Устройство для формирования аналогового сигнала рассогласования

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА РАССОГЛАСОВАНИЯ, содержащее регистр задания, подключенный к первому счетчику, преобразователь параметра в частоту и генератор эталонной частоты, о т л ич ающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в него введены два счетчика, два разнополярных источника постоянного напряжения, триггер и три элемента совпадения, фильтр низкой частоты и три ключа, причем информационный вход первого счетчика подключен к регистру задания , выход - к информационному входу второго счетчика, к счетному входу которого через первый элемент совпадения подключены его выход переполнения и выход третьего счетчика , счетный вход которого подключен к генератору эталонной частоты, а управляющий вход - к регистру задания, второй и третий элементы совпадения выходами подключены к счетным входам первого счетчика, а входами - к генератору эталонной частоты и к прямому и инверсному выходам триггера, вход установки логической единицы которого подключен к выходу переполнения первого счетчика, а вход установки логического нуляк преобразователю параметра в частоту, соединенного выходом с входами синхронизации первого и второго счетчиСО ков, а аналоговые входы первого и второго ключей соединены с разнополярными источниками постоянного напряжения, а управляющие входы с соответствующими выходами триггера а выходы первого и второго ключей подсоединены к аналоговому входу третьего ключа, управляющий вход которого подсоединен к выходу переполнения второго счетчика, а выход - к фильтру низкой частоты.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (511 а 05 В 1/01

1:1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3562016/18-24 (22) 09.03.83 (46) 23.07.84. Бюл. Р 27 (72) С.A.Áoãàòûðåâ (53) 62-50(088.8) (56) 1. Цифровые системы управления электроприводами. Л., "Энергия",1977, с. 13-21.

2. Цифровые системы управления электроприводами. Л., "Энергия", 1977 с. 246-251 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА РАССОГЛАСОВАНИЯ, содержащее регистр задания, подключенный к первому счетчику, преобразователь параметра в частоту и генератор эталонной частоты, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в него введены два счетчика, два разнополярных источника постоянного напряжения, триггер и три элемента совпадения, фильтр низкой частоты и три ключа, причем информационный вход первого счетчика подключен к регистру задания, выход — к информационному входу второго счетчика, к счетному

as) <ю входу которого через первый элемент совпадения подключены его выход переполнения и выход третьего счетчика, счетный вход которого подключен к генератору эталонной частоты, а управляющий вход — к регистру задания, второй и третий элементы совпадения выходами подключены к счетным входам первого счетчика, а входами — к генератору эталонной частоты и к прямому и инверсному выходам триггера, вход установки логической единицы которого подключен к выходу переполнения первого счетчика, а вход установки логического нуля-.к преобразователю параметра в частоту, соединенного выходом с входами синхронизации первого и второго счетчиков, а аналоговые входы первого и второго ключей соединены с разнополярными источниками постоянного напряжения, а управляющие входы с соответствующими выходами триггера, а выходы первого и второго ключей подсоединены к аналоговому входу третьего ключа, управляющий вход которого подсоединен к выходу переполнения второго счетчика, а выход— к фильтру низкой частоты.

1104462

Изобретение может найти примене= ние в системах для регулирования параметров, легко преобразуемых с помощью датчиков в частоту следования,например, для регулирования числа оборотов двигателей.

Известны устройства для формирования аналогового сигнала рассогла. сования, используемые в-цифроаналоговых системах автоматического регулирования, в которых регулируемый параметр представлен частотой следования Импульсов, а задание кодом (1) .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для получения сигнала ошибки в цифровом электроприводе регулируемой скорости, содержащее регистр задания скорости, подключенный к первому счетчику, преобра- 20 зователь параметра в частоту, генератор эталонной частоты. На вход регистра задания скорости поступает цифровой управляющий сигнал, величина которого пропорциональна требуе- 25 мой скорости. На счетчик поступает сигнал, снимаемый с преобразователя, в виде последовательности импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости вращения. Счетчик З0 производит преобразование частоты следования импульсов в двоичный код путем подсчета количества импульсов .за эталонный промежуток времени,. формируемый с помощью генератора З5 эталонной частоты. В состав устройства входит сумматор, с помощью которого производится вычитания двоичного кода счетчика из кода, содержащегося в регистре задания скорости. код ошибки поступает на цифроанало- 40 говый преобразователь, на выходе которого формируется аналоговый сигнал рассогласования (2) .

ОДнакО быстродействие известного устройства невысокое, так как требу- 45 ется значительное время для счета .числа импульсов с преобразователя.

