Цифровое управляющее устройство (его варианты)

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИКО 05 В 11/26 21) 3388456/18-2422) 21.01.8246) 23.05.83. Бюл, 9 1972) Е,Н,Горюнов, А.В.Заборня,В.И.Иванов, А.Е.МорозОв и Б.С,Мухиь(53) 62-50.(088.8)56 ) 1. Патент США в 3691452,кл, 323-19, опублик. 1972.2, Авторское свидетеЛьство СССР9 .714381, кл. Я 05 Р 1/бб, 1978 прототип ).(54) ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОИСТВО(ЕГО .ВАРИАНТЫ)157) 1.Цифровое. Управляющее устрой-.ство, содержащее источник переменного напряжения, выход которого черезуправляеьый вентиль подключен к нагрузке и через последовательно соединенные.делитель напряжения, усилитель-ограничитель, первый одновибратор и. элемент ИЛИ - к первому управ. -ляющему входу вентиля и к установочному входу счетчика импульсов, выхо" дами соединенного с первыми входамиблока сравнения, а счетным входом " .с, выходом генератора импульсов, при" чем выход усилителя-ограничителя через последовательно соединенные инвертор и второй одновибратор подключен к второму входу элемента ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены ключ, триггер и последовательно соединенные аналого-циФровой преобразователь, блок памяти и дели; тель частоты, второй вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а выход - к первому входу триггера, вторым входом соединенного .с выходом первого одновибратора, а выходом - с управляющим входом клю- ча, причем выход блока сравнения .через ключ подключен к второму управ ляющему входу вентиля, а вход аналого-цифрового преобразователя - к выходу делителя напряжения1019399 2, Цифровое управляющее устройст- во, содержащее источник переменногонапряжения, выход которогс через управляемый вентиль подключен к нагРузке и через последовательно соединенные делитель напряжения, уси.литель-ограничитель, первый одно- вибратор и элемент ЙЛИ- к первому, управляющему входу вентиля и к уста новочному входу счетчика импульсов, выходами соединенного с первыми входами блока сравнения, а счетным входом - с выходом генератора импульсов, причем выход усилителя-ограничителя через последовательно соединенные инвертор и второй одновибратор подключен к второму входу элемента ИЛИ,1Изобретение относится к электро- автоматике и может быть использовано при построениианалого-цифровых автоматизированных систем управления технологическими процессами, напри мер диффузии, окисления и эпитаксии полупроводниковых пластин.Известно устройство Для управле-ния мощностью, содержащее источник переменного напряжевия, выход кото- Щ рого через управляемый вентиль подключен к нагрузке в ч"рез нуль-органк одному из управляющих входов управляемого вентиля и к установочному входу счетчика импульсов, схему срав нения, выход которой подключен кдругому управляющему входу управляемого вентиля, а первая группа входов - к соответствующим выходам раз" рядов счетчика. импульсов, счетный. вход которого подключен к выходу ге .2 О нератора импульсов, при этом управля ющий двоичный код подается на вторую группу входов схемы сравнения кодов.Работа устройства основана на периодическом сравнении входного уп равляющего кода с выходным кодом двоичного счетчика импульсов и на . отпирании управляемого вентиля в каждый полупериод напряжения, питающего нагрузку, на время, при котором 30 код счетчика импульсов меньше входного управляющего кода 1 .Недостатком известного устройства является невысокая стабильность выходного сигнала. Так, при изменении З 5 значения амплитуды питающего нагрузку напряжения на + 10 относительно номинального, значение средней за период напряжения мощности изменится соответственно на + 21 и -19%.,Наибогее близким к предлагаемому по технической сущности является о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены ключ, триггер и посл довательно соединенные аналого.-цифровой преобразователь и блок памяти, выходыкоторого подключены к вторым входамблока сравнения, выход которогочерез ключ соединен с вторым управляющим входом вентиля, причем выходