SU1444832A1

SU1444832A1 - Аналого-цифровой интегратор

Info

Publication number: SU1444832A1
Application number: SU874302083A
Authority: SU
Inventors: Евгений Викторович Колмыков; Эдуард Сергеевич Никулин; Лариса Виталиевна Тихомирова; Михаил Владимирович Шмаков
Original assignee: Организация П/Я А-3500
Priority date: 1987-07-15
Filing date: 1987-07-15
Publication date: 1988-12-15

Abstract

Изобретение может найти примене ние при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобре тени вл етс повышение точности записи начальных условий. Аналого- цифровой интегратор содержит первый переключатель 1, преобразователь 2 напр жение - частота, реверсивный счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь 4, блок 5 Слежение-хранение, первый блок 6 сравнени , нуль-орган 7, элемент И-НЕ 8, инвертор 9, элемент ИЛИ 10, источник 11 питани , пиковый детектор 12, сигнализатор 13 напр жений питани , реле 14 времени, буферный усилитель 15, второй блок 16 сравнени , второй переключатель 17. Сущность изобретени состоит в том, что в режиме записи начальных условий путем подачи питани на интегратор по сигналу реле времени происходит изменение структуры интегратора, в результате чего рассогласование между его выходньм напр жением и сигналом начальных условий уменьшаетс до нул . 1 ил. § ила 4 4 4 ОО СО to

Description

Изобретение отнЬситс к автоматике и предназначено дл формировани на- о пр жени , пропорционального интегралу от входного сигнала. Оно может использоватьс в системах автоматического управлени различными объектамиjj, когда требуютс большие посто нные интегрировани ,

Целью изобретени вл етс повыше- Q с ние точности записи начальных условий в интегратор.

На чертеже приведена схема аналого-цифрового интегратора.

Интегратор содержит первьй пере- 5 ключатель 1, преобразователь 2 напр -- жение - частота, реверсивньш счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь 4, блок 5 Слежение-хранение, первый блок 6 сравнени , нуль-орган 7, элемент И-НЕ 8, инвертор 9, элемент ИЛИ 10, источник 11 питани , пиковьй детектор 12, сигнализатор 13 напр жений питани , реле 14 времени, буферный усилитель 15, второй блок 16 сравне-f 25

ны о ж ч и н пр

с н п п

пр г п 20 с

вх к з в

ни , второй, переключатель 17.

Блок 5 Слежение-хранение содержит первый и второй масштабные резисторы ,18 и 19, зар дный резистор 20, два переключател 21 и 22, операционньй усилитель 23, запоминающий конденса тор 24, МОП-транзистор 25.

Дл рассматриваемого интегратора характерны следующие режимы работы: интегрирование, восстановление информации после сбоев счетчика и кратковременных перерывов в подаче питани и запись начальных условий.

В режиме интегрировани устройство работает после окончани переходных процессов в цеп х питани и прихода реле 14 времени во включенное состо в

30

35

40

с н в

л

ка хо ло ра ни ро пр вх ви од ра ин то

выходной сигнал имеет единичное значение , по которому переключатели 17, 22 удерживаютс в нижнем положении. При этом выходные напр жени источника 11 питани имеют номинальные значени и сигнализатор 13 напр жений питани и пиковый детектор 12 перевод т МОП- транзистор 25 в открытое состо ние, в результате чего запоминающий конденсатор 24 подключаетс к выходу операционного усилител 23.

Исходное состо ние контура восстановлени информации, включающего в се б блок 5 Слежение-хранение, первьй блок 6 сравнени , нуль-орган 7, и элементы И-НЕ 8 и ИЛИ 10, соответствует

с

равенству абсолютных значений выходных напр жений цифроаналогового преобразовател 4 () и блока 5 Слежение-хранение (Uf,), в результате чего выходные сигналы нуль-органа 7 и элемента ИЛИ 10 имеют нулевые значени и переключатель 1 соедин ет вход преобразовател 2 напр жение-частота

входом устройства (Ug) а элемент И-НЕ 8 удерживает ключ 21 в замкнутом состо нии, и блок 5 Слежение-хранение работает в режиме слежени за напр жением с выхода цифроаналогового преобразовател 4.

