Следящий аналого-цифровой преобразователь

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетиспользоваться для преобразования быстроизменяющихся аналоговых сигналовВ ЦИФРОВОИ КОДНа чертеже изображена функциональная схема преобразователя,Следящий аналого-циФровой преобра:,зователь содержит реверсивный счетчик 1 импульсов, накапливающий сумиатор 2, первый 3 и второй 4 блокиумножения, накапливающий сумматор 5,цифровой сумматор 6, цифроаналоговыйпреобразователь 7, генератор 8, управ.15ляемый напряжением, блок 9 выделениямодуля, входную шину 10, блок 11сравнения, содержащий нуль-орган 12и вычитатель 13,.выходную шину 14,тактовую шину 15, распределитель 16импульсов,Следящий аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом,В исходном состоянии реверсивныйсчетчикимпульсов, сумматоры 2,5 25и 6 находятся в нулевом состоянии(схема установки в "0" не показана).На входную шину 10 поступает сигнал,подлежащий аналого-цифровому преобразованию, При помощи тактовых импуль)сов, поступающих на шину 15 тактовых импульсов, и распределителя 16импульсов задается шаг дискретизациианалого-цифрового преобразования повремени, Генератор 8, управляемый35напряжением, при нулевом значении напряжения на выходе блока 9 выделениямодуля вырабатывает импульс с частотой следования Е = 1/1, , гдеддр шаг дискретизации по Времениу 40причем при увеличении разности междутекущим значением входной величиныи сигналом с ЦАП 7 по модулю, которыйвыделяет блок 9 выделения модуля,частота импульсов с генератора 8 пропорционально увеличиваетсяЗначение сигнала на выходе нульоргана 12 определяет направление счета в реверсивном счетчике 1 ьипуль,сов, Причем если выходной сигнал,нудь-орган равен "1", то производит 50ся операция суммирования, если равен "0", то операция вычитания,Как только величина разности между входным сигналом и сигналом, поступающим с выхода ЦАП 7, в дискретные моменты времени достигнет уровня срабатывания нуль-органа 12, на его выходе сформируется сигнал уровня логической единицы, который поступаетна вход управления реверсом счетчика 1импульсов, В зависимости от величиныразности по модулю в реверсивныйсчетчик 1 импульсов за один такт преобразования записывается число импульсов, пропорциональное значению второй производной от входного сигнала вданный момент времени, В дальнейшемкод счетчика 1 импульсов по сигналу,снимаемому с первого выхода распре"делителя 6 импульсов, суммируетсяпри помощи цифрового сумматора 2с кодом, записанным в его память напредыдущем такте преобразования, Врезультате на выходе накапливающегосумматора 2 формируется код, пропорциональный значению первой производной от преобразуемого сигнала вданный момент дискретизации. В дальнейшем оценки второй производной ипервой производной От входного сигнала поступают соответственно на входыблоков 3 и 4 умножения, где производится умножение этих оценок на постоянные коэффициенты, которые определяются из услойия устойчивой работыАЦП, На втором такте работы распределителя 16 импульсов производится суммирование при помощи накапливающегосумматора 5 выходного кода накапливающего сумматора 2 с кодом, записанным в накапливающем сумматоре 5на предыдущем такте преобразования,На третьем такте работы распределителя производится суммирование выходныхкодов блоков умножения 3 и 4 и накап-,ливающего сумматора 5 при помощи цифрового сумматора 6, В дальнейшем припомощи цифроаналогового преобразователя 7 осуществляется преобразованиевыходного кода цифрового сумматора бв аналоговую величину, которая вычитается иэ входного сигнала и при помощи нуль-органа 12 определяетс,язнак ошибки слежения и т,д, На основа"нии алгоритма работы следящего АЦПцифровые сумматоры с памятью должныобеспечивать как суммирование кодов,так и их вычитание, Это производитсяпри помощи дополнительного кода,который может быть получен за счет того, что старший разряд реверсивногосчетчика импульсов 1, а также накапливающих сумматоров 2 и 5 являютсязнаковыми, Если все перечисленныезнаковые разряды равны О, то произво30 55 б 2972 6дится операция суммирования, если 1то вычитание.В мо менты дискретизации входного (То ) - значение входной косигнала по времени на выходе блока 9 ординаты сумматора свыделения модуля появляется сигнал, памятью в момент врепропорциональный абсолютному значению мени омен 1 сТсигнала рассогласования Е (С), При Применяя к Формуле (2) Е-преобраэтом с выхода генератора 8 на счетный зование, находят передаточную, Функвход реверсивного счетчика 1 импуль иию сумматора с памятьюсов поступают импульсы, частота кото- И(Е) Ерых пропорциональна Я(е) . Число Ь.(2) 2-1импульсов, записанное в реверсивном В каждый тактовый момент времени кодсчетчике 1, в момент времени(моФпоступающий на входы накапливающихмент дискретизации) определяетсявыражением15 сумматоров с памятью, умножается нат постоянные коэффициенты с и о( с1ХЬС) = Хгс ) ь и еьтп сьг)(я т помощью соответственно первого 3 новторого 4 блоков умножения,+ 1Е (1-,)) с 1 г., (1) С учетом формулы (3) Е-преобразо 20 вание напряжения компенсации П нагде 1) - единица счета реверсивногот сг е п - е е выходе ПАП 7 в дискретные моментысчетчика импульсов;времени имеет внцХ(С ) -число импульсовзаписанРр 2ное в реверсивном счетчике У (2) = Ы Х(Е) + с( -К(2) +1 2-1импульсов в момент време Е+ ( - .) Х(2), (4)ЕХ(г) -число импульсов, записанное в реверсивном счетчикегде Х(2) -Е - иэображение выходногоимпульсов в текущий мо- сигнала (СТ 2) 1 в димент времени; скретные моменты времев 18 пЕ(г) -знак сигнала рассогласова- ни 1 сТ.ния, определяющий направле Рассмотрим динамическую погрешние счета; ность предлагаемого следящего АЦПвЙо - некоторая начальная частота При этом генератор 8 является беэдискретизации, соответст- ынерционным линейным элементом, т,е,вующая нулевому значению З 5 его частота линейно зависит от сигсигнала рассогласования нала рассогласованияРабота остальной части схемы синх = 1 гун 1 ЕВ уравнении (1) подставляют вместоронизуется импульсами с распределите 40 текущего времени с дискретный моментля 1 б импульсов, период которых постоянен То= сопзС.времени 1 сТо, а вместо й - (1 с)Тор о оЕсли интервал. времени То выбран досВ каждый момент времени =ЕТ нао таточно малым, на котором можно счивыходе накапливающего сумматора 2 по- тать, что П = сонэ, тогда уравнеявляется код, равный сумме кода на 45 ние (1) можно представить в видевыходах реверсивного счетчика 1=1 о и кода, записанного в регистре (о) = Х(ф 1) о+ "оГоТоз 18 п Е (То) +памяти, Этот код соответствует значе- +Т 1 я 1 Т(5),нию координаты на выходе сумматора спамятью в момент времени е = ф)Т, Начальная частота генератора 8 можетоТочно также работает и накапливаю- : быть выбрана из соотношениящий сумматор 5, Таким образом в такто- Е,= 1/Т,вые моменты времени выходные коорди- при этом величина добавочного сигнанаты сумматоров с памятью изменяются ла в уравнении (5), эквивалентнаяпо закону шуму квантованияИЖо) = И ГР 1)ТоЗ+ 11 Жо) э (2) у(1 То) = Ь Г Т 818 п Е (1 Т )55где И(ЕТо),и - значения выходной ко- не будет превья атьне удет превышать единицы счета ре 1 И Ц 1-1 )Тоординаты сумматоров версивного счетчика Ь е В дальнейОвс памятью в дискрет- шем можно считать, что разрядность15 б 2972 Е(2) = П,(2) - П,(2),5подставляют уравнение (б) в уравнение (4) и, учитывая последнее уравнение, записывают передаточную Функцию следящего АЦП по рассогласова- ниюцст7.-+1 35 Таким образом, после затухания переходного процесса в предлагаемом следящем АЦП последний точно может отсЛеживать параболическую входную функцию, 40Соответственным выбором параметров следяющего АЦП: Т , 1 с,. , а(, иобеспечивается устойчивость переходного процесса в следящем АЦП, В частности выбирают перечисленные па .раметры из соотношений:1 с =(. -- )о = о ( - -)То У Я"эп рз ф 1 1 Т э14Т, фо( = оф - - .(9)5 О где р - постоянная времени следяще го АЦП,Тогда перечисленные параметры выбираются из условия попадания корней характеристического уравнения следящего АЦП АЦП достаточно велика и шум квантования можно не учитывать,Применяя Е-преобразование к уравнению (5), получают изображение выходной координаты реверсивного счетчика 1,Х(Е) = -- Ъ(Е)Ео 1 с(6)2-1ПОскольку Е-преобразование сигнала Подавая на вход следящего АЦП токовые сигналы Ц(п) = аВ.г." (г = 0,1,2,3,), нетрудйо найти значения соответствующих установившихся ошибок в дискретные моменты времени.В частности, если в качестве взводного сигнала взять параболическую функцию П(С) = Е/2 .й.", для которой Е-преобразование имеет вид(2) 1 ТоЕ(Е+1)1) з Тогда, подставив последнее выражение в уравнение (7) определяют установившуюся ошибку в моменты замыкания 1-22 р 1-Г,р+ 14 а ( - ) + Т,рассогласования и входного сигналасвязаны уравнением в круг радиуса 1/То с центром в точке (-1/Т, .1) . При этом может бытьобеспечено необходимое качество пе-реходного процесса; в частности отсутствие колебательности,Чтобы следящий АЦП достаточнобыстро отслеживал входные сигналы,величина р должна выбираться из усло"вий 2 ТО г 9"1 ма кс где Ш,- максимальная частота входного сигнала Б.формула из обретения Следящий аналого-цифровой преобразователь, содержащий последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, блок сравнения, реверсивный счетчик импульсов и первый накапливающий сумматор, вторые входы которого соединены с соответствующими его выходами, второй вход блока сравнения является входной шиной, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности преобразова. ния за счет уменьшения динамической погрешности слежения, в него введены второй накапливающий сумматор, цифровой сумматор, два блока умножения, блок выделения модуля, распределитель импульсов и генератор, управляемый напряжением, выход которого соединен с тактовым входом реверсивного счетчика импульсов, а вход - с выходом блока выделения модуля, вход которого соединен с вторым выходом блока сравнения, выходы реверсивного счетСоставитель И,РомановаТехред Л.Олийнык Корректор Т,Малец Редактор Л,Зайцева Тираж 665 Заказ 1068РчИИПИ Государственного113035,Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,01 9 1562972 1 Очика импульсов через первый блок ум- накапливающего сумматора соединены с ножения подключены к соответствующим соответствующими его выходами, а такпервым входам цифрового сумматора, товые входы цифрового сумматора, первторые итретьи входы которого соот- вого и второго накапливающих суммато 5ветственно подключены к соответствую- ров подключены соответственно к первощим выходам второго накапливающего му, второму и третьему выходам рассумматора и к соответствующим выходам пределителя импульсов, вход которого второго блока умножения, входы кото- является тактовой шиной, причем вырого объединены с соответствующими О ходы второго накапливающего сумматопервыми входами второго накапливаю- ра являются выходной шиной, а выходы щего сумматора и соединены с соответ- цифрового сумматора соединены с соотствующими выходами первого накапливаю- ветствующими входами цифроаналогового щего сумматора, вторые входы второго преобразователя,