Управляемый фазовращатель

(54) УПРАВЛЯЕМЫ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И(56) Авторское свидетельство СССР. ЬЬ 907460, кл, О 01 В 25/04, 1980.Авторское свидетельство СССРЬЬ 1402962, кл. 6 01 В 25/00, 1986. 1721536 А Й ФАЗОВ РАЩАТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение быстродейстия фазовращателя для того управляемый фазовращатель содержит блок 1 сдвига фазы на 90, управляемые делители 2 и 3 напряжения, сумматоры 4 и 5, квадраторы 6 и 7, источник 8 опорного напряжения и инвертор 9. 1 табл., 2 ил,Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано при построении измерительных преобразовате; лей, где необходимо прецизионное управление фазой синусоидального сигнала,Известен управляемый фазовращатель, содержащий два цифроаналоговых преобразователя, блок сдвига фазы на 90 О, сумматор, преобразователь напряжение - частота, блок управления реверсом, реверсивный счетчик импульсов, дешифратор и вычитающий регистр, в котором вход фазовращателя соединен непосредственно с аналоговым входом первого и через блок сдвига Фаз на 90 О - с аналоговым входом второго цифроаналогового преобразователя, управляющий вход фазовращателя через преобразователь напряжение - частота соединен с первым входом блока управления реверсом; второй вход которого соединен с выходом дешифратора, а выход - с входом реверсивного счетчика импульсов, выход реверсивного счетчика импульсов соединен непосредственна с входом дешифратора и с цифровым входом первого цифроаналогового преобразователя, а через вычитающий регистр - с цифровым входом второго цифроаналогового преобразователя, первый и второй входы сумматора соединены с выходами соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей, а выход- с выходом Фаза вращэтеля.Недостатком этого .Фазовращателя является низкая точность, обусловленная погрешностью формирования коэффициентов, пропорциональных эи уи саз уА где фтребуемый угол сдвига фазы.Кроме того, низкое быстродействиеобусловлено инерционностью преобразователя напряжение - частота и реверсивного счетчика импульсов.Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности является управляющий фазавращатель, содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90 О, сумматор, блок сравнения и инвертор, в котором сигнальный вход соединен непосредственно с первым входом блошка сравнения и с сигнальным входом первого, управляемого делителя напряжения, а через блок сдвига фазы на 90 - с сйгнальным входом второго управляемого делителя напряжения, управляащие входы первого и второго управляемых делителей напряжения соединены соответственно с управляющим входом Фазовращателя и выходом блока сравнения, а выходы - соответственно с первым и . вторым входами сумматора, соединенногосвоим выходам непосредственно с вторым входом блока сравнения и первым выходом Фазовращателя, а через инвертор - с вторым выходом Фазовращателя.Недостатком известного фазовращателя является. низкое быстродействие, обусловленное инерционностью блока сравнения,Целью изобретения является повышение быстродействия фазовращателя,Поставленная цель достигается тем, что в известный управляемый Фазовращатель, содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90 О, первый 10 сумматор и инвертор, в котором сигнальный вход соединен непосредственно с сигнальным входом первого, а через блок сдвига фазы на 90 - с сигнальным входом второго ля напряжения соединен с управляющим, входом Фазавращателя, а выход - с первым входом первого сумматора, второй .вход первого сумматора соединен с выходом вто.