СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи источников информации об угловом положении вала с ЭВМ в управляющих и информационных системах.

Известны способы преобразования угла поворота вала в код по а.с. 1181135 (СССР), по а.с. 1381711 (СССР) и по а.с. 1786662 (СССР), основанные на том, что вал датчиков поворачивают на равномерно расположенные углы в диапазоне преобразования, преобразуют угол поворота вала в сигналы, определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности преобразования, формируют поправки и затем формируют выходной код угла.

Из перечисленных решений наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ преобразования угла поворота вала в код по а.с. 1381711 (СССР). Известный способ основан на том, что вал первого и второго датчиков поворачивают на равномерно расположенные углы, преобразуют угол поворота вала в сигналы первого и второго датчиков с различными спектрами пространственной погрешности, выходные сигналы первого и второго датчиков преобразуют в первый и второй сигналы (длительности импульсов, коды), пропорциональные углу поворота, вычисляют разности этих сигналов (длительностей импульсов, кодов), определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности первого и второго датчиков, формируют первую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности первого датчика для угла, соответствующего первому сигналу (коду) угла, формируют выходной код, прибавляя первую поправку к первому сигналу (коду) угла.

Известный способ позволяет также формировать вторую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности второго датчика для угла, соответствующего второму сигналу (коду) угла, формировать второй выходной код, прибавляя вторую поправку к второму сигналу (коду) угла, и формировать разность выходного и второго выходного кодов, по которой можно контролировать точность преобразования.

В известном способе определение амплитуд и фаз пространственных гармоник погрешности осуществляется при повороте вала датчиков в пределах диапазона преобразования. Условием для реализации способа является кратность диапазона преобразования периоду погрешности как и первого, так и второго датчиков угла, спектры погрешности которых различны по определению. Условие выполняется при равенстве диапазона преобразования целому обороту. В технических системах угол поворота часто ограничивается конструкцией системы пределами, меньшими целого оборота или диапазона, кратного периодам погрешности первого и второго датчиков угла. Ограничение угла поворота не позволяет использовать известный способ для аттестации и компенсации погрешности преобразования.

Изобретение решает задачу повышения точности преобразования угла в код при ограничении угла поворота вала.

Для решения поставленной задачи в способе преобразования угла поворота вала в код, основанном на том, что вал первого и второго датчиков поворачивают на равномерно расположенные углы, преобразуют угол поворота вала в сигналы первого и второго датчиков с различными спектрами пространственной погрешности, выходные сигналы первого и второго датчиков преобразуют в первый и второй коды угла, вычисляют разности первого и второго кодов угла, определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности первого и второго датчиков, формируют первую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности первого датчика для угла, соответствующего первому коду угла, формируют выходной код, прибавляя первую поправку к первому коду угла, формируют вторую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности второго датчика для угла, соответствующего второму коду угла, формируют второй выходной код, прибавляя вторую поправку к второму коду угла, формируют разность выходного и второго выходного кодов, по которой контролируют точность преобразования, вал датчиков поворачивают в диапазоне 360°(1/p₁+1/p₂) с шагом 360°/(р₁·р₂), где p₁ и p₂ - число периодов погрешности соответственно первого и второго датчиков на обороте вала, находят первые приращения разностей первого и второго кодов угла при повороте вала на р₂ шагов, определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности первого датчика, умножая амплитуды спектральных составляющих первых приращений на и сдвигая их фазу на угол π/2-π·i/р₂, находят вторые приращения разностей первого и второго кодов угла при повороте вала на p₁ шагов, а амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности второго датчика определяют, умножая амплитуды спектральных составляющих вторых приращений на и сдвигая их фазы на угол π/2-π·j/р₁.

Изобретение поясняется чертежом, где показана блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Способ преобразования угла поворота вала состоит из следующих операций:

- преобразуют угол поворота вала в сигналы первого и второго датчиков с различными спектрами пространственной погрешности;

- выходные сигналы первого и второго датчиков преобразуют в первый и второй коды угла;

- перед началом преобразования вал первого и второго датчиков поворачивают в диапазоне 360°(1/p₁+1/p₂) с шагом 360°/(р₁·р₂), где p₁ и р₂ - число периодов погрешности соответственно первого и второго датчиков на обороте вала;

- в каждом из задаваемых углов вычисляют разность первого и второго кодов угла;

- находят первые приращения разностей первого и второго кодов угла при повороте вала на р₂ шагов;

- проводят спектральный анализ совокупности первых приращений, полученной в диапазоне 360°(1/p₁+1/p₂);

- определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности первого датчика, умножая амплитуды спектральных составляющих первых приращений на и сдвигая их фазу на угол π/2-π·j/р₂;

- в процессе преобразования угла поворота вала в код формируют первую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности первого датчика для угла, соответствующего первому коду угла, и формируют выходной код, прибавляя первую поправку к первому коду угла.

