Аналого-цифровой интегратор

(19) (И) 06 С 7/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ин,о СССР1975.СССР1977. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К АИТОРСКОМУСВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельствВ 507872, кл. С 06 С 7/18,Авторское свидетельствоУ 732905, кл. О 06 С 7/18,(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАТОР (57) Изобретение может найти примен ние при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобр тения является повышение точности записи начальных условий. Аналогоцифровой интегратор содержит первый переключатель 1, преобразователь 27 напряжение - частота, реверсивный счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь 4, блок 5 "Слежение-хранение", первый блок 6 сравнения, нуль-орган7, элемент И-НЕ 8, инвертор 9, элемент ИЛИ 10, источник 11 питания, пиковый детектор 12, сигнализатор 13 напряжений питания, реле 14 времени, буферный усилитель 15, второй блок 16 сравнения, второй переключатель 17. Сущность изобретения состоит в том, что в режиме записи начальных условий путем подачи питания на интегратор по сигналу реле времени происходит изменение структуры интегратора, в результате чего рассогласование между .его д выходным напряжением и сигналом начальных условий уменьшается до нуля. 1 илеС:Изобретение относится к автоматикеи предназначено для формирования напряжения, пропорционального интегралуот входного сигнала. Оно может ис 5пользоваться в системах автоматического управления различными объектамикогда требуются большие постоянныеинтегрирования,Целью изобретения является повышение точности записи начальных условийв интегратор.На чертеже приведена схема аналого-цифрового интегратора.Интегратор содержит первый переключатель 1, преобразователь 2 напря-.жение - частота, реверсивный счетчик3, цифроаналоговый преобразователь 4,блок 5 "Слежение-хранение", первыйблок 6 сравнения, нуль-орган 7, элемент И-НЕ 8, инвертор 9, элемент ИЛИ10, источник 11 питания, пиковый детектор 12, сигнализатор 13 напряженийпитания, реле 14 времени, буферныйусилитель 15, второй блок 16 сравне 25ния, второй, переключатель 17.Блок 5 "Слежение-хранение" содержитпервый и второй масштабные резисторы18 и 19, зарядный резистор 20, двапереключателя 21 и 22, операционный 30усилитель 23, запоминакпций конденсатор 24, МОП-транзистор 25.Для рассматриваемого интеграторахарактерны следующие режимы работы:интегрирование, восстановление информации после сбоев счетчика и кратковременных перерывов в подаче питанияи запись начальных условий,В режиме интегрирования устройствоработает после окончания переходныхпроцессов в цепях питания и приходареле 14 времени во включенное состояние, характеризующееся тем, что его.выходной сигнал имеет единичное значение, по которому переключатели 17, 22удерживаются в нижнем положении. Приэтом выходные напряжения источника 11питания имеют номинальные значения исигнализатор 13 напряжений питания ипиковый детектор 12 переводят МОПтранзистор 25 в открытое состояние, 50в результате чего запоминающий конденсатор 24 подключается к выходу опе.рационного усилителя 23,Исходное состояние контура восстановления информации, включающего в се 5бя блок 5 "Слежение-хранение", первыйблок 6 сравнения, нуль-орган 7, и элементы И-НЕ 8 и ИЛИ 10, соответствует равенству абсолютных значений выходных напряжений цифроаналогового преобразователя 4 (Цд) и блока 5 "Слежение-хранение" (Ця), в результатечего выходные сигналы нуль-органа 7и элемента ИЛИ 10 имеют нулевые значения и переключатель 1 соединяет входпреобразователя 2 напряжение-частотас входом устройства О 3 з), а элементИ-НЕ 8 удерживает ключ 21 в замкнутомсостоянии, и блок 5 "Слежение-хранение" работает в режиме слежения за напряжением с выхода цифроаналоговогопреобразователя 4,При наличии входного сигнала УФОпреобразователь 2 напряжение-частотагенерирует импульсы с частотой 1 ц,пропорциональной Ц 6., которые в зависимости от знака Ц поступают навходы +" или "-" реверсивного счетчика 3, За каждый период работы преобразователя 2 в счетчике 3:фиксируютсявеличина и знак приращения интегралавходного напряжения Ц , т.е, осуществляется квантование интеграла входного сигнала по уровню. Таким образом,в счетчике 3 формируется цифровойкод Ы, характеризующий ЫаС, который с помощью цифроаналогового преобразователя 4 преобразуется в эквивалентное электрическое напряжение,При нормальной работе аналого-циф-. рового интегратора (без сбоев счетчика) блок 5 "Слежение-хранение" находится в режиме слежения за сигналом с выхода цифроаналогового преобразователя 4, причем скорость слежения выбирается выше максимальной ско" рости изменения напряжения на выходе преобразователя 4, а приведенная к входу блока 6 сравнения зона нечувствительности нуль-органа 7 не менее одного кванта сигнала с выхода преобразователя 4 и контур восстановления информации находится в исходном состоянии, рассмотренном выше.