рого управляемого делителя напряжения, а выход- непосредственно с первым, а через инвертар - с вторым выходами фазовращателя, введены источник опорного напряжения, второй сумматор и два квадратора, при этом первый (прямой) вход второго сумма 30 тора соединен с выходом источника опорного напряжения, второй (инверсный) вход- с выходом первого квадратора, соединенного своим входом с управляющим:входом фазовращателя, третий (инверсный) вход - с выходом второго квадратара, а выход - с четвертым (прямым) входам, с входом второго квадратора и с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения.На фиг. 1 представлена структурная схема фазовращателя; на фиг, 2 - графики зависимости управляющего напряжения Оупр от требуемого угла р сдвига фазы.Управляемый фазовращатель содержит блок 1 сдвига фазы на 90 О, управляемые делители 2 и 3 напряжения, сумматоры 4 и 5, квадраторы 6 и 7, источник 8 опорного напряжения и инвертар 9. Сигнальный вход 50 фазовращателя соединен непосредственно с сигнальным входом делителя 2, а через блок 1 - с сигнальным входом делителя 3. Управляющий вход фазавращателя соединен непосредственно с управляющим вхадом делителя 2, а через квадратар 6 - с вторым (инверсным) входом сумматора 5, первый (прямой) вход которого соединен с выходом источника 8, третий (инверсный) вход - с выходом квадратара 7, а выход - с четвертым (прямым) входам, с входом квадуправляемого делителя напряжения, управ 20 лиощий вход второго управляемого делитератора 7 и с управляющим входом делителя 3. Первый и второй входы сумматора 4 соединены с выходами делителей 2 и 3 соответственно, а выход непосредственно - с первым, а через инвертор 9 - с вторым выходом фазовращателя,Принцип действия управляемого фазовращателя основан на реализации известного управленияОо з 1 п(вс+ср) = Оо з 1 п вт созгр+ + Оосозв 1 зпр, (1)где Оо и в - амплитуда и круговая частота сдвигаемого по Фазе сигнала;т - текущее время;р- требуемый угол сдвига фазы, Для реализации управления (1) необходимо входной гармонический сигнал 01(т) = = Оо з 1 п в 1 сдвинуть по фазе на 90, т.е, преобразовать в сигнал 02 (т) = Оо соз в 1. Эту операцию выполняет блок 1.Далее алгоритм требует соответствующего изменения амплитуды составляющих 01 (1) и 02 (т) в соответствии с косинусом и синусом угла О и последующего суммирования измененных по амплитуде составляющих. Фун кци ю уп равд яемого изменения амплитуд квадратурных составляющих выполняют делители 2 и 3, а функцию суммирования - сумматоры. Амплитуда составляющих должна изменяться в диапазоне 0 - Оо в соответствии с таблицей,Управление фазовращателем ведется по одной из составляющих - косинусоидальной, т,е. напряжение Оупр управления, пропорциональное соз р, подается с управляющего входа фазовращателя на управляющий вход делителя 2. Напряжение, пропорциональное з 1 п р, подается на управляющий вход делителя 3, Оно формируется из напряжения Оупр с помощью совокупности элементов из сумматора 5, квадраторов б и 7 и источника 8.Это осуществляется следующим образом,Сигнал Оупр = Оупр.т соз р, где Оупрл - максимальный уровень управляющего сигнала, с управляющего входа фазовращателя поступает на вход квадратора б, На выходе квадратора б формируется сигнал 06, пропорциональный квадрату поступающего на его вход сигнала06=МОупф =Кб Оупр созр, (2) где еб - коэффициент передачи квадратора 6Сигнал Об поступает на второй (инверсный) вход сумматора 5, на первый (прямой) вход которого с выхода источника 8 поступает сигнал 08 постоянного уровня, определяемый равенством 208 = 1(8 Оупр.й (3)где 18 - постоянный коэффициент.На выходе сумматора 5 формируетсясигнал 05, поступающий на его четвертый5 (прямой) вход, на вход квадратора 7 и науправляющий вход делителя 3.На выходе квадратора 7 формируетсясигнал 07, пропорциональный квадрату поступающего на его вход сигнала10 07= К 7 05, (4)где 17 - коэффициент передачи квадратора7.Сигнал 05 на выходе сумматора 5 определится как алгебраическая сумма (с учетом15 того, что первый и четвертый. входы сумматора 5 прямые, а второй и третий - инверсные) сигналов, поступивших на его входы05 = 08 06 07+ 05,Полученное уравнение можно записать20 в виде07 =08 - Об.