ЦИФРОВОЙ ДАТЧИК УГЛА СО ЗНАКОВЫМ РАЗРЯДОМ
DIGITAL ANGLE DATA TRANSMITTER WITH SIGN DIGIT

Изобретение относится к области автоматики и робототехники и может быть использовано в следящих приводах с цифровыми датчиками угла (ЦДУ), работающих в диапазоне углов, больших чем ±180° (например, от 0° до ±315°), в которых задается знак направления движения.
Выходной код ЦДУ не несет в себе информацию о направлении вращения. Но при работе следящего привода в диапазоне углов от 0° до ±180°, для определения направления движения, как правило, используют старший разряд выходного кода ЦДУ в качестве знакового разряда, т.к. он будет менять свое значение только при переходе через ноль и через 180°. При работе следящего привода в диапазоне углов, большем чем ±180°, для определения направления движения в схему следящего привода приходится вводить дополнительные устройства.
Известны схемотехнические решения следящего привода, в которых для получения кода ЦДУ со знаковым разрядом, наряду с основным ЦДУ вводится дополнительный цифровой датчик угла, предназначенный для формирования знакового разряда.
Недостатками данного ЦДУ являются необходимость использования дополнительного цифрового датчика угла и сложность механического соединения его с исполнительным валом привода через понижающий редуктор с редукцией i=2.
Из известных устройств подобного типа наиболее близким по технической сущности к заявляемому ЦДУ является выбранный в качестве прототипа цифровой датчик угла инкрементального типа (датчики фирмы «HEIDEN-HAIN», www.heidenhain.ru), содержащий дополнительные старшие разряды для фиксации числа оборотов вала датчика, которые можно использовать для определения знака направления движения.
К недостаткам этого ЦДУ можно отнести то, что информация об угловом положении вала датчика и о номере оборота вала после окончания работы и снятия напряжения питания пропадает. При возобновлении работы привязка этого ЦДУ к изделию и отсчет оборотов вала каждый раз производится заново.
В предлагаемом ЦДУ решается задача формирования знакового разряда, информация о котором сохраняется после снятия напряжения питания и восстанавливается при возобновлении работы.
Для решения этой технической задачи в ЦДУ, содержащий индукционный датчик угла типа синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), синусный и косинусный выходы которого соединены с синусным и косинусным входами аналого-цифрового преобразователя сигналов СКВТ в код угла (АЦП ВТ) следящего типа с дополнительными сервисными сигналами НВ (направление вращения) и Fсчет. (импульсы смены единицы младшего разряда), микропроцессорный контроллер (МПК), к шине данных которого поразрядно подключен цифровой выход кода угла АЦП ВТ, введены двоичный реверсивный счетчик с числом разрядов на один старший (знаковый) больше, чем у АЦП ВТ, цифровой компаратор с числом разрядов, равным числу разрядов АЦП ВТ, устройство установки нулевого кода с числом разрядов, равным числу разрядов цифрового компаратора, причем цифровой выход кода угла АЦП ВТ поразрядно подключен к информационным входам реверсивного счетчика кроме старшего разряда и к первым цифровым входам цифрового компаратора, к вторым цифровым входам которого поразрядно подключен выход устройства установки нулевого кода, выход НВ АЦП ВТ соединен с входом «направление счета» реверсивного счетчика, выход Fсчет АЦП ВТ соединен со счетным входом реверсивного счетчика, первый однобитный выход МПК соединен со входом предварительной записи реверсивного счетчика, второй однобитный выход МПК соединен с информационным входом старшего разряда реверсивного счетчика, а выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с однобитным входом МПК.
На фиг.1 приведена функциональная схема ЦДУ со знаковым разрядом.
ЦДУ со знаковым разрядом содержит индукционный датчик угла 1 типа СКВТ, аналого-цифровой преобразователь 2 сигналов СКВТ в код угла (АЦП ВТ) следящего типа с дополнительными сервисными сигналами НВ (направление вращения) и Fсчет. (импульсы смены единицы младшего разряда), микропроцессорный контроллер (МПК) 3, цифровой компаратор 4, устройство 5 установки нулевого кода, двоичный реверсивный счетчик 6 с дополнительным старшим (знаковым) разрядом 7.
ЦДУ со знаковым разрядом работает следующим образом. При сопряжении нулевого положения ЦДУ (во включенном состоянии) с нулевым положением системы вал ЦДУ устанавливается в нулевое положение, при котором выходной код АЦП ВТ 2 (и выходной код МПК 3) изменяется со значения "во всех разрядах логические «1»" на значение "во всех разрядах логические «0»". При этом положении цифровой компаратор 4 сравнивает выходной код АЦП ВТ с нулевым кодом устройства 5 установки нулевого кода и вырабатывает сигнал обнуления реверсивного счетчика 6. Микропроцессорный контроллер 3 непрерывно в фоновом режиме производит считывание состояния старшего (знакового) разряда 7 реверсивного счетчика 6 и запоминает это состояние в энергонезависимой памяти. Далее, при движении вала ЦДУ в ту или другую сторону, с выходов АЦП ВТ 2 на вход «направление счета» реверсивного счетчика 6 будет поступать сигнал НВ, а на счетный вход реверсивного счетчика 6 будут поступать импульсы Fсчет. и в разрядах реверсивного счетчика (кроме старшего) будет устанавливаться код, равный выходному коду АЦП ВТ 2. Старший (знаковый) разряд 7 реверсивного счетчика будет менять свое состояние только при проходе вала ЦДУ через нулевое положение и оставаться в этом состоянии на всем рабочем диапазоне углов при движении в ту или другую сторону. При этом микропроцессорный контроллер 3 выдает в систему выходной код угла ЦДУ, представляющий собой код АЦП ВТ 2, принятый контроллером, плюс код знакового разряда 7 из энергонезависимой памяти контроллера. По завершении работы системы ЦДУ может находиться в любом угловом положении рабочего диапазона углов. После снятия напряжения питания информация об угловом положении ЦДУ, находящаяся на реверсивном счетчике 6, теряется, но состояние знакового разряда 7 сохраняется в энергонезависимой памяти контроллера.
При возобновлении работы системы и подаче напряжения питания функционирование ЦДУ со знаковым разрядом восстанавливается следующим образом. После подачи напряжения питания происходит автоматическое обнуление реверсивного счетчика 6, на выходе АЦП ВТ 2 устанавливается код, соответствующий данному угловому положению вала ЦДУ, который поступает на шину данных микропроцессорного контроллера 3 и на информационные входы реверсивного счетчика 6. После инициализации микропроцессорный контроллер 3 вырабатывает сигнал, поступающий на вход предварительной записи реверсивного счетчика 6, по которому в разряды реверсивного счетчика 6 (кроме старшего 7) записывается код с выхода АЦП ВТ 2, а в старший разряд 7 записывается код знакового разряда из энергонезависимой памяти контроллера. Таким образом, на реверсивном счетчике 6 восстанавливается код углового положения ЦДУ со знаком, который был на нем перед снятием напряжения питания. Далее работа ЦДУ со знаковым разрядом происходит так же, как было показано выше.
Таким образом, введение в состав ЦДУ новых устройств с их определенной взаимосвязью между собой и известными устройствами позволяет получить новое для ЦДУ важное качество - признак (знак) направления вращения, при котором ЦДУ занимает определенное угловое положение. Это новое качество ЦДУ позволяет упростить следящие системы позиционирования угла, в которых он может применяться.