Если в процессе интегрирования (или хранения интеграла при Пщ =О) произойдет сбой счетчика 3, то из-за ограниченной скорости слежения блока 5 "Слежение-хранение" сигналы на входах блока 6 сравнения отличаются на величину, превышающую зону нечувствительности. На выходе блока 6 сравнения возникает напряжение, знак которого определяется рассогласованием50 сигналов Бц и П. При этом нуль- орган 7 формирует независимо от знака рассогласования единичное значение логического сигнала по которому эле 95 мент И-НЕ 8 переводит ключ 21 в разомкнутое состояние, и блок 5 "Слежение-хранение" переходит в режим поддержания напряжения, предшествующего сбою счетчика 3 (режим хранения),Одновременно по единичному значению выходного сигнала элемента ИЛИ 10 переключатель 1 соединяет вход преобразователя 2 напряжение-частота через переключатель 17 с выходом блока 6 сравнения. Под действием сигнала с выхода блока 6 сравнения преобразователь 2 восстанавливает информацию в счетчике 3, т.к. подача импульсов на один из входов счетчика 3 осуществля ется до тех пор, пока разность напряжений с выхода блока 5 "Слежение-хранение" и цифроаналогового преобразователя 4 не .снизится до величины, при которой произойдет отключение нуль-органа 7, После этого выходной сигнал нуль-органа 7 принимает нулевое значение, а следовательно, переключатель 1 подключает вход преобразователя 2 к входу устройства Ж ), ключ 21 пере ходит в замкнутое состояние, а блок 5 "Слежение-хранение" - в режим слежек. ния за сигналом У, и схема возвращается в прежнее состояние, обеспечивая дальнейшее формирование интеграла от входного сигнала Бе .35Для уменьшения погрешности интегратора, связанной с изменением потенциала на запоминающем конденсаторе 24 при работе блока 5 "Слежение-хранение в режиме хранения, необходимо увели 40 чивать частоту преобразователя 2 напряжение-частота, т.е. сокращать время восстановления информации. Это достигается тем, что при срабатывании нуль-органа 7 преобразователь 2 сиг" налом, поступающим на вход перестройки частоты с нуль-органа 7 через элемент ИЛИ 10, перестраивается на повышенную частоту следования импульсов съц.Работа интегратора в режиме восстановления информации при кратковременных перерывах питания происходит следующим образом.При исчезновении напряжения Б в 55 питающей сети выходные напряжения источника 11 питания уменьшаются до нулевых уровней с различными постоянными времени. Пока они близки к номинальным значениям, сигналиэатор 13 напряжений питания поддерживает МОП- транзистор 25 в открытом состоянии. Но как только хотя бы одно из выходных напряжений источника 11 питания выйдет из допустимой зоны, выходной сигнал сигнализатора 13 релейно изменяет свою полярность, что приводит к закрыванию МОП-транзистора 25. Врезультате этого запоминающий конденсатор 24 оказывается отключенным от операционного усилителя 23 и напряжение на нем за время перерыва питания изменяется относительно первоначального уровня (О ) на незначительную величину.Поскольку сигнализатор 13 напряжений питания обеспечивает отключение запоминающего конденсатора 24 при условии выхода иэ допустимой зоны хотя бы одного напряжения питания, нарушения нормальных состояний узлов интегратора, возникающие после этого, не приводят к изменению заряда на запоминающем конденсаторе. Необходимые значения напряжений на подложке МОП- транзистора 25 и на выходе сигнализатора 13 сохраняются в течение перерыва питания за счет пикового детектора 12, Кратковременные перерывы пита" ния не приводят к запуску реле времени 14, и состояние переключателей 17 и 22 в этом режиме соответствует исходному.Появление напряжения У в.питающей сети после кратковременного его исчезновения вызывает увеличение выходных напряжений источника 11 питания от нулевых значений до номинальных. При этом состояние сигналиэатора 13, соответствующее закрытому МОП-транзистору 25, сохраняется до тех пор, пока хотя бы одно иэ этих напряжений находится вне допустимой зоны. Как только последнее из них примет допустимое значение, при котором на все узлы интегратора поступают напряжения питания, близкие к номинальным, сигнализатор 13 релейно изменяет полярность своего выходного сигнала, МОП-транзистор 25 открывается и на выходе блока 5 "Слежение-хранение" устанавливается напряжение Бд, определенное потенциалом на конденсаторе 24 и близкое по значению напряжению Бр, которое было на нем до перерыва в подаче питания. Если Уь,щ ФБп, то срабатывает2 6временная задержка, формируемая реле 14 времени, с. - постоянная времени заряда конденсатора 24. При выполнении этих соотношений конденсатор 24 в конце выдержки времени в оказывается заряженным до уровня выходногонапряжения (ц) усилителя 23, соответствующего условию Бвых=н, а напряжение на выходе блока 6 сравнения близко к нулевому уровню (т.к. Уд= =0) и выходной сигнал нуль-органа 7 в концерв имеет нулевое значение.После окончания задержки свыходной сигнал реле 14 времени принимает единичное значение, что приводит к изменению состояния переключателей 1, 22 и 1,и интегратор переходит в режим интегрирования входного сигнала. При этом выходное напряжение блока 5 "Слежение-хранение" не изменяется, так как левая обкладка конденсатора 24 переключается между точками, напряжения в которых практически равны нулю (ток заряда конденсатора отсутствует, усилитель 23 работает в линейном режиме и потенциал на его инвертирующем входе определяется смещением куля усилителя, т.е. не превышает нескольких милливольт).За счет того что в режиме записи начальных условий конденсатор 24 выключается из цепи отрицательной обратной связи усилителя 23 и заряжается через резистор 20, а в конце задержки"безударно" подключается к усилителю 23, достигается безынерци" онность блока Слежение-хранение и устраняется самовозбуждение аналогоцифрового интегратора .в этом режиме, в результате чего исключаются динамические составляющие погрешности записи начальных условий, связанные с ука" занными факторами. Погрешность предложенного интегратора в этом режиме определяется практически только блоком 16 сравнения (его смещением нуля) и неидеальностью входных цепей. Формула изобретения Аналого-цифровой интегратор, содержащий первый переключатель, первый информационный вход которого является входом интегратора, а выход соединен с информационным входом преобразователя напряжение - частота, вход перестройки частоты которого соединен с 5 144483нуль-орган 7 и в интеграторе происходит восстановление информации подобна тому, как это имеет место при сбоях счетчика.5Работа интегратора в режиме записиначальных условий происходит следующим образом,Если после длительного нахождениягенератора в обесточенном состоянии 1 Оон подключается к питающей сети, тов первый момент времени выходной сигнал реле 14 времени имеет нулевое значение. При этом переключатели 1 и 22устанавливаются в верхнее положение,а переключатели 1 и 21 - в нижнее не"зависимо от состояния нуль-органа 7.Рассогласование ЬБ 1=0-Ус выхода второго блока 16 сравнения поступает через переключатели 17 и 1 на вход 2 Опреобразователя 2 напряжение - частота, который настраивается (па входуперестройки частоты) на повышеннуючастоту следования импульсов (Г) и)сигналом с элемента ИЛИ 10, принимающим в этом случае единичное значениеза счет инвертора 9.По нулевому значению сигнала реле14 времени переключатель 22 отключаетконденсатор 24 от инвертирующего вха" 30да усилителя 23 и подключает его к резистору 20, в результате чего блок 5"Слежение-хранение" переходит в режиманалогового инвертора, коэффициентпередачи которого определяется отноше-нием сопротивлений резисторов 19 и 18.Конденсатор 24 при этом обеспечиваетвыходное напряжение усилителя 23, заряжаясь через резистор 20, переключа"тель 22 и открытый МОП-транзистор 25. 4 ОВ результате в этом режиме преобразователь 2 напряжение - частота, работая на повышенной частоте Г д, обеспечивает быстрое изменение кода всчетчике 3 до тех пор, пока рассогласование ЬБ на выходе блока 16 сравнения не станет равным нулю, т.е. довыполнения условия Бы=0. Время,которое требуется для достижения этого условия (т.е. фактическое время за-БОписи начальных условий С ) определя"ется в основном частотой ймпульсавна выходе преобразователя 2 и значением записываемого в счетчик 3 кода.Обеспечение нормальной работы инте-гратора в режиме записи начальных ус-ловий связано с выполнением соотношейия с Рь )ъ 1 нмокс и с.рв) з где свСоставитель В.АлекперовРедактор М.Циткина ТехредМ,Дидье Корректор Н. Король Заказ 6509/51 Тираж 704 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 14448 управляющим входом первого переключателя, а первый и второй выходы соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счет 5 чика, выходы которого соединены с соответствующими цифровыми входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход 10 которого соединен с выходом блока "Слежение-хранение", источник питания, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими сигнальными входами сигнализатора напри жений питания, причем первый выход источника питания соединен с входом пикового детектора, выход которого соединен с входом питания сигнализатора напряжений питания и с входом за.20 дания опорного напряжения блока "Слежение-хранение", вход хранения информации которого соединен с выходом сигнализатора напряжений питания, реле времени, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ и с управляющим входом второго переключателя, выход элемента И-НЕ соединен с входом "Слежение-хранение" блока "Слежение-хранение", о т л и ч а ю щ и й -30 с я тем что, с целью повышения точности записи начальных условий, в не 32 8го введены элемент ИЛИ, инвертор, нуль-орган, буферный усилитель и второй блок сравнения, причем второй информационный вход первого переключателя соединен с выходом второго переключателя, первый информационный вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, первый вход которого соединен с входом задания начальных условий интегратора, а второй вход соединен с выходом буферного усилителя и является выходом интегратора, вход буферного усилителя соединен с выходом блока "Слежение-хранение", выход первого блока сравнения соединен с входом нуль-органа и с вторым информационным входом второго переключателя, выход нуль-органа соединен с вторым входом элемента И-НЕ и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом реле времени и с входом управления коэффициентом передачи блока "Слежение- хранение", сигнальный вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вход реле времени соединен с третьим выходом источника питания, выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом первого переключателя.