Аналого-цифровой интегратор

Аналого-цифровой интегратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву 507872 (22) Заявлено 24.05.77 (21) 2490190/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.79. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 30.08.79 (51) N. Кл.е

G 06G 7/18

Государственный комитет (53) УДК 681.335 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

М. Н. Глазов и Э. С. Никулин (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИ ФРОВО и И НТЕГРАТОР

Предлагаемый интегратор относится к автоматике и предназначен для уменьшения статической ошибки систем автоматического регулирования различных технологических объектов, имеющих большие постоянные времени.

Известен аналого-цифровой интегратор по основному авт. св. № 507872 (1), содержащий преобразователь напряжение— частота с аналоговым интегратором и ком- ð паратором, реверсивный счетчик импульсов, цифро-аналоговый преобразователь, выходной сумматор и контур записи начальных условий и восстановления информации с блоками сравнения, выделения модуля, сле- 15жения — хранения и двухпозиционным переключателем, подключающим блок слежения — хранения к выходу аналого-цифрового интегратора или к источнику задания начальных условий в зависимости от режима р а боты интегр а тор а.

При использовании такого аналого-цифрового интегратора в системах автоматического регулирования для повышения их статической точности возникают трудности; связанные с обеспечением устойчивости и необходимого качества переходных процессов и обусловленные появлением дополнительного 90-градусного фазового сдвига, вносимого интегратором. 30

Целью изобретения является повышение точности интегрирования.

Эта цель достигается тем, что в аналогоцифровой интегратор введены последовательно включенные релейный элемент, дифференцирующая цепь, инвертор, элемент

ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи, и ждущий мультивибратор, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а выход к управляющему входу двухпозиционного переключателя, вход релейного элемента подключен к входу интегратора.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого аналого-цифрового интегратора; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Интегратор содержит преобразователь 1 напряжение — частота, построенный на аналоговом интеграторе 2 с цепью 3 сброса в нулевое состояние и трехпозиционном компараторе 4, реверсивный счетчик импульсов

5 с импульсным входом 6 и входами управления 7 и 8, цифроаналоговый преобразователь 9, выходной сумматор 10 с резисторами 11 и 12 и управляемым ключом на транзисторе 13, подключенным через согласующую цепь 14 к импульсному выходу компаратора, двухпозиционный переключатель 15 с входами 16 и 17 и управляющим

682908

15

25 зо входом 18, блок слежения — хранения 19, содержащий усилитель 20, запоминающий конденсатор 21, истоковый повторитель на полевом транзисторе 22 и переключатель режима работы «слежение — хранение» 23, трехпозиционный блок сравнения 24, резистор 25, блок выделения модуля 26 и логический элемент И вЂ” НЕ 27.

К аналого-цифровому интегратору 28 дополнительно подключены релейный элемент

29 на двухвходовом операционном усилителе 30, дифференцирующая цепь 31, инвертор

32 на транзисторе ЗЗ и резисторах 34, 35 и

36, элемент ИЛИ 37 на диодах 38 и 39 и ждущий мультивибратор 40. Выход ждущего мультивибратора 40 соединен с управляющим входом 18 двухпозиционного переключателя 15, а вход релейного элемента 29 подключен к входу интегратора. В качестве источника задания начальных условий (Uo) в предложенном устройстве используется шина нулевого потенциала (вход 17 двухпозиционного переключателя 15 соединен с шиной нулевого потенциала).

Работает аналого-цифровой интегратор следующим образом. При наличии входного сигнала U„„ преобразователь напряжение— частота 1 генерирует импульсы с частотой, пропорциональной UÄ. Пусть, например, U„x)0, тогда на потенциальных выходах трехпозиционного компаратора 4, соединенных с входами управления 7 и 8 реверсивного счетчика 5, устанавливаются напряжения, настраивающие счетчик на сложение импульсов. Кодовые комбинации, возникающие в счетчике, преобразуются цифра-аналоговым преобразователем 9 в возрастающее напряжение, поступающее на вход сумматора 10. Импульсы на счетном входе 6 реверсивного счетчика 5 возникают в моменты, когда напряжение на выходе аналогового интегратора 2 достигает уровня срабатывания компаратора 4, после чего под действием выходного сигнала компаратора осуществляется быстрый сброс (разряд емкости) аналогового интегратора 2. В результате компаратор 4 выключается и процесс заряда емкости под действием U„„ повторяется. Поэтому за каждый период работы преобразователя 1 в счетчике 5 фиксируется приращение интеграла напряжения U„„, т. е. имеет место квантование интеграла входного напряжения U» по уровню.

Для устранения погрешности квантования в схеме осуществляется суммирование выходного сигнала цифро-аналогового преобразователя 9 с выходным сигналом аналогового интегратора 2 с помощью сумматора

10. Устранение всплесков напряжения на выходе аналого-цифрового интегратора, возникающих в момент сброса аналогового интегратора 2, достигается с помощью резисторов 11 и 12 и транзистора 13, база которого через согласующую цепь 14 подклю35

65 чена к импульсному выходу компаратора 4, благодаря чему сумматор 10 отключается от аналогового интегратора 2 на время разряда его емкости.

