Аналого-цифровой интегратор

Союз Советских Социалистических Республик(54) АНАЛОГО-ЦИ ФРОВО й ИНТЕГРАТОР Предлагаемыи 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 компаратором, реверсивный счетчик импульсов, цифро-аналоговый преобразователь, выходной сумматор и контур записи начальных условий и восстановления информации с блоками сравнения, выделения модуля, слежения - хранения и двухпозиционным переключателем, подключающим блок слежения - хранения к выходу аналого-цифрового интегратора или к источнику задания начальных условий в зависимости от режима работы интегратора.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. 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 управляющим15 20 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 - 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 (У) 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 У преобразователь напряжение - частота 1 генерирует импульсы с частотой, пропорциональной У. Пусть, например, У,)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 Уповторяется. Поэтому за каждый период работы преобразователя 1 в счетчике 5 фиксируется приращение интеграла напряжения У, т. е. имеет место квантование интеграла входного напряжения У,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 подклю 35 о 45 50 55 60 65 чена к импульсному выходу компаратора 4, благодаря чему сумматор 10 отключается от аналогового интегратора 2 на время разряда его емкости,При неизменном знаке У,релейный 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 У,. 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 - 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 У, достигает порога переключения У, 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 - 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 (У,=О). Одновременно аналого-цифровой интегратор переходит в режим слежения за сигналом У, поскольку из-за неравенства сигналов У и У, блок сравнения 24 через резистор 25 замыкает контур отрицательной обратной связи, включающий в себя аналого-цифровой интегратор,Под действием выходного напряжения блока сравнения 24 преобразователь напряжение в часто 1 воздействует на реверсивный счетчик импульсов 5 до тех пор, пока не сравняются сигналы на входах 5 блока 24, т. е. до выполнения условия У= У,=О, После этого вследствие исчезновения напряжения на выходах блоков 24 и 26 переключатель 23 вновь замкнется и блок слежения в хранен 19 перейдет в 1 о режим слежения за выходным напряжением живых аналого-циФрового интегратора, а сам интегратор будет осуществлять интегрирование отрицательного напряжения УПроцесс интегрирования отрицательного 1 д напряжения У,протекает так же, как и в случае положительного напряжения У,с той лишь разницей, что при У(0 реверсивный счетчик 5 под действием компаратора 4 настраивается на вычитание импуль п сов, действующих на его счетном входе 6. В результате напряжение У,х на выходе интегратора уменьшается. При очередном изменении знака У, релейный элемент 29 скачком переходит в состояние отрицатель б ного насыщения (момент времени 1 на фиг, 2), и на выходе дифференцирующей цепи 31 формируется отрицательный импульс. Этот импульс закрывает транзистор 33 инвертора 32, в результате чего с кол лектора 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 У при достаточно малых порогах переключения релейного элемента 29 (У=У,=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 темы со значительно лучшими динамическими характеристиками.При сбоях счетчика и возникновения разности напряжений Овца и Уд, превышающей порог срабатывания блока сравнения 24, на выходе логического элемента И - 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 У, 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 изобретенияАналого-цифровой интегратор по авт, св. Юо 507872, отличающийся 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. б 066 7/18, 1973 (прототип).Составитель С. Беланедактор Р. Киселева Техред Н, Строганова Корректор Б. ОсиноЗаказ 2366/15 Изд.559 Тираж 780 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр, Сапунова,