Кроме того, устройство достаточно сложно, так как требует применения многоразрядного циФрового сумматора ц0 и цифроаналогоэого преобразователя.

Целью изобретения является повышение быстродействий устройства и упрощение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два раэнополярных источника постоянного напряжения, два счетчика, триггер и три элемента совпадения, фильтр ниэкой частотй и три ключа, причем информационный вход первого счетчи- 40 ка подключен к регистру задания, а выход — к информационному входу второго счетчика, к счетному входу которого через первый элемент совпадения подключены его выход переполнения и выход третьего сМетчика, счетный вход которого пбдключен к генератору эталонной частоты, а управляющий вход — к регистру задания, второй и третий элементы совпадения выходами подключены к счетным входам первого счетчика, а входами — к генератору эталонной частоты и к прямому и инверсному выходам триггера, вход установки логической единицы которого подключен к выходу переполнения первого счетчика, а вход установки логического нуля — к преобразователю параметра в частоту, соединенного выходом с входами синхронизации первого и второго счетчиков, а аналоговые входы первого и второго ключей соединены с.разнополярными источниками постоянного напряжения, а управляющие входы — с соответствующими выходами триггера, а выходы первого и второго ключей. подсоединены к аналоговому входу третьего ключа, управляющий вход которого подсоединен к выходу переполнения второго счетчика, а выход — к фильтру низкой частоты.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства для формирования аналогового сигнала рассогласования в цифроаналоговой системе автоматического регулирования.

Устройство для формирования аналогового сигнала рассогласования содержит регистр 1 задания, имеющий информационные вход 2 и выход 3, преобразователь 4 параметра в частоту, генератор 5 эталонной частоты, первый счетчик 6, имеющий информационный вход 7, вход 8 синхронизации суммирующий 9 и вычитающий 10 счетные входы информационный выход 11 и выход 12 переполнения, второй счетчик 13, имеющий информационный вход 14, вход 15 синхронизации, счетный вычитающий вход 16 и выход

17 переполнения, третий счетчик

18, имеющий управляющий вход 19, счетный вход 20 и выход 21, триггер

22, имеющий входы 23 и 24 установки логической единицы и логического нуля соответственно и прямой 25 и инверсный 26 выходы, первый, второй и третий элементы 27-29 совпадения, имеющие входы 30 — 35, разнополярные источники постоянного напряженияположительного 36 и отрицательного

37, аналоговые ключи 38 — 40, имеющие аналоговые входы 41 - 43, управ" ляющие входы 44-46 и выходы 47 — 49, фильтр 50 низкой частоты, имеющий вход 51 и выход 52, который является одновременно выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Двоичный код задания поступает на вход 2 регистра 1 задания и

1104462

Частота генератора 5 эталонной частоты равна fo, а частота входных импульсов равна F . Причем частота генератора 5 эталонной частоты 1д выбрана такой, чтобы при F = Fо за время между двумя следующими друг за другом входными импульсами T = 35

1 количество Импульсов, поступаюFo щих на счетный вычитающий вход 10 первого счетчика 6 от генератора 5 эталонной частоты, равно значению 40 кода Nq, занесенного в счетчик 6, т.е. к моменту очередной записи кода

Ny в первый счетчик 6 содержимое .последнего равно нулю. Это выполняется при условии

45 о или

Т foé и Т„ о

При частоте входных импульсов

Р » Р к моменту прихода очередного входного импульса первый счетчик 6 содержит код, равный

,т., -т 1,=Ny -Ny — = N — -н т FCo Р о то о Р о Р 55,LF C0

1 где Т=

Если F+ F через время Т» от момен-60 та поступления очередного входного импульса на выходе 12 переполнения первого счетчика 6 появится сигнал логической единицы, который поступа" ет на вход 23 установки логической 65 хранится там. Например, задание

1 кода Мт = o То=0 ---,т.е. обратно

|о пропорционально частоте F, соответствующей заданной величине параметра. Каждый очередной входной импульс,,генерируемый преобразователем 4 параметра в частоту, поступает на вход 8 синхронизации первого счетчика б, записывая в последний код задания Я . Кроме того, этот им- . 10 пульс, поступая на вход 24 триггера

22, устанавливает его в состояние логического нуля, при этом на прямом выходе 25 последнего присутствует логической нуль, а на инверсном вы- )5 ходе 26 — логическая единица. Эти сигналы поступают соответственно на входы 30 и 33 элементов 27 и 28 совпадения, благодаря чему элемент