С учетом уравнений (4), (3) и (2) получим2 21(7 05 = 18 Оупр.в 16 Оупр.в СОЗ . (5)Коэффициенты Кб, М 7 и К 8 выбираются из25 условия16 = 17 = 18Поэтому уравнение (5) можно записатьв виде05=ау.р - Оупр, соз р=г.30 = Оупрлп (1 - соз ф) = Оупрлп з 1 п 2я2 .2или05 = Оупр.щ 31 п фТаким образом, на выходе сумматора 5и на управляющем входе делителя 3 форми 35 руется сигнал 05, пропорциональный соз рВ качестве делителей 2 и 3 целесообразно использовать аналоговые перемножители в интегральном исполнении, напримерперемножители типа 525 ПС 2 Б, На них мож 40 но производить четырехквадратное умножение сигналов. Эти перемножителиреализуют функциюО =О О,где Ох, Оу - напряжения на входах умножи 45 теля; .1 = 0,1 - коэффициент передачи,Если на один из входов подавать квадратурные составляющие 01(т) и 02 (с), э наДРУгой - напРЯжение УпРавлениЯ Оупр и 05,50 то можно производить управляемое деление этих составляющих с хорошей линейностью и в широком диапазоне.Напряжение управления при этом должно изменяться в пределах + Оупр.п, что55 соответствует диапазону изменения фазового сдвига р О 180. На фиг, 2 (график 1)приведена зависимость Оупр. = Г(р) с учетомуровней+ Оупр.т =+ 10 В. Как видно из графика 1, для получения граничных фазовых1721536Амплитудасоставляющей Угол сдвига азыг ад,О 90- 90+ 180 0 0- Оо сдвигов 0 и 180 требуются конечные управляющие воздействия 10 и -10 В, т.е. в этих случаях на выходделителя 2 проходит составляющая входного синусоидального сигнала 01 1) без изменения амплитуды с соответствующим знаком, а квадратурная составляющая 02(1) на выход делителя 3 не проходит,Для получения фазовых сдвигов р в диапазоне от 0 до -180 необходимо сигнал с выхода сумматора 4 проинвертировать, Эту операцию осуществляет инвертор 9, При указанном диапазоне изменения фазового сдвига у напряжение управления должно . изменяться в пределах отдо 10 В. Зависимость Оур, = 1 (у) для этого случая приведена на фиг. 2 (график 2),В известном фазовращателе формирование квадратурной составляющей управляющего сигнала осуществляется с помощью блока сравнения, включающего инерционные элементы, поэтому требуемое значение этой составляющей при изменении управляющего сигнала устанавливается с задержкой, обусловленной инерционностью блока сравнения. В фазовращателе формирование квадратурной составляющей управляющего сигнала осуществляется безынерционными элементами, поэтому сигнал на выходе фазовращателя устанавливается практически мгновенно, Это существенно повышает быстродействие фззовращателя.Формула изобретенияУправляемый фазовращатель, содержа 5 щий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90 О, первыйсумматор и инвертор, сигнальный вход устройства соединен с входами первого управляемого делителя напряжения и блока10 сдвига фазы на 90 О, выход которого соединен с входом второго управляемого делителя напряжения, управляющий вход первогоуправляемого делителя напряжения соединен с управляющим входом устройства, а.16 выход - с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго управляемого делителянапряжения, а выход соединен с первымвыходом устройства и инвертором, выход20 которого является вторым выходом устройства, о т л и ч с ю щ и й с я тем, что, с целью .повышения быстродействия, в него введеныисточник опорного напряжения, второйсумматор и два квадратора, при.этом пер;25 вый вход второго сумматора соединен с выходом источника опорного напряжения,второй - с выходом первого квадратора, соединенного своим входом с управляющимвходом устройства, третий - с выходом вто 30 рого квадратора, а выход - с четвертым вхо-.дом, с входом второго квадратора и суправляющим входам второго управляемого делителя напряжения,1721536Составитель И,Дорух едактор Л,Гратилло Техред М,Моргентал Корректор С.йевкун аказ 950 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10