УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФАЗЫ В КОД

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к преобразователям углового перемещения в цифровой код, и может быть использована, например, для цифрового измерения углового положения и в системах регулирования электроприводов.
Существует преобразователь «фаза-код» с синхронизацией частот (Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.76), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, низкочастотный фильтр, фазовращатель, второй ноль-орган, триггер, элемент «И» и двоичный счетчик. Сигнал с выхода фильтра является опорным и поступает на вход первого ноль-органа, выход которого подключен по второму входу триггера. По факту перехода опорного сигнала и сигнала с выхода фазовращателя «через ноль» на выходе триггера формируется временной интервал, разрешающий проход через элемент «И» сигнала с генератора импульсов на двоичный счетчик, который накапливает код, пропорциональный указанному временному интервалу. Недостатком данного преобразователя является то, что использование низкочастотного фильтра вносит погрешности за счет высших гармоник, параметры фильтра могут меняться при воздействии температуры, что приводит к ошибке срабатывания первого ноль-органа, а значит и ошибке преобразователя в целом. Кроме того, при одновременном приходе сигналов на первый и второй входы триггера преобразователь выдаст неверный код.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является преобразователь «фаза-код» (Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.78), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик, дешифратор, интегратор, фазовращатель, ноль-орган и регистр. Линейно-изменяющийся код
с выхода счетчика поступает на дешифратор, который, по сути дела, является функциональным преобразователем код-напряжение, где по этому коду на его выходах формируются два ступенчатых напряжения, первая гармоника которых соответствует синусоиде и косинусоиде. «Ступенчатость» сигналов, питающих фазовращатель, сглаживается интегратором. Недостатком данного преобразователя является то, что параметры интегратора могут меняться при изменении температуры, что приведет к изменению параметров напряжений питающих фазовращатель, а значит к появлению погрешности преобразования; кроме того, в погрешность преобразователя будут входить погрешности, связанные с технологией изготовления фазовращателя. Устройство включает двухфазную систему питания фазовращателя и не сможет работать с фазовращателем с другим числом фаз. Разрядность выходного кода данного преобразователя зависит от частоты генератора импульсов, увеличение которой ограничивается помехоустойчивостью системы; кроме того, в преобразователе могут происходить сбои, обусловленные несинхронностью появления кода на входе регистра и прихода записывающего импульса с выхода ноль-органа. Представление информации в виде параллельного кода связано с большим количеством выходных линий связи, что усложняет конструкцию устройства.
Техническим результатом, на достижении которого направлена полезная модель, является увеличение точности преобразования, помехоустойчивости, возможность работы с различными типами фазовращателей и сокращение количества выходных линий связи устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройство преобразования фазы в код, состоящее из функционального преобразователя код-напряжение, последовательно соединенных генератора импульсов, первого двоичного счетчика, регистра, а также ноль-органа, вход которого предназначен для подключения выходного сигнала фазовращателя, а выход подключен к входу записи регистра, дополнительно введены последовательно соединенные делитель частоты и второй двоичный счетчик, последовательно
соединенные устройство коррекции и преобразователь параллельного кода в последовательный, причем выход генератора импульсов подключен к входу делителя частоты и к стробирующему входу преобразователя параллельного кода в последовательный, выход регистра подключен к входу устройства коррекции, выход второго счетчика подключен к входу функционального преобразователя код-напряжение, который содержит n-выходов, предназначенных для подключения обмоток возбуждения фазовращателя; функциональный преобразователь код-напряжение содержит последовательно соединенные преобразователь линейно-изменяющегося кода в систему в n-фазных синусоидальных кодов, n-канальные преобразователь код-напряжение и усилитель сигналов, а первый и второй двоичные счетчики, регистр, делитель частоты, устройство коррекции, преобразователь параллельного кода в последовательный и преобразователь линейно-изменяющегося кода в систему n-фазных синусоидальных кодов реализованы с использованием микроконтроллера.
Работа устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства преобразования фазы в код, на фиг.2 и фиг.3 осциллограммы сигналов практически реализованного устройства.
Устройство преобразования фазы в код (фиг.1) содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, делитель 2, второй счетчик 3, функциональный преобразователь 4 код-напряжение. Функциональный преобразователь 4 код-напряжение включает в себя преобразователь 5 линейно-изменяющегося кода в систему n-фазных синусоидальных кодов, n-канальный преобразователь 6 код-напряжение и n-канальный усилитель 7 сигналов. Кроме того, устройство содержит ноль-орган 8, первый счетчик 9, регистр 10, устройство 11 коррекции, преобразователь 12 параллельного кода в последовательный. Функциональные элементы 2, 3, 5, 9-12 реализованы с использованием микроконтроллера.
Устройство преобразования фазы в код работает следующим образом. Генератор 1 импульсов задает работу первого счетчика 9, являющегося внутренним
счетчиком-таймером микроконтроллера. Счетчик работает в режиме непрерывного инкрементного счета. Также по тактированию генератора 1 импульсов работают программно реализованные делитель 2 и второй счетчик 3, работающий в режиме непрерывного инкрементного счета импульсов. Счетчики 9 и 3 работают синхронно. Емкость первого счетчика 9 определяет разрядность выходного кода, а емкость второго счетчика 3 - разрядность кода напряжений, питающих фазовращатель. С выхода второго счетчика 3 линейно-нарастающий двоичный код поступает на вход преобразователя 5 линейно-изменяющегося кода в систему n-фазных синусоидальных кодов. Преобразование осуществляется следующим образом: в памяти микроконтроллера записаны массивы кодов синусоидальных сигналов, сдвинутых друг относительно друга по фазе; количество таких массивов равно количеству фазных обмоток, питающих фазовращатель. Подаваемый линейно-нарастающий двоичный код является адресом ячейки памяти микроконтроллера, в которой содержится код синусоидального выходного напряжения в двоичном виде. Этот код поступает на вход n-канального преобразователя 6 код-напряжение, где преобразуется в n-напряжений, которые через n-канальный усилитель 7 сигналов подается на обмотки питания фазовращателя. Разрядность второго счетчика 3 задается разрядностью преобразователя 6 код-напряжение и определяет качество питания фазовращателя. На фиг.2 представлены осциллограммы питающих напряжений с выхода n-канального усилителя 7 сигнала практически реализованного заявляемого устройства преобразователя фаза-код для 3-х фазного фазовращателя. Разрядность первого счетчика задает разрешающую способность устройства, что является необходимым условием для получения точности преобразования. С выхода первого счетчика 9 линейно нарастающий двоичный код поступает на вход регистра 10. На вход ноль-органа 8, который представляет собой компаратор, подается сигнал с выходной обмотки фазовращателя. При переходе указанного сигнала «через ноль» на выходе ноль-органа 8 формируется перепад напряжения. На фиг.3 представлены осциллограммы сигналов на входе ноль-ограна 8 (верхняя осциллограмма)
и на его выходе (нижняя осциллограмма). При перепаде выходного напряжения ноль-органа 8 двоичный код со счетчика 9 записывается в регистр 10. Записанный код представляет собой значение фазы, зависящей от угла поворота фазовращателя. Двоичный код угла поступает на вход устройства 11 коррекции, также реализованном программно. В каждой строке таблицы, расположенной в памяти микроконтроллера, предварительно записан эталонный двоичный код угла; номер строки определяется значением выходного кода регистра 10. По номеру строки выбирается скорректированный код углового положения. Таким образом производится коррекция систематической погрешности фазовращателя, что приводит к повышению точности преобразования. С выхода устройства 11 коррекции выходной код поступает на преобразователь 12 параллельного кода в последовательный, который реализуется на основе встроенного сдвигового регистра микроконтроллера, тактируемого генератором 1 импульсов. На выходе регистра формируется последовательный двоичный код угла. Представление информации об измеряемой фазе в виде последовательного кода существенно сокращает количество линий связи, что приводит к упрощению конструкции устройства. Реализация всех функциональных элементов, кроме ноль-органа 8, n-канальных преобразователя 6 код-напряжение и усилителя 7 сигнала, с использованием программного многофункционального средства - микроконтроллера, позволило организовать связи между функциональными элементами прохождением кодов внутри одной микросхемы, что привело к увеличению помехоустойчивости устройства. Кроме того, последовательная обработка сигналов в микроконтроллере позволила исключить сбои, вызванные асинхронностью прихода сигнала с выхода ноль-органа 8.