Генератор гармонических колебаний

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ СПУБЛИ ОП ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ДЕТЕЛВСТ КАВ КОМ(53) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 13542144470268/24-2405,08.8815.05.90. Бюл, В 18Томский политехнический иим. С.М,КироваЮ.К.Рыбин и А.М.Носов681.3(088.8) Авторское свидетельство СССР 214, кл. С 06 С 7/22, 1986(54) ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, можетбыть использовано при экспериментальном исследовании динамических системрегулирования и в информационно-измерительной технике для получения синусоидальных колебаний с стабильнойи случайной амплитудой и является .усовершенствованием генератора гармонических колебаний по авт. св.Р 1354214. Цель изобретения - расщи-рение функциональных возможностейза счет одновременного получения гармонических колебаний со стабильнойи случайной амплитудой. Для этоговведены дополнительный компаратор 17,2два дополнительных формирователя 18 и 22 импульсов, два дополнительных запоминающих блока 19 и 21. Принцип действия генератора основан на измене нии случайным образом коэффициентов обратных связей генератора, Изменение коэффициентов обратных связей осу ществляется с помощью делителей 1 и 2 напряженж, имеющих регулируемые коэффициенты передачи. Управляющий сигнал формируется нелинейным блоком 20. Син,:онизация работы генератора осуществляется с помощью дополнительного компаратора 17 и дополнительного формирователя 18 импульсов, который вырабатывает импульсы, управляющие работой гервого дополнительного запоминающего блока 19. Для получения случайных колебаний, амплитуда которых изменяется каждые полпериода, введен второй дополнительный формирователь импульсов 22 Лри этом оба дополнительных формирователя импульсов являются формирователями импульсов по фронту и -срезу входного сигнала. При этом импульсы, вырабатываемые вторым дополнительным формирователем импульсов, управляют работой второго дополнительного запоминающего блока 21. 3 ил.Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при экспериментальном исследовании динамичес ких систем регулирования, в информационно-измерительной технике и при вибрационных испытаниях машин и конструкций, для получения синусоидальных колебаний со стабильной и случай О ной амплитудой,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет одновременного получения гармонических колебаний со стабильной и случайной амплитудой,На фиг. 1 дана структурная схема генератора; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая его работу, на фиг. 3 - функциональная зависи О мость, реализуемая нелинейным блоком.Генератор содержит первый 1 и второй 2 делители напряжения, суммато" ры 3, 4, четыре запоминающих блока 5-8, компаратор 9, формирователь 2 1 О импульсов, ключи 11, 12, шину 13 задания амплитуды, шину 14 тактовых импульсов, косинусный 15 и синусный 16 выходы, дополнительные компаратор 17, формирователь 18 импульсов, за рпоминающий блок 19, а также нелинейный блок 20, дополнительный запоминающий блок 21 и дополнительный формирователь 22 импульсов.Рассмотрим работу генератора. Все , ,процессы в генераторе удобно описать35системой разностных уравнений, свя зывающих предыдущие и последующие , значения напряжении на выходах за 4 О поминающих блоков 6 и 8 Ху+, Хл Клуи У=У, +К 2 Х+ где Хв и Х - предыдущее и последующее значения напряже- "5 ния на выходе запоминающего блока 6; У, и У - предыдущее и последующее значения напряжения на выходе запоминающего блока 8; К, и К 2 - коэффициенты передачи первого 1 и второго 2 делителей напряжения. Выполняется эта система уравнений следующим образом. По шине 14 тактовых импульсов на управляющие входы запоминающих блоков 5-8 поступают не соа ЬЬп - ;-. - - аж Ь,Х =соа Ьп+ап К 2 У = - . - а 1 п ахп ЬПри условии получения гармонических колебаний с малыми иСкажениями, которое выполняется при аппроксимации колебаний большим число ступенекУ определяемым как Р=Епл (2 и/Ь), где Епй - целая часть; Ь, а следовательноу К л и К должны быть много меньше единицы. При этомХ=сов ЬпКя.У = , аъп Ьп.ап Ь(3) Для рассмотрения процессов в виденапряжений и в реальном масштабе перекрывающиеся, сдвинутые один относительно другого прямоугольные импульсы. Под действием этих импульсовпроизводится поочередная запись напряжения в запоминающие блоки 5 и 7и затем одновременно в запоминающиеблоки 6 и 8,Напряжение, записанное в запоминающем блоке 6, поступает на первыйинвертирующий вход сумматора 3, навторой неинвертирующий вход сумматора 3 через делитель 2 напряжения скоэффициентом Кл, поступает напряжениес запоминающего блока 8, С приходомуправляющего импульса в запоминающийблок 5 с выхода сумматора 3 будетпереписано напряжение, равное -Х ++К,У= -Х+,. Это напряжение черезделитель 1 напряжения с коэффициентом К 2 поступает на второй неинвертирующий вход сумматора 4. На первыйинвертирующий вход сумматора 4 поступает напряжение с выхода запоминаю-,щего блока 8, С приходом управляющего импульса в запоминающий блок 7будет записано напряжение, равное-У-КХ,л= -У. Затем эти напряжения с приходом следующего управляющего импульса с запоминающих блоков5 и 7 переписываются соответственнов запоминающие блоки 6 и 8, где одновременно производится инверсия знака напряжения.Используя преобразование Лапласа,ледует, что решением системы (1)разностных уравнений будет(4) 11 опймпи11 опущ евомпв зп Ь(5) а период выходных колебаний равенцелому числу периодов следования управляющих импульсов и определяетсясоотношением Т=СЕп(21/Ь).Таким образом, напряжения на выходах запоминающих блоков 6 и 8представляют собой квантованные вовремени изменяющиеся соответственнопо закону косинуса и синуса напряжения.При переходе напряжения на выходезапоминающего блока 8 через ноль изобласти положительных значений в область отрицательных значений компаратор 9 формирует отрицательный фронт,на который формирователь 10 импульсовне реагирует, Следовательно, сигнална выходе формирователя будет отсутствовать. При переходе напряженияна выходе запоминающего блока 8 вмоменты времени й, через ноль изобласти отрицательных. значений в область положительных значений компаратор 9 формирует положительныйфронт. При этом формирователь 10 импульсов вырабатывает прямоугольныйимпульс, открывающий ключи 11 и 12.Т.е. открывание ключей 11 и 12 происходит раз в период,В этот момент в запоминающий блок6 через ключ 11 записывается опорное напряжение, значение которогоравно амплитуде колебаний 11=бо,т.е. в дальнейшем колебания на выходезапоминающего блока 6 будут иметьамплитуду, равную П и, и при открывании ключа 11 в следующем периодеколебаний не произойдет изменения напряжения в запоминающем блоке 6. Приналичии сбоя максимальное значениенапряжения П,ц не будет равно 11 ,поэтому при открывании ключа 11 в 55 5времени полученную систему (3) уравнений запишем ввиде: Х =11 соз ЬпйиКУ =11 в . -- 81 п Ьпй,и опзп Ь где Б - задаваемое начальное зиачеопние амплитуды на шине Э;- период следования управляющих импульсов в запоминающихблоках 6 и 8,Причем запоминающий блок 6 записываетсяГоп и, следовательно, восстановитсянормальная работа генератора. Одновременно с ключом 11 открываетсяключ 12 и осуществляется сброс запоминающего блока 8 (фнг. 2 а),Таким образом, для стабилизацииработы генератора раз в период в момент времени Сустанавливается на 1чальное значение амплитуды колебаний.Изменением 11 можно регулироватьамплитуду колебаний одновременно наобоих выходах 15 и 16,При этом из формулы (4) видно,что, меняя коэффициенты К и К таким образом, чтобы К К =сопзс, можно пропарционально изменению К менять Уц при Х =сопз 1-.Осуществляется это с помощью делителей 1 и 2 напряжения, коэффициенты передачи которых управляютсясигналом Я, поступающим через второйдополнительный запоминающий блок 21с нелинейного блока 20.