждом полупериоде изменения на­пряжения питания СКВТ, быстродействие его по сравнению с [54] при одина­ковой частоте напряжения питания повышается в 2 раза, что позволяет сни­зить динамическую ошибку преобразователя. Кроме того, за счет параллель­ного формирования КО трех старших разрядов кода достигается до­полнительное сокращение длительности цикла преобразования преобра­зователя. Это позволяет при прочих равных условиях повысить частоту питания СКВТ и, таким образом, дополнительно уменьшить динамическую погреш­ность.

Статическая погрешность ФЦПУ обусловлена в основном погрешностью двух ЦАП и двух выпрямителей и по сравнению с [54] снижается не менее чем в 1,5 раза при минимаксной методике ее оценки, что подтверждается сле­дующим расчетом.

Обозначим через суммарную максимальную ошибку ЦАП и выпрями­теля блока перемены знака, —максимальную ошибку устройства выборки — хранения [54]. Тогда суммарная ошибка ЦПУ по [54] определится как

а суммарная ошибка ФЦПУ — как Следовательно,

Положим[55]. ТогдаРе-

альный выигрыш по точности оказывается несколько меньшим из-за дополни­тельной погрешности ФЦПУ, вызванной прямоугольной запиткой СКВТ.

Выполняется ФЦПУ на ИМС повышенной и средней степеней интеграции: К572ПА1 (ЦАП), К505РЕЗ (ПЗУ), К564ИР9 (RG), К564ИР13 (РПП), К590КН4 (КР), К521САЗ (К), К564ЛС2 (2И—ИЛИ).

ГЛАВА ДЕВЯТНАДЦАТАЯ ДВУХОТСЧЕТНЫЕ СЛЕДЯЩИЕ ЦПП