Интегрирующее устройство

(72) A¹top изобретения

М. С. Абрамович (71) Заявитель (54) ИНТЕГРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО!

Изобретение относится к аналоговым средствам автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в электронных моделирующих устройствах и системах автоматического управления, например, движущимися объектами, когда требуется определить текущее значение периодической функции по скорости изменения ее аргумента, а в некоторых случаях и номер периода, в котором находите» значение этого аргумента.

Известны интегрирующие устройства, содержащие два одинаковых интегрирующих конденсатора, один из которых включает в RC-цепь решающего усилителя, в то время как другой 15 с помощью дополнительно введенного сумматора разряжают до нуля или заряжают до граничного напряжения U„ . Каждый раз, когда выходной сигнал усилителя достигает любой из указанных границ (О или U¹ ), конденсаторы меня26 ют местами при помощи схемы управл пнтегрирующего устройства. Тем самым обеспечивается скачкообразное изменение выходного сигнала интегрирующего устройства (13 ..

Основными недостатками таких устройств являются уменъшение возможного масппаба выходного сигнала, сложность схемы управления а.также необходимость в двух прецизионных конденсаторах, что увеличивает вес и габариты устройства. Кроме того, различие в фактических отклонениях емкостей двух конденсаторов от номинала может вызвать дополнительные погрешности интегрирования, поскольку этн отклонения не могут быть скомпенсированы подстройкой сопротивления резистора RC-цепи; этот недостаток можно устранить лишь за счет еще большего усложнения схемы — введения второго входного резистора и элементов переключения входных резисторов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является интегрирующее устройство, содержащее накопительный конденсатор, формирователь зарядного тока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом устройства, и двухуровневый компаратор, вход которого соединенс выходом формирователя зарядного тока, а вы выходом и входом усилителя, т,е. является его цепью обратной связи.

Интегратор работает следующим образом.

Цепи установки начального значения интеграла ><о, которое не должно выходить за пределы полупериодов +m (илн 1я (1 + Ь), где

5 (<1, обеспечивают необходимый заряд конденсатора 6 в любом из двух состояний блока

11. С момента отключения цепей установки хо начинается процесс интегрирования скорости изменения аргумента — величины x(t), представленной сигналом U „, подаваемым на вход 2 формирователя 1 зарядного тока и выходного сигнала. Когда значение интеграла х(т) достигает значения +m или — я, уровень сигнала на выходе 3 формирователя U „сравнивается с одним из уровней срабатывания двухуровневого компаратора 8, устанавливаемых опорными напряжениями +Uo, и с соответствующего выхода компаратора через элемент ИЛИ 9 на триггер 10 поступит дискретный сигнал, от которого триггер изменит свое состояние и переключит блок

11, Обкладка конденсатора 6, которая до этого соединялась с выводом 4 формирователя, отсоединится от него и соединится с выводом 5, а другая обкладка конденсатора, наоборот, отсоединится от вывода 5 и соединится с выводом

4 формирователя. В результате такого переключения величина х"(т), представленная сигналом

Ч,,„, снимаемым с выхода 3 формирователя, изменит свой знак, т.е. совершит скачок величиной 2я. Если входной сигнал интегратора будет сохранять свой знак, то направление скачков останется тем же, а если изменится знак входного сигнала, то изменится и направление. следующего скачка.

Описанные выше переключения должны производиться блоком 11 строго синхронно, чтобы не могли возникнуть даже кратковременные короткие замыкания между обкладками конденсатора и выводами 4 и 5 подключения формиро вателя 1.

Если специально корригировать.абсолютное значение уровней срабатывания компаратора в сторону увеличения до п (1 + о), то устойчивость работы (исключение возможности возникновения зуммерного режима) повысится, так как будет гарантировано, что при переключении блока ll не возникнет состояния, при котором, за счет неточности элементов, сразу же появятся условия обратного переключения. Однако при таком:. корригировании величина скачка составит 2л(1 + h) т.е. не будет равна периоду, а превысит его, что недопустимо,,Введение включенного между выводами 4 и 5 формирователя

1 дополнительного непереключаемого конденсатора 12, емкость которого во много раз мень ше емкости основного конденсатора 6, приведет

3, 690504 Д йоды подключены ко входам реверсивного счетчика. (2).

Недостатком этого устройства является также заниженный масштаб выходного сигнала и вследствие этого недостаточно высокая точность.

Кроме того, необходимость применения токоограничивающих резисторов приводит к снижению быстродействия.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности работы устройства. 1О

Поставленная цель достигается тем, что уст-! роиство содержит последовательно включенные элемент ИЛИ, подсоединенный входами к соответствующим выходам двухуровневого компаратора, триггер со счетным входом и блок пе- 1 5 реключения, коммутационные выводы которого подключены соответственно к накопительно:му конденсатору и к токовым выводам форми:рователя зарядного тока, подсоединенным к дополнительному непереключаемому режимному 20 конденсатору.

На фиг. 1 представлена блок-схема интегри рующего устройства; на фиг; 2 — 6 показаны варианты исполнения формирователей (цепей илн устройств) зарядного тока и выходного сигнала.