Для контроля точности преобразования угла в код дополнительно выполняют следующие операции:

- находят вторые приращения разностей первого и второго кодов угла при повороте вала на p₁ шагов;

- проводят спектральный анализ совокупности вторых приращений, полученной в диапазоне 360°(1/p₁+1/p₂);

- определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности второго датчика, умножая амплитуды спектральных составляющих вторых приращений на и сдвигая их фазы на угол π/2-π·j/р₁;

- в процессе преобразования угла поворота вала в код формируют вторую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности второго датчика для угла, соответствующего второму коду угла, формируют второй выходной код, прибавляя вторую поправку к второму коду угла;

- формируют разность выходного и второго выходных кодов, по которой контролируют точность преобразования.

Блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ преобразования угла поворота вала в код, приведена на чертеже.

Устройство содержит датчики 1 и 2 с различными спектрами пространственных погрешностей, преобразователи 3 и 4 сигналов датчиков в код угла, блоки 5, 6, 12, 18 вычитания кодов, блоки 7, 13 сдвига кодов, анализаторы 8, 14 спектра, блоки 9, 15 коррекции, блоки 10, 16 синтеза поправки, сумматоры 11, 17 и компаратор 19.

Устройство работает следующим образом.

Датчики 1 и 2 преобразуют угол α поворота вала в электрические сигналы, а преобразователи 3 и 4 преобразуют эти сигналы в первый N₁ и второй N₂ коды угла соответственно. Коды угла формируются с некоторой погрешностью:

В блоке 5 вычисляется разность первого и второго кодов угла:

В устройстве комплексируются датчики 1 и 2 с различными спектрами пространственных погрешностей так, чтобы при всех i=1,2,...,а и j=1,2,...,b выполнялось неравенство i·р₁≠j·р₂.

Перед началом преобразования поворачивают вал в пределах диапазона 360°(1/p₁+1/p₂), меньшего диапазона преобразования, с шагом 360°/(р₁·р₂), фиксируя значения разности ΔN_1-2 в задаваемых угловых положениях.

Массив значений ΔN_1-2 подается в блок 6 вычитания кодов непосредственно и через блок 7 сдвига кодов, где массив значений ΔN_1-2 сдвигается на р₂ позиций. В блоке 6 в результате вычитания поступающих кодов формируется массив первых приращений разностей первого и второго кодов угла при повороте вала на р₂ шагов.

Массив первых приращений поступает в анализатор 8 спектра, который производит спектральный анализ массива и определяет амплитуды и фазы его спектральных составляющих. В блоке 9 коррекции определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности первого датчика, умножая амплитуды спектральных составляющих первых приращений на и сдвигая их фазу на угол π/2-π·i/р₂. Амплитуды и фазы гармоник с номерами i·р₁ при всех i=1, 2,..., а запоминаются в памяти блока 10.

В процессе преобразования первый код N₁ угла из преобразователя 3 поступает в блок 10, в котором формируется поправка:

В сумматоре 11 поправка добавляется к первому коду угла, поступающему из преобразователя 3, и на выходе формируется выходной код:

При малых значениях погрешности Δ₁, таких, что обеспечивается условие а·p₁·Δ₁≪1, поправка и выходной код равен , т.е. погрешность в выходном коде скомпенсирована с точностью до величины второго порядка малости, обусловленной вычислительными погрешностями и точностью выполнения условия а·p₁·Δ₁≪1.

Для обеспечения контроля точности преобразования массив значений ΔN_1-2 подается также в блок 12 вычитания кодов непосредственно и через блок 13 сдвига кодов, где массив значений ΔN_1-2 сдвигается на p₁ позиций. В блоке 12 в результате вычитания поступающих кодов формируется массив вторых приращений разностей первого и второго кодов угла при повороте вала на p₁ шагов.

Массив вторых приращений поступает в анализатор 14 спектра, который производит спектральный анализ массива и определяет амплитуды и фазы его спектральных составляющих. В блоке 15 коррекции определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности второго датчика, умножая амплитуды спектральных составляющих вторых приращений на и сдвигая их фазы на угол π/2-π·j/р₁. Из блока 15 амплитуды и фазы гармоник с номерами j·р₂ при всех j=1, 2,..., b перед началом преобразования записываются в память блока 16.

В процессе преобразования второй код N₂ угла из преобразователя 4 поступает в блок 16, в котором формируется поправка:

В сумматоре 17 поправка добавляется к второму коду угла, поступающему из преобразователя 4, и на выходе формируется второй выходной код:

При малых значениях погрешности Δ₂, таких, что обеспечивается условие b·р₂·Δ₂≪1, поправка и второй выходной код равен , т.е. погрешность во втором выходном коде также скомпенсирована с точностью до величины второго порядка малости, обусловленной вычислительными погрешностями и точностью выполнения условия b·р₂·Δ₂≪1.

В блоке 18 вычисляется разность Δ_out1-2 выходных кодов N_out1 и N_out2

которая также представляет собой величину второго порядка малости по сравнению с ΔN_1-2. Величина Δ_out1-2 в компараторе 19 сравнивается по модулю с установленным допуском ε и на выходе компаратора при |Δ_out1-2|≤ε вырабатывается признак S достоверности выходного кода. Если по каким-либо причинам (изменение условий эксплуатации, старение элементов и материалов и т.п.) погрешности датчиков изменяются и величина |Δ_out1-2| становится больше, чем допуск ε, признак S перестает вырабатываться, что сигнализирует о необходимости повторения калибровки преобразователя, проведенной перед началом преобразования.