При наличии входного сигнала U 0 преобразователь 2 напр жение-частота генерирует импульсы с частотой f vi, пропорциональной U , которые в зави- симости от знака U поступают на

входы + или - реверсивного счетчика 3. За каждьй период работы преобразовател 2 в счетчике 3 фиксируютс величина и знак приращени интеграла

входного напр жени U, т.е. осуще

0

5

0

5

0

5 величину, ствл етс квантование интеграла входного сигнала по уровню. Таким образом, в счетчике 3 формируетс цифровой

код N, характеризующий , кото . - t

рьй с помощью цифроаналогового преобразовател 4 преобразуетс в эквива- . лентное электрическое напр жение.

При нормальной работе аналого-цифрового интегратора (без сбоев счетчика ) блок 5 Слежение-хранение находитс в режиме слежени за сигналом с выхода цифроаналогового преоб разовател 4, причем скорость слежени выбираетс выше максимальной скорости изменени напр жени на выходе преобразовател 4, а приведенна к входу блока 6 сравнени зона нечувствительности нуль-органа 7 не менее одного кванта сигнала с выхода преобразовател 4 и контур восстановлени информации находитс в исходном состо нии , рассмотренном выше.

Если в процессе интегрировани (или хранени интеграла при УВЯ произойдет сбой счетчика 3, то из-за ограниченной скорости слежени блока 3 Слежение-хранение сигналы на вхо дах блока 6 сравнени отличаютс на

превышающую зону нечувствительности . На выходе блока б сравне - ни возникает напр жение, знак которого определ етс рассогласованием

сигналов Уцдп п Р этом нуль- орган 7 формирует независимо от знака рассогласовани единичное значение логического сигнала, по которому элемент И-НЕ 8 переводит ключ 21 в разомкнутое состо ние, и блок 5 Слежение-хранение переходит в режим поддержани напр жени , предшествующего сбою счетчика 3 (режим хранени ).

Одновременно по единичному значению выходного сигнала элемента ИЛИ 10 переключатель 1 соедин ет вход преобразовател 2 напр жение-частота через переключатель 17 с выходом блока 6 сравнени . Под действием сигнала с вы хода блока 6 сравнени преобразователь 2 восстанавливает информацию в

Поскольку сигнализатор 13 напр жезапоминающего конденсатора 24 при условии выхода из допустимой зоны хот бы одного напр жени питани , нарушени нормальных состо ний узлов

счетчике 3, т.к. подача импульсов на

один из входов счетчика 3 осуществл -20 питани обеспечивает отключение етс до тех пор, пока разность напр жений с выхода блока 5 Слежение-хранение и цифроаналогового преобразовател 4 не снизитс до величины, при которой произойдет отключение нуль-ор-25 интегратора, возникающие после этого, гана 7. После этого выходной сигнал привод т к изменению зар да на за- нуль-органа 7 принимает нулевое зна- поминающем конденсаторе. Необходимые чение, а следовательно, переключатель . значени напр жений на подложке МОП- 1 подключает вход преобразовател 2 к транзистора 25 и на выходе сигнализа- входу устройства (U), ключ 21 пере- зо сохран ютс в течение перерыходит в замкнутое состо ние, а блок 5 Слежение-хранение - в режим слежег ни за сигналом Ущп и схема возвращаетс в прежнее состо ние, обеспечива дальнейшее формирование интеграла от входного сигнала Ug.

Дл уменьшени погрешности интегратора , св занной с изменением потенциала на запоминающем конденсаторе 24 при работе блока 5 Слежение-хранение в режиме хранени , необходимо увеличивать частоту преобразовател 2 напр жение-частота , т.е. сокращать врем восстановлени информации. Это достигаетс тем, что при срабатьюании нуль-органа 7 преобразователь 2 сигналом , поступающим на вход перестройки частоты с нуль-органа 7 через элемент ИЛИ 10, перестраиваетс на по- вьпиенную частоту следовани импуль40

на питани за счет пикового детектора 12. Кратковременные перерывы питани не привод т к запуску реле времени 14, и состо ние переключателей 17 и 22 в этом режиме соответствует исходному.

По вление напр жени U. в. питающей сети после кратковременного его исчезновени вызывает увеличение выходных напр жений источника 11 питани от нулевых значений до номинальных. При этом состо ние сигнализатора 13, соответствующее закрытому МОП-транзистору 25, сохран етс до тех пор, пока хот бы одно из этих напр жений находитс вне допустимой зоны. Как только последнее из них примет допустимое значение, при котором на все узлы интегратора поступают напр жени питани , близкие к номинальным, сигнализатор 13 релейно измен ет пол рность своего выходного сигнала, МОП-транзистор 25 открываетс и на выходе блока 5 Слежение-хранение устанавливаетс напр жение u|,, определенное 55 потенциалом на конденсаторе 24 и близкое по значению напр жению Up, которое было на нем до перерыва в подаче питани . Если 11 то срабатывает

45

сов ,.

Работа интегратора в режиме восстановлени информации при кратковременных перерывах питани происходит следующим образом.

При исчезновении напр жени Uj в питающей сети выходные напр жени источника 11 питани уменьшаютс до нулевых уровней с различными посто н

ными времени. Пока они близки к номинальным значени м, сигнализатор 13 напр жений питани поддерживает МОП- транзистор 25 в открытом состо нии. Но как только хот бы одно из выходных напр жений источника 11 питани выйдет из допустимой зоны, выходной сигнал, сигнализатора 13 релейно измен ет свою пол рность, что приводит к закрыванию МОП-транзистора 25. В результате этого запоминающий конденсатор 24 оказьтаетс отключенным от операционного усилител 23 и напр жение на нем за врем перерьша питани измен етс относительно первоначального уровн (UQ) на незначительную величину.

питани обеспечивает отключение интегратора, возникающие после этого, привод т к изменению зар да на за- поминающем конденсаторе. Необходимые значени напр жений на подложке МОП- транзистора 25 и на выходе сигнализа- сохран ютс в течение переры

0

По вление напр жени U. в. питающей сети после кратковременного его исчезновени вызывает увеличение выходных напр жений источника 11 питани от нулевых значений до номинальных. При этом состо ние сигнализатора 13, соответствующее закрытому МОП-транзистору 25, сохран етс до тех пор, пока хот бы одно из этих напр жений находитс вне допустимой зоны. Как только последнее из них примет допустимое значение, при котором на все узлы интегратора поступают напр жени питани , близкие к номинальным, сигнализатор 13 релейно измен ет пол рность своего выходного сигнала, МОП-транзистор 25 открываетс и на выходе блока 5 Слежение-хранение устанавливаетс напр жение u|,, определенное 5 потенциалом на конденсаторе 24 и близкое по значению напр жению Up, которое было на нем до перерыва в подаче питани . Если 11 то срабатывает

5

0

514448326

нуль-орган 7 и в интеграторе происхо- временна задержка, формируема реле дит восстановление информации подоб- 14 времени, с - посто нна времени но тому, как это имеет место при сбо- зар да конденсатора 24. При выполне- х счетчика.нии этих соотношений конденсатор 24

Claims

Работа интегратора в режиме записи в конце вьиержки времени р0 оказы- начальных условий происходит следую- ваетс зар женным до уровн выходного щим образом.напр жени ()„) усилител 23, соотЕсли после длительного нахождени ветствующего условию Ug(,,Un,j, а на- генератора в обесточенном состо нии jg пр жение на выходе блока 6 сравнени он подключаетс к питающей сети, то близко к нулевому уровню (т.к. 11, в первый момент времени выходной сиг- ицдп) и выходной сигнал нуль-органа нал реле 14 времени имеет нулевое зна- 7 в конце C pg имеет нулевое значение, чение. При этом переключатели 17 и 22 После окончани задержки tp выход- устанавливаютс в верхнее положение, 15 ой сигнал реле 14 времени принимает а переключатели 1 и 21 - в нижнее не- единичное значение, что приводит к из- зависимо от состо ни нуль-органа 7. менению состо ни переключателей 7 Рассогласование UUu,,j-Ugy с выхо- 22 и 1,, и интегратор переходит в ре- да второго блока 16 сравнени поетупа- жим интегрировани входного сигнала, ет через переключатели 17 и 1 на вход 20 При этом выходное напр жение блока 5 преобразовател 2 напр жение - часто- Слежение-хранение не измен етс , та, который настраиваетс (по входу так как лева обкладка конденсатора перестройки частоты) на повьшенную 24 переключаетс мезвду точками, на- частоту следовани импульсов ( пр жени в которых практически равны сигналом с элемента ИЛИ 10, принимаю- 25 нулю (ток зар да конденсатора отсутст- щим в этом случае единичное значение вует, усилитель 23 работает в линей- за счет инвертора 9.ном режиме и потенциал на его инПо нулевому значению сигнала реле вертирующем входе определ етс смеще- 14 времени переключатель 22 отключает нием нул усилител , т.е. не превы- конденсатор 24 от инвертирующего вхо- ЗО шает нескольких мшшивольт). да усилител 23 и подключает его к ре- За счет того, что в режиме записи зистору 20, в результате чего блок 5 начальных условий конденсатор 24 вы- Слежение-хранение переходит в режим ключаетс из цепи отрицательной об- аналогового инвертора, коэффициент ратной св зи усилител 23 и зар жа- передачи которого определ етс отноше- с етс через резистор 20, а в конце за- нием сопротивлений резисторов 19 и 18. держки pg безударно подключаетс Конденсатор 24 при этом обеспечивает к усилителю 23, достигаетс безынерци- выходное напр жение усилител 23, за- онность блока Слежение-хранение и р жа сь через резистор 20, переключа- устран етс самовозбуждение аналого- тель 22 и открытый МОП-транзистор 25. 40 цифрового интегратора .в этом режиме, В результате в этом режиме преобразо- в результате чего исключаютс динами- ватель 2 напр жение - частота, рабо- ческие составл ющие погрешности запита на повьшенной частоте fсц обес- си начальных условий, св занные с ука- печивает быстрое изменение кода в занными факторами. Погрешность прер- счетчике 3 до тех пор, пока рассогла- 45 ложенного интегратора в этом регкиме сование bUnu на выходе блока 16 срав- определ етс практически только бло- нени не станет равным нулю, т.е. до ком 16 сравнени (его смещением нул ) выполнени услови Ug,UHU Врем , и неидеальностью входных цепей. которое требуетс дл достижени этого услови (т.е. фактическое врем за-5о Формулаизобретени писи начальных условий t цц) определ етс в основном частотой импульсов Аналого-цифровой интегратор, со- f на выходе преобразовател 2 и зна- держащий первьй переключатель, первьй чением записываемого в счетчик 3 кода. информационный вход которого вл етс

Обеспечение нормальной работы инте-55 входом интегратора, а выход соединен гратора в режиме записи начальных ус- с информационным входом преобразовате- Ловий св зано с вьшолнением соотноше- л напр жение - частота, вход пере- тй Грв Ьц,.рИ ,, где с рв - стройки частоты которого соединен с

14448328

управл ющим входом первого переключа- го введены элемент ИЛИ, инвертор, тел , а первьй и второй выходы соеди- нуль-орган, буферный усилитель и вто- нены соответственно с суммирующим и рой блок сравнени , причем второй ин- вьгчитаницим входами реверсивного счет- формационный вход первого переключа- чика, выходы которого соединены с со- тел соединен с выходом второго пере- ответствующими цифровыми входами циф- ключател , первый информационный вход роаналогового преобразовател , выход которого соединен с выходом второго которого соединен с первым входом блока сравнени , первый вход которого первого блока сравнени , второй вход ю соединен с входом задани начальных которого соединен с выходом блока условий интегратора, а второй вход Слежение-хранение, источник питани , соединен с выходом буферного усилите- первый, второй и третий выходы кото- л и вл етс выходом интегратора, рого соединены с соответствующими сиг- вход буферного усилител соединен с нальными входами сигнализатора напр - 15 вьпсодом блока Слежение-хранение, жений питани , причем первый выход выход первого блока сравнени соеди- источника питани соединен с входом нен с входом нуль-органа и с вторым пикового детектора, выход которого информационным входом второго переклю- соединен с входом питани сигнализа- чател , выход нуль-органа соединен с тора напр жений питани и с входом за-20 вторым входом элемента И-НЕ и с пер- дани опорного напр жени блока Сле- вым входом элемента ИЛИ, второй вход жение-хранение, вход хранени инфор- которого соединен с выходом инверто- мации которого соединен с выходом ра, вход которого соединен с выходом сигнализатора напр жений питани , ре- реле времени и с входом управлени коле времени, выход которого соединен 25 эффициентом передачи блока Слежение- с первым входом элемента И-НЕ и с уп- хранение, сигнальный вход которого равл ющим входом второго переключате- соединен с выходом цифроаналогового л , выход элемента И-НЕ соединен с преобразовател , вход реле времени входом Слежение-хранение блока Сле- соединен с третьим выходом источника жение-хранение, отличающий -30 питани , выход элемента ИЛИ соединен с тем, что, с целью повышени точ- с управл кшщм входом первого переклю- ности записи начальных условий, в не- чател .