Устройство содержит формирователь 1 заряд-: ного тока и выходного сигнала со входом 2, выходом 3 и токовыми выводами 4 и 5, накопительный конденсатор 6,.узел управления 7, ;включающий двухуровневый компаратор 8 с раз- дельными выходами, элемент ИЛИ 9, триггер

10 со счетным входом и блок 11 переключения. Интегрирующее устройство может быть допол нено непереключаемым конденсатором 12, и в .этом случае вводится токоограничивающий ре,зистор 13, а также реверсивным двухсторонним счетчиком 14.

Формирователь 1 зарядного тока и выход40 ного сйгнала в простейшем виде (фиг. 2) представляет собой пассивную цепь, содержащую ,только входной резистрр 15 RC-цепи, выходной сигнал при этом снимается непосредственно с накопительного конденсатора. Такой формирователь может быль прйменен лишь в тех случаях, 45 когда уровни входного сигнала во много раз больше уровней выходного сигнала и требования к точности низкие. Точность работы формирователя может быть несколько повышена введени50 ем перед его выходом буферного каскада— разделительного, или масштабного усилителя 16 (фиг. 3). Существенное повышение точности дает замена входного резистора на генератор или усилитель тока-17 (фиг. 4 и 5). Наиболее совершенным формирователем, обеспечивающим высо55 кую точность, является операционный усилитель

18 со входньдм резистором 15 (фиг 6), арядиая цепь мого формирователя заключена между

690504

Формула изобретения к частичному уменьшению абсолютного значения напряжения между точками 3 и 4 формирователя 1 при переключении основного конденсатора, Это позволит уменьшить величину скачка и сделать ее равной 2я, если абсолютное значение выходного сигнала после скачка составит я(1 — 6), для чего дополнительный конденсатор

12 должен иметь емкость

Сд= Ь C„(1) где Се — емкость основного конденсатора 6.

Отметим, что некоторое увеличение диапазона отрабатываемых интегратором сигналов до

+я(1 + Ь) может быть полезным и с точки зрения установки начального значения интеграла, поскольку источники соответствующих сигналов также могут выдавать их в диапазоне, нес1 колько превышающем точное значение одного периода.

Следует учитывать, что в расчетную величину постоянной времени RC-цепи интегратора, связывающую масштабы сигналов на его входе и выходе, должна входить емкость С параллельного соединения конденсаторов, т.е. значение с = Co(1+ 5) (2)

Требования к точности работы дополнительного конденсатора 12, ввиду малого влияния согласно формуле (2), могут быть значительно снижены по сравнению с требованиями к основному конденсатору 6. Вес и габариты дополнительноз го конденсатора также во много раз меньше, чем основного.

Поскольку введение непереключаемого конденсатора 12 вызывает при переключениях скачок напряжения не только на этом конденсаторе, но и небольшой скачок на основном конден- З5 саторе, в цепь последнего следует ввести токо,ограничивающий резистор 13. Однако величина .его сопротивления в этом случае может быть взята во много раз меньшей, чем в интеграторах, 40 работающих с полной разрядкой интегрирующего конденсатора. Поэтому отмеченное ранее отрицательное последствие от введения токоограничивающего резистора окажется не существенным.

Если в интегратор ввести реверсивнын двухсторонний счетчик 14, на входы прибавления и вычитания которого будут поступать дискретные сигналы с обоих выходов двухуровневого ком- ° паратора 8,то такой счетчик будет подсчитывать номер N периода, в котором находится значение .

6 вычисляемого аргумента периодической функшги.

Это расширяет функциональные возможности интегратора. В TBKOM исполнении его можно использовать в комбинированных (гибридных) вычислительных устройствах, в которых приме.няется смешанное цифроаналоговое представление переменных, поскольку аналоговая часть такого представления является периодической функцией представляемой величины.

Эффективность изобретейия состоит в том, что предложенный интегратор позволяет производить неограниченное во времени интегрирование и одновременно получать наибольший из возможных масштаб выходного сигнала.

Кроме того, гарантируется устойчивость работы интегратора без ухудшения точности, а также расширяются его функциональные1возможности.

Интегрирующее устройство, содержащее накопительный конденсатор, формирователь зарядного тока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом устройства, и двухуровневый компаратор, вход которого соединен с выходом формирователя зарядного тока, а выходы подключены ко входам реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности работы устройства, оно содержит последовательно включенные элемент ИЛИ, подсоединенный входами к соответствую1цнм выходам двухуровневого компаратора, триггер со счетным входом и блок переключения, коммутационные выводы которого подключены соответственно к накопительному конденсатору и к то-, ковым выводам формирователя зарядного тока, подсоединенным к дополнительному непереключаемому режимному конденсатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР К 308436, кл. G 06 6 7/18, 1972.

2. Коган Б. Я. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования, M.„

Физматгиз, 1959, с. 77, рис. 30б (прототип).

Составитель А. Маслов

Редактор Д. Зубов . Техред С.Мигай,, Корректор В. Синицкая

Заказ 6486/58 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4