28 совпадения пропускает импульсы, поступающие на ее вход 32 от генератора 5 эталонной частоты, за счетный вычитающий вход 10 первого счетчика б, в результате чего последний начинает работать в режиме вычитания, а элемент 27 совпадения не пропускает поступающие к нему импульсы. единицы триггера 22, результатом чего является изменение состояния выходов 25 и 26 последнего на противоположное, т.е. на выходе 25 появится сигнал, соответствующий логи- ческой единице, а на выходе 26 логическому нулю. Это приведет к тому, что счетные импульсы от генератора 5 эталонной частоты будут поступать на счетный суммирующий вход 9 первого счетчика б через элемент 27 совпадения, а элемент 28 совпадения закроется. В этом случае код, содержащийся в первом счетчике

6 к моменту привода очередного входного импульса, равен

"о мат (т то11 мт мт

Таким образом, в обоих сЛучаях на выходе первого счетчика б код, пропорциональный модулю отклонения частоты от заданной величины (кР(, а триггер

22 указывает знак отклонения, причем логическая единица указывает на то, что отклонение aF является положительным, а логический нуль — hF отрицательным. С приходом каждого входного импульса на вход 15 синхронизации второго счетчика 13 код Й, поступающий на его информационный вход 14 с выхода 11 первого счетчика б, в нем записывается.

При этом на его выходе 17 переполнения появится сигнал логической единицы, который поступает на вход

35 элемента 29 совпадения и отпирает его. Это приводит к тому, что импульсы, поступающие на вход 34 элемента 29 совпадения с выхода 21 третьего счетчика 18, проходят на счетный вычитающий вход 16 второго счетчика 13. После того, как на вычитающий вход 16 второго счетчика 13 поступает М импульсов, т.е. содержимое счетчика 13 равно нулю, на выходе 17 переполнения появится сигнал логического нуля, который закроет элемент 29 совпадения. В этом состоянии второй счетчик 13 находит- ся до прихода очередного входного импульса от преобразователя 4 параметра в частоту.

Работа третьего счетчика 18 организована таким образом, что частота импульсов 1 на его выходе 21 прямо пропорциональна коду, поступающему на его управляющий вход 19, и частоте импульсов о поступающих на счетный вход 20 от генератора 5 эталонной частоты, т.е.

1=,н,, где К вЂ” постоянный коэффициент.

Таким образом, на выходе 17 второго счетчика формируется импульсная последовательность с частотой следо1104462 вания импульсов, равной частоте входных импульсов, н длительностью следования импульсов t равной

Мдт dF k — — И, — -k- —, Г F т1Н 4 Г

Эти импульсы поступают на управляющий вход 46 аналогового ключа 4,0, замыкая ego и тем самым подключая к входу 51 фильтра 50.низкой частоты t0 одного из источников 36 или 37 постоянного напряжения. Аналоговые ключи 38 и 39, посредством которых осуществляется подключение источников 36 и 37 напряжения к входу 43 ключа 40, управляются сигналами с прямого 25 и инверсного 26 выходов триггера 22. Источник 37 является источником отрицательного напряжения — И, а источник 36 — положительного +И . Следовательно, если отклонение aF отрицательно, к входу 43 аналогового ключа 40 подключается источник 37 отрицательного напряжения, в противном случае — источник

36 положительного напряжения. 25

На вход 51 фильтра 50 низкой частоты подается шиРотно-модулированный импульсный сигнал с амплитудой И и полярностью, соответствующей 30 знаку отклонения. Фильтр 50 низкой

ВНИИПИ Заказ 5209/33

Тираж 842 Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4 частоты выделяет постоянную составляющую этого сигнала, которая равна

0о

U=Uo t. Uo

Таким образом, учитывая, что И о, К и fo — постоянные, величина И пропорциональна отклонению параметра от заданного значения и имеет знак, соответствующий знаку этого отклонения.

Следоватепьно, этот сигнал является сигналом рассогласования и может быть использован для формирования управляющего воздействия в цифроаналоговой системе автоматического регулирования. а предлагаемом устройстве получение информации о. величине параметра

1 происходит в течение одного периода частотного сигнала, поступающего с преобразователя параметра в частоту, что значительно повышает быстродействие предлагаемого устройства в сравнении с известным, где информацию получают в течение сравнительно длительного промежутка времени путем подсчета большого количества периодов сигнала, поступающего с преобразователя параметра в частоту.

Кроме того, отсутствие цифрового сумматора в предлагаемом устройстве упрощает его конструкцию.