Устройство для определения моментов экстремумов гармонических сигналов

Устройство для определения моментов экстремумов гармонических сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

OnИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) За явлен о11.03.81 (2 l )32 60240/18-2 1 (53)M. Кл.

G 01 R 19/04 с присоединением заявки №вЂ” (23) П риорнтет

Гееударстееевй кемктет

СССР

Опубликовано 15.03.83 Бюллетень №10

Дата опубликования описания 15.03.83 пе делам каееретевке н етлрмткк (53 ) Уд К 62 1. .3 17.7 (088.8) Ь . ...:,.

= - -4 ;:

Ф

Тульский ордена Трудового Красного Знакомки.„ политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТОВ ЭКСТРЕМУМОВ

ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматических приборах для измерения параметров переменного напряжения.

Известен датчик моментов экстрему.5 ма, содержащий амплитудно-частотный преобразователь, генератор эталонных импульсов, логические элементы ИЛИ и И, триггеры, реверсивный счетчик, элемент И

30 зацержки и жцущий генератор $1) .

Недостатками известного устройства являются ограниченный амплитудный и частотный диапазон, низкая помехоуотойчивость.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для определения моментов экстремумов гармонических сигналов, содержащее формирователь, генератор эталонных. импульсов, логические элементы И, триггеры, реверсивный счетчик и ждущий генератор 2 .

Недостатком данного устройства, является низкая точность моментов экстремумов гармонических сигналов при наличии низкочастотных помех или постоянной составляющей в исследуемом сигнале.

Цель изобретения — повышение точности определения моментов экстремумов гармонических сигналов путем компенсации влияния. низкочастотных помех или постоянной составляющей в исследуемом сигнале, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения моментов экстремумов гармонических сит налов, содержащее ждуший генератор, генератор эталонных импульсов, выход которого соединен с первыми входамн первого и второго элементов И, выход первого элемента И подключен к сче"т ному входу первого триггера, выход кс торого соединен с суммирующим входом эеверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу evopnrn

99 4 мента И, выход которого соединен с вычитаюшим входом реверсивного счетчика, выход четвертого элемента И с задержкой соединен с единичным входом третьего триггера, прямой выход которого явля:ется третьим выхоцом блока, кроме того формирователь уравновешивающего напряжения содержит сумматор-вычита. тель, накапливающий регистр, цифроаналоговый преобразователь и элемент задержки, причем первый синхронизирующий вход сумматора-вычитателя соединен с выходом .компаратора и через элемент задержки с первым синхронизирующим входом накапливающего регистра, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к первому входу компаратора, а второй, третий и четвертый входы, сумматора-вычитателя соединены соответственно с выходом реверсивного счетчика устройства, первым и вторым выходом блока определения ошибок и выходом накапливающего регистра, второй вход которого подключен к выходу сумматора-выч итателя.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения моментов экстремумов гармонических сиг налов; на фиг. 2 и фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства; на. фиг. 4 - функциональная схема блока определения ошибок; на фиг. 5 — функциональная схема формирователя уравновешивающего напряжения.

Устройство (фиг. 1) содержит компаратор 1, генератор 2 эталонных импуль сов, элементы И 3 и 4, триггер 5, риверсивный счетчик 6, элемент ИЛИ 7, ждуший генератор 8, блок 9 определения ошибки, формирователь 10 уравновешивающего напряжения.

Блок 9 определения ошибки (фиг. 4) содержит генератор 11 эталонных импе сов, счетный триггер 12, элемент ИЛИ 13,. элемент ИЛИ-НЕ 14, реверсивный счетчик 15, элемент 16 задеркки, триггеры

17 и 18, элементы И 19 - 21 и элемент И. с задерккой 22.

Формирователь уравновешивающего напряжения 1О (фиг. 5) содержит сумматор-вычитатель 23, накапливающий регистр 24, цифро-аналоговый преобразователь 25, элемент 26 задержки.

Кроме того, устройство содержит шину 27 и выходные шины 28 и 29.

-Ha диаграммах (фиг. 2 и 3) приведены изменения сигналов устройства во времени.

3 10048 элемецта И, а установочный вход соединен с установочным входом первого триггера и вторый входом первого элемента И, дрполнигельио введены компара гор, блок определенйя ошйбки, элемент ИЛИ, формирователь уравновешивающего напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, с вторым входом которого соединена входная информационная шина устройства, а выход компарато IO ра соединен с инверсным входом второго элемента И, вторым входом первого эле» мента И и первыми входами блока определения ошибки и формирователя уравновешивающего напряжения, второй вход 15 которого подключен к выходу реверсивного счетчика и входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, входом ждущего генератора и вторым входом блока ф определения ошибок, первый выход которого подключен к третьему входу формирователя уравновешивающего напряжения, кроме того блок определения ошибки содержит четыре элемента И, гене 55 ратор эталонных импульсов, три триггера, реверснвный счетчик, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ и линию злдеркки, причем инверсные входы первого и второго элементов И подключены к входу За ждущего генератора, выход первого элеменга И через первый вход элемента ИЛИ подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, выход генератора . эталонных импульсов соединен с первыми

35 входами первого, второго и третьего элементов И, а выход последнего подключен к счетному входу первого григгера выход которого соединен с вторйм входом элемента ИЛИ, выход компаратора соединен с вторым входом третьего элемента И, установочным входом триггера, первым входо». четвертого элемента И, с задерж:.ой установочным входом второго триггера и через линию задержки с установочными входами третьего тригге45 ра и реверсивного счетчика, выход которого является первым выходом блока и соединен с.третьим входом формирователя уравновешивающего напряжения и входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И и,единичным входом второго триггера, прямой выход которого являеч ся вторым выходом блока и соединен с третьим входом формирователя уравновешивающего напряжения и вторым входом первого элемента И, а инверсный выход подключен к второму входу второго эле состоянии, так как íà его инверсный вход поступает запрещающий сигнал с уровнем логическои "1" с выхода компаратора 1.

При появлении на выходе компаратора

1 сигнала нулевого уровня элемент И 3 запирается, а элемент И4 отпирается, так как с выхода элемента ИЛИ 7 на его вход поступает разрешающий уровень логической "1", соответствующий. наличию информации на выходе реверсивного счетчика 6, а на инверсном входе присутствует нулевой уровень с выхода компаратора 1. При этом импульсы эталонной частоты с выхода генератора 2 через открытый элемент И 4 поступают на вычитаюший вход реверсивного счетчика 6 и вычитаются из числа Й .

Процесс вычитания происходит в два раза быстрее, чем суммирование так как частота импульсов, поступающих на вычитающий вход в два раза выше чаоToTbI импульсовэ пос Гупающих н& сумми рующий вход.

Когда в процессе вычитания информация на выходе реверсивного счетчика 6 нулевая, на выходе элемента ИЛИ 7 единичный уровень сигнала изменяется на нулевой, в результаге чего элемент И 4 оказывается запертым запрешая дальнейшее поступление импульсов на вычитаюший вход реверсивного счетчика 6 и запуская задним фронтом ждуший генератор 8.

Поступление импульса К с выхода ждущего генератора 8 на выход 28 устройства, при отсутствии помехи, совпадает с моментом достижения отрицательным полупериодом экстремального значения. Однако вследствии наличия ломе хи, положение экстремума определяется с ошибкой. Последовательную коррекцию этой ошибки, т.е. компенсацию помехи на входе компараторв 1, обеспечивают совместно блок 9 определения ошибки и формирователь 10 уравновешивающего напряжения.

Блок 9 определения ошибки работает следующим образом.

Единичный уровень сигнала с выхода компаратора 1 поступает на вход элемента И 21, разрешая прохождение импульсов эталонной частоты с выхода генератора 11 на счетный вхоц триггера 12, с выхода которого они с частотой f 2 через элемент 13 поступают на суммирующий вхоц реверсивного счетчика 15.

При этом на вход реверсивного счет5 1004899 6 где: А - входной информационный сигнал;

Б - сигнал на выходе компаратора 1;

Ж - сигнал (эквивалент двоично- 5 го кода) с выхода реверсивноt

ro счетчика 6 устройства;, 3 - сигнал (эквивалент двоичного кода) пропорциональный ошибке

Ц определения экстремума;

3 - сигнал, соответствующий знаку определения экстремума;

Р - сигнал обратной связи;

К - выходной информационный сит нал;

М разрешающий сигнал.

Устройство работает следующим образом.

Входной гармонический сигнал с низ- 20 кочастогной.или постоянной составляющей помехи поступает на вход компарагора 1, на выходе которого формируется входной сигнал Б.

При положительной разности нвпря- : 25 жений входного сигнала и сигнала с выхода формирователя 10 уравновешиваю-.. щего напряжения, поступающего на первый вход компаратора 1, (в исходном состоянии по сигналу Пуск уровень 5а сигнала Р на выходе формирователя 10 уравновешивающего напряжения райан нулю), на его выходе формируется уровень сигнала, соответствующий логической единице, а при отрицательной раэ35 ности - уровень логического нуля. Таким образом, при не нулевом значении помехи, длительность единичного уровня выходного сигнала компаратора 1 не равняется длительности 1О. нулевого уроння выходного сигнала.

Сигнал логической единицы на.выхо де компаратора 1 передним фронтом устанавливает триггеры 5, 12,-17 и 18 и реверсивные счетчики 6 и 15 в исход45 ное состояние. При этом импульсы эталонной частоты с выхода генератора 2 через элемент И 3, на второй вхоц которого подается рвзрешаюший сигнал с выхода компарвтора 1, поступают на счетный вход триггера 5, с выхода ко50 торого они с частотой У 2 подаются на суммирующий вход реверсивного счеч чика 6. Число импульсов Й. „зафиксированное счетчиком 6 за время цропорциоиально половине длительности .единичного вйходного сигнала компаратора 1, т.е. t 2. При этом, за время элемент И 4 находится в запертом чика 15, за время наличия единичного

Единичный уровень выходного снгна ла М на шине 28 устройства, при наличии выходного импульса К, поступающего с выхода ждущего генератора 8, соответствует истинному положению эксч ремума с заданной точностью.

Код N определенный при наличии помехи, и знак этого кода поступают соответственно с выхода реверсивного счетчика 15 и триггера 17 на вход формирователя уравновешивающего напряжения 10 (фиг. 5) который работает следукицим Ы азом, Сигнал .3 с выхода реверсивного счетчика 15, пропорциональный величине ошибки в определении максимума, сигнал 3- соответствующий знаку этой

Й ошибки и сигнал Ж с выхода реверсивного счетчика 6 (необходимый для отработки положительной помехи большой интенсивности, при которой за интервал времени не происходит обнуления реверсивного счетчика 8) поступают на вхоц сумматора 23, где суммируются с информацией, поступающей с выхода регистра 24.

Передним фронтом стробнрующего импульса с выхода компаратора 1 полу ченная сумма кодов переписывается в регистр 24.

ff аким образом" осуществляется накапливание в регистре 24 кода, пропорционального величине помехи.

7 1004 импульса на выходе компаратора 1, по-. ступает число импульсов 81 пропорцио нальное.половине длительности этого импульса т.е. ф„2..

Состояние реверсивного счетчика 15, у соответствующее числу импульсов N< сохраняется от момента появления нулевого уровня на выходе компаратора 1 да

Момента изменения единичного уровня caw. нала на нулевом на выходе элемента ИЛИ 716 или цо момента появления на вы ходе комнаратора 1 очередного импульса единичного уровня. При этом в первом случае открывается элемент И 20, на один из входов котороа о поступает еди- И ничный уровень с инверсного выхода триггера 17, а на инверсный вход - нулевой уровень с выхода элемента ИЛИ 7, и импульсы с генератора эталонной часто гы 11 поступают на вычитаюший вход 20 реверсивного счетчика 15. Во втором случае происходит обнуление реверсивного счетчика 15., Иа конец интервала времени 4g состояние реверсивного счетчика 15 мо-:, 23 жет быть одним из следующих.

При напряжении помехи. меньше нуля, т.е. прп 1. с 40 состояние реверсивного счетчика 15 за время $< успеет измениться до нуля, что зарегистриру- щ ет логический элемент ИЛИ-НЕ 14 и переключит триггер 17 в состояние, когда на его прямом выходе появится единичный уровень сигнала.

Сигнал с инверсного выхода триггера 17 запирает элемент И 20, с выхода которого прекращают поступать импуль; сы на вычитаюшнй вход реверсивного счетчика 15, а единичным сигналом с прямого выхода триггера 17 открывается.логический элемент И 19, на инверсный вход которого подается нулевой уровень сигн; на с выхода элемента ИЛИ 7.;

При этом с выхода генератора 11 им пульсы через элементы И 19 и ИЛИ 13 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15. Таким об разом, к концу интервала t g состоя ние реверсивного счетчика 15 характеризуется числом импульсов И, пропор

I. циональным доле ошибки определения момента экстремума,, а состояние триг гера 17, на прямом выходе которого присутствует единичный уровень сигнала, соогветствует опережению найденно го положения экстремума относительно действительного.

При напряжении помехи болыпе нуля т,е. при 4, )+g, состояние реверсив899 Р ного счетчика 15 уменьшается до величины l4, причем без реверса в направлении счета в течении интервала о .

Этот код также пропорционален величине ошибки в определении положения экстремума, а состояние триггера 17, когда на его прямом выходе присутствует ну левой уровень выходного сигнала, ооой ветствует отставанию найденного положения экстремума от действительного.

При напряжении помехи, равном нулю или после полной компенсации помехи т.е. при 4 = о,.состояние реверсивного счетчика 15 изменяется до нуля, причем нулевое состояние зафиксировано в момент появления на выходе компаратора 1 единичного уровня выхоцного сигнала. В этот же момент цри совпадении импульсов с выхода компаратора 1 и эле« мента ИЛИ-НЕ 14 открывается элемент И 22 с зацержкойв 2 ь его выхоцной импульс переключает триггер 18 в положение, когда на его прямом выхоце формируется выходной сигнал М единичноуровня.

9 1004

Код с выхода регистра-- 24 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 25, который формирует величину уравновешивающего напряжения, соответствующего знака, которое поступает на вход компаратора, компенсируя напряжение помехи °

Начало формирования информационного импульса +, в следующем цикле прибли» жения осуществляется с задержкой, опре- tS деляемой переходным процессом на вхо де компаратора. В случае значительной величины этой задержки цикл приближения должен складываться из двух периодов входного сигнала. l5

Новый цикл болев точного измерения момента экстремума гармонического сигнала начинается при появлении на выхоце коьшаратора 1 сигнала Ф. .

Предлагаемое устройство позволяет ур определять моменты экстремумов гармонических сигналов при наличии низкочастотной помехи или постоянной составляющей путем непрерывного слежения и кои; пенсации напряжения помехи на основе я5

;информации об ошибке в определении истинного положения момента экстремума; формула изобретения

ЗФ

- 1. Устройство для определения мо;ментов экстремумов гармонических сигналов, содержащее ждущий генератор, генератор эталонных импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, М выход первого элемента И подключен к счетному входу первого триггера, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитаю.. щий вход которого соединен с выходом

49 второго элемента И, а установочный вход -соединен с установочным входом первого триггера и вторым входом первого элемента И, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения 43 точности определения моментов экстремумов, в устройство дополнительно введены комааратор, блок определения ошибки, элемент ИЛИ, .формирователь уравновешивающего напряжения, выюд которого соединен с первым входом коьшаратора, с вторым входом которого соединена входная информационная шина устройства, .а выход компаратора соединен с инверсным входом второго элемент-. 55 га И, вторым входом первого элемента И и первыми вхоцами блока определения ошибки и формирователя уравновешиваю

899 10 щего напряжения, второй вход которого подключен к выходу реверсивного .счетчика, и входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второ го элемента И, входом ждущего генератора и вторым входом блока определенияошибок, первый выхоц которого подюиочен к третьему входу формирователя уравновешивающего напряжения.

2. Устройство Ilo и, 1, о т JI и % а ю щ е е с я тем, что блок определения ошибки содержит четыре элемента И, . генератор эталонных импульсов, три григ

I, гера, реверсивный счетчик, элемент ИЛИ,.

i элемент ИЛИ-НЕ и линию задержки, причем инверсные входы первого и второго. элементов И подключены к входу жду щего генератора, выход первого элемента И через первый вход элемента ИЛИ подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, выход генератора эталонных импульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, а выход последнего подключен к счетному входу первого триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход компаратора соециI нен с вторым входом третьего элемеи,га И, установочным входом триггера, первым, вхоцом . четвертого элемента И, с

"1

: задержкой установочным входом второго триггера и через линию задержки е уотановочными входами третьего триггера и реверсивного счетчика, выход которого является первым выящом блока и соединен- с .третьим входом формирователя уравновешивающего напряжения и входом элемента ИЛИ НЕ, выход которого сое» динен с вторим входом четвертого эле.мента И и единичным входом дторого триггера, прямой выход которого является вторым выходом блока и соединен с. третьим входом формирователя уравновешивающего напряжения и вторым входом первого элемента И, а инверсный выход подключен к второму входу второго эле-мента И, выход которого соединен с вы. читающим входом реверсивного счетчика, . выход четвертого элемента И с задерж- кой соединен с единичным входом третье го триггера, прямой выход которого является третьим выходом блока.

3. Устройство Ro п е 1, o T Jl H ч а ю щ е е с я тем, что формирователь уравновешивающего напряжения содержит сумматор-вычитатель, накапливающий регистр, цифро-аналоговый преобразователь и элемент задержки, причем первый сннхронизирующий вход сумматора»вычи11 .1004899 12 тателя соединен с выходом компаратора; и вторым выходом блока определения ошии через элемент задержки с первым сии- бок и выходом накапливающего регистра, хронизирукицим входом накапливающего, второй вход которого подключен к вы регистра, выход которого соединен с ходу сумматора-вычщателя. входом пифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к первому принятые во внимание при экспертизе входу компаратора, а второй, третий и 1. Авторское свидетельство СССР четвертый входы сумматора - вычитате- 34 443366229988, кл. („01 R 29/02. ля соединены соответственно с выходом 2, Авторское свидетельство СССР реверсивного счетчика устройства, первым1е t4 617738, кл. Я 01 Й 19/04.

1004899 иг.2

1004899

1004899 ц -ИМЭПИ Заказ 1876/57 Тираж 708 Подписное филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4