Дополнительный формирователь 18импульсов вырабатывает прямоугольныйимпульс на отрицательный фронт импульса на его входе, что соответствует переходу напряжения на выходезапоминающего блока 6 в моменты временичерез ноль из положительнойв отрицательную область значений. Приэтом в первый дополнительный запоминающий блок 19 с запоминающего блока8 переписывается напряжение, соответствующее У . Это напряжение поступает на вход нелинейного блока 20,где преобразуется в соответствии сего нелинейной характеристикой. Сигнал с выхода нелинейного блока 20поступает на вход второго дополнительного запоминающего блока 21, Управляющий вход блока 21 подключен квыходу формирователя 1 О импульсов ипри переходе напряжения на выходе запоминающего блока 8 в моменты времениСя,из отрицательной в .положительнуюобласть значений в него будет записано напряжение с нелинейного блока20 и подано на первые входы делителей1 и 2 напряжения,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Таким образом, на выходе запоминающего блока 6 будет формироваться косинусоидальный сигнал со стабильной амплитудой, а на выходе запоминающего блока 8 - синусоидальный сиг 71564652 8нал с изменяющейся каждый период амплитудой,С целью получения синусоидальных, колебаний со случайной амплитудой,изменяющейся каждые полпериода, можетбыть введен второй дополнительныйформирователь 22 импульсов, вход которого подключен к выходу компаратора9, а выход соединен с управляющим Овходом второго дополнительного запоминающего блока 21, причем оба дополнительных формирователя 1.8 и 22 импульсов выйолнены в виде формирователей импульсов по фронтуи срезу вход ного сигнала.При каждом переходе напряжения навыходе запоминающего блока 6 черезноль на выходе дополнительного формирователя 18,импульсов Формируется импульс и в первый дополнительный запоминающий блок 19 будет записано амплитудное значение напряжения на выход запоминающего блока 8, Это напряжение преобразуется в нелинейномблоке 20 и полученное случайное напряжение поступает на вход второгодополнительного запоминающего блока21, который в данном случае управляется импульсами второго дополнитель- ЗОного формирователя 22 импульсов. Второй дополнительный формирователь 22импульсов подключен к выходу компаратора 9 и выполнен в виде формировате,ля импульсов по Фронту и срезу входного импульса. Таким образом, каждаяследующая полуволна синусоидальногонапряжения на выходе запоминающегоблока 8 будет формироваться с новымслучайным коэффициентом К (5) и, 40следовательно, амплитуда колебанийбудет спучайной каждые полупериода(фиг, 2 в),Стабилизация амплитуды косинусоидальных колебаний на выходе запоминающего блока 6 по-прежнему производится раз в период установкой начального значения с помощью компаратора9, формирователя 1 О импульсов и ключей 11 и 12, В запоминающих блокахб и 8 производится инверсия знака,Поэтому они выполнены как запоминающие блоки 5 и 7 с последующим включением инвертора,Формула изобретенияГенератор гармонических колебаний по авт. св. У 1354214, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей за счет одновременного получения гармонических колебаний со стабильной и случайной амплитудой, в него введены последовательно соединенные дополнительный компаратор, дополнительный формирователь импульсов, первый дополнительный запоминающий блок, нелинейный блок и второй дополни" тельный запоминающий блок, причем первый вход дополнительного компаратора соединен с выходом второго запоминающего блока, а второй вход подключен к шине нулевого потенциала, выход второго дополнительного запоминающего блока подключен к входам управления коэффициентом передачи первого и второго делителей напряжения, управляющий вход первого дополнительного запоминающего блока соединен с выходом четвертого запоминающего блока, а управляющий вход:второго допол- нительного запоминающего блока соединен с выходом формирователя импуль" сов.1564652 Составитель Н.Зайцеактор О.Спесивых Техред М.Дидык орректор М.Пожо писно при ГКНТ ССС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 Заказ 1162 ВНИИПИ Госуда тираж 556венного комитета по изобретени 113035, Москва, Ж, Раушская и открыт б, д. 4