При неизменном знаке U, ðåëåéíûé элемент 29 удерживается в одном из устойчиных состояний, поэтому сигнал на выходе дифференцирующей цепи 31 отсутствует, на обоих входах элемента ИЛИ 37 действуют нулевые сигналы и ждущий мультивибратор

40 находится в устойчивом состоянии, при котором на его выходе имеется сигнал логической единицы. В результате переключатель 15 устанавливается в положение, при котором выход аналого-цифрового интегратора подключен к входу блока слежения— хранения 19. Этот блок при отсутствии сбоев счетчика 5 работает в режиме слежения за выходным напряжением интегратора

U„„„x. Действительно, в режиме слежения на входах трехпозиционного блока сравнения 24 действуют практически равные напряжения У„и У„„и выходные сигналы блоков сравнения 24 и выделения модуля

26 равны нулю. Поэтому на выходе логического элемента И вЂ” НЕ 27 возникает единичный сигнал, поддерживающий переключатель 23 в замкнутом состоянии, что соответствует режиму слежения блока 19. Отметим, что в этом случае блок сравнения 24 не влияет на работу преобразователя «напряжения — частота» 1, т. к. ток через резистор 25 равен нулю.

Рассмотрим теперь работу аналого-цифрового интегратора при изменении знака напряжения У,». В момент времени 1 (см. временные диаграммы на фиг. 2), когда U„ достигает порога переключения U> релейного элемента 29, последний скачком переходит в состояние положительного насыщения и на выходе дифференцирующей цепи 31 возникает положительный импульс, запускающий через схему ИЛИ 37 ждущий мультивибратор 40. На выходе ждущего мультивибратора формируется импульс длительностью т (логический нуль), под действием которого элемент И вЂ” НЕ 27 вырабатывает единичный сигнал независимо от состояния блока сравнения 24. Поэтому блок слежения — хранения 19 остается в режиме слежения в течение времени задержки мультивибратора 40. При этом переключатель 15 переводится в положение, при котором к входу блока 19 подключается шина с нулевым потенциалом. В результате на выходе блока слежения — хранения 19 устанавливается нулевое напряжение (U =O). Одновременно аналого-цифровой интегратор переходит в режим слежения за сигналом U„, поскольку из-за неравенства сигналов U и

U»,» блок сравнения 24 через резистор 25 замыкает контур отрицательной обратной связи, включающий в себя аналого-цифровой интегратор.

682908

Под действием выходного напряжения блока сравнения 24 преобразователь «напряжение — частота» 1 воздействует на реверсивный счетчик импульсов 5 до тех пор, пока не сравняются сигналы на входах З блока 24, т. е. до выполнения условия

U„,„= U =0. После этого вследствие исчезновения напряжения на выходах блоков

24 и 26 переключатель 23 вновь замкнется и блок слежения — хранения 19 перейдет в lp режим слежения за выходным напряжением

U » аналого-цифрового интегратора, а сам интегратор будет осуществлять интегрирование отрицательного напряжения U„, Процесс интегрирования отрицательного д напряжения U,„ïðîòåêàåò так же, как и в случае положительного напряжения UÄ, с той лишь разницей, что при U„,(0 реверсивный счетчик 5 под действием компаратора 4 настраивается на вычитание импульсов, действующих на его счетном входе 6.

В результате напряжение U„„„x на выходе интегратора уменьшается. При очередном изменении знака U,x релейный элемент 29 скачком переходит в состояние отрицательного насыщения (момент времени t> на фиг. 2), и на выходе дифференцирующей цепи 31 формируется отрицательный импульс. Этот импульс закрывает транзистор

33 инвертора 32, в результате чего с коллектора транзистора ЗЗ на диод 38 элемента ИЛИ 37 поступает положительный импульс. Кдущий мультивибратор 40 запускается и на выходе интегратора устанавливается нулевое напряжение подобно тому, как это происходило в рассмотренном выше случае.

Разлагая выходное напряжение интегратора в ряд Фурье, можно показать, что фазовый сдвиг первой гармоники выходного напряжения относительно сигнала U„„„„- при достаточно малых порогах переключения релейного элемента 29 (Ui=U> О) составляет 40, что существенно меньше фазового сдвига, вносимого известными аналогоцифровыми интеграторами. В то же время для входных сигналов одного знака предлагаемый интегратор обладает свойствами известных интеграторов. Поэтому на его основе можно реализовать астатические сис- 50 темы со значительно лучшими динамическими характеристиками.

При сбоях счетчика и возникновения разности напряжений U, x и U, превышающей порог срабатывания блока сравнения

24, на выходе логического элемента И вЂ” НЕ

27 возникает нулевой сигнал, под действием которого переключатель 23 размыкается и блок 19 переходит в режим хранения выходного сигнала интегратора, предшествующего сбою счетчика 5. Под действием отрицательной обратной связи, которая замыкается при срабатывании блока сравнения 24, аналого-цифровой интегратор отрабатывает заданное значение напряжения U„, в результате чего напряжение на его выходе

У„„достигает величины, предшествующей сбою.

Таким образом, благодаря введению в аналого-цифровой интегратор указанных выше дополнительных элементов и соответствующих связей между ними достигается быстрое списывание выходного напряжения интегратора при изменении знака входного сигнала, что обеспечивает существенное уменьшение эквивалентного фазового сдвига, вносимого интегратором, и в конечном счете способствует улучшению динамических характеристик систем автоматического регулирования с такими интеграторами.

Формула изобретения

Аналого-цифровой интегратор по авт. св.

Кþ 550077887722, отл и ч а ющи и с я тем, что, с целью повышения точности интегрирования, в него введены последовательно включенные релейный элемент, дифференцирующая цепь, инвертор, элемент ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи, и ждущий мультивибратор, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, выход ждущего мультивибратора соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя, а вход релейного элемента подключен ко входу интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 507872, кл. G 06G 7/18, 1973 (прототип).

682008

Составитель С. Белан

Техред Н, Строганова

Редактор Р. Киселева

Корректор Е. Осипова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2366/15 Изд. № 559 Тираж 780 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3(-35, Раушская наб., д. 4/5