УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В ЦИФРОВОЙ КОД

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В ЦИФРОВОЙ КОД
Полезная модель относится к области автоматического регулирования и управления и может быть использована в навигационной техники, устройствах слежения за углом поворота вала, в том числе в системах автоматического управления судном для определения угла перекладки руля.
Известно устройство для преобразования угла поворота вала в цифровой код содержащее сельсин-датчик, фазовые детектор-нормализатор опорного и фазовых напряжений, выпрямитель фазовых напряжений, схемы совпадения и блок расчета угла поворота вала (а.с. №364957, Н 03 М 1/64, 1973). Недостатком известного устройства является сложность устройства и невысокая точность преобразования.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в упрощении устройства для преобразования угла поворота вала, повышение его надежности и точности.
Технический результат достигается тем, что в устройство для преобразования угла поворота вала в цифровой код, содержащее сельсин, однополупериодные выпрямители напряжения и блок расчета угла поворота вала, введены согласующие трансформаторы по числу фазовых выходов сельсин, первичные обмотки которых соединены между собой по схеме треугольника и с фазовыми выходами сельсина, а вторичные обмотки соединены в звезду, трансформатор опорного напряжения, первичная обмотка которого подключена к обмотке питания сельсина, свободные выводы вторичных обмоток согласующих трансформаторов соединены с первым входом соответствующего однополупериодного выпрямителя, вторые входы которых соединены с одним из выводов вторичной обмотки
fcWV/fc .„.„..„т яш «111 111 И
H 02 M 1/64
трансформатора опорного напряжения, другой вывод которой соединен с нулевой точкой звезды вторичных обмоток согласующих трансформаторов, выходы однополупериодных выпрямителей соединены со входами RC фильтров, выходы которых соединены с дискретными входами блока расчета угла поворота вала, который выполнен в виде микропроцессора и аналого-цифровых преобразователей, входы которых образуют входы блока расчета угла поворота вала, а выходы соединены с дискретными входами микропроцессора, выполненного с возможностью вычисления угла поворота оси сельсина по следующему алгоритму:
arccty  -  при U,UjuU, U.
и,+и,-2-и, I  2 1 3
( V3-(f/,-t/з) l 2-я-,, ,, ,. ,,
arcctgl - i +при  U
f/, +(/3-2- /J 3 2 1 2 3 V    /
( V3-(/2-t/,)  4-я:,. ,. .. ,.
arcctgl - - +при  f/,
I t/2+C/,-2-C/3 I 3 3 2 3 1
Ha фигуре представлена схема устройства для преобразования угла поворота вала в цифровой код.
Устройство содержит сельсин 1, согласующие трансформаторы 2 по числу фазных выводов сельсина, трансформатор опорного напряжения 3; однополупериодные выпрямители напряжения 4; сглаживающие RC фильтры 5, блок расчета угла поворота вала, состоящее из аналогоцифровых преобразователей (АЦП) 6 и микропроцессора 7.
Первичные обмотки согласующих трансформаторов 2 соединены между собой по схеме треугольника и кроме того соединены с фазными выводами сельсина.
Вторичные обмотки трансформаторов 2 соединены в звезду. К нулевой точке звезды присоединен один из выводов вторичной обмотки трансформатора опорного напряжения 3. Его первичная обмотка соединена с обмоткой питания сельсина. Свободные выводы согласующих трансформаторов 2 соединены с первыми входами соответствующих однополупериодных выпрямителей напряжения, выходы которых соединены с входами RC фильтров. Выходы RC фильтров соединены со входами блока расчета угла поворота вала. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора опорного напряжения соединен со вторыми входами однополупериодных выпрямителей напряжения. Входы аналого-цифровых преобразователей 5 образуют входы блока расчета угла поворота вала, а его выходы соединены с дискретными входами микропроцессора.
Введем обозначения (фиг.1). Uj,i, , Uj,3 - линейные выходные напряжения сельсина 1,  - напряжение возбуждения сельсина (опорное напряжение), Uj,i , Uj,2, Uj,3 - выходные напряжения согласующих трансформаторов, иоп - выходное напряжение трансформатора 3, U, , Uj, Оз напряжения на входах выпрямителей 4, Uj, Uj, 1)3 - выпрямленные и сглаженные напряжения на выходах АЦП.
Устройство работает следующим образом. Сельсин, являющийся датчиком угла поворота вала, преобразует механический угол поворота вала в трехфазное напряжение, модулированное по амплитуде по закону синуса угла поворота. Пепрерывно линейные напряжения, снимаемые с вторичных обмоток сельсина 1 Uj,i, Un2, Uj,3 и опорное напряжение , поступают на первичные обмотки трансформаторов 2 и 3 соответственно. Папряжения между выводами вторичных обмоток трансформаторов 2 и
выводом вторичной обмотки трансформатора 3, не присоединенным к нулевой точке звезды, равны
и , и„ + и„„
U2 U,2 + и„„
т Т   т Т  -I- т Т
- 3  лЗ + - оп
Суммарные напряжения U,, , из поступают на входы выпрямителей 4. С выходов выпрямителей 4 выпрямленные напряжения поступают на входы сглаживающих фильтров 5, с выходов которых напряжения поступают на входы АЦП (входы блока расчета угла поворота вала). Выходные значения напряжения АЦП U,, Иг, 1)3 поступают на дискретные входы микропроцессора.
Микропроцессор 7 вычисляет угол поворота оси сельсина по следующему алгоритму.
arccJ  М приU,,U, U,,) 213
f V3-(t/,-f/з) l 2-я-.. -. ,. -.
arcctg -Л , I +-- npi4U,U,uU,U,
U, +f/3-2-C/2 J 3
f V3-(/2-t/,) l 4-л:.. ,. .- ,.
a  arcctg -X  , +-V- npuU,U uU, U,
f/2+C/,-2-t/3 j 3
Согласующие трансформаторы 2 и 3 предназначены для выполнения следующих функций:
1.Гальванической развязки цепей сельсина и цепей, связанных с АЦП.
2.Согласования рабочих напряжений сельсина и АЦП.
3. Обеспечения выполнения соотношений U,,  U,  - , илз  Uon , при которых отсутствуют перемены фаз у напряжений U,, Uj, из по отношению к , при любых углах поворота оси сельсина.
Однополупериодные выпрямители 4 состоят из диодов и RC фильтров.
АЦП 6 и микропроцессор 7 входят в состав промышленного микроконтроллера.
Сглаживаюш;ие фильтры 5 не являются необходимыми элементами, т.к. функцию сглаживания может выполнять микропроцессор, если он обладает достаточной производительностью.
Алгоритм для расчета угла поворота оси сельсина обеспечивает повышенную точность за счет того, что результат расчета не зависит от изменения опорного напряжения и от пропорционального изменения напряжения на фазовых обмотках сельсина.
Для дополнительного повышения точности программа расчета угла поворота оси сельсина может быть дополнена блоком компенсации систематических погрешностей.
Упрошение преобразователя и повышение надежности достигается за счет упрошения электротехнической схемы и использования промышленного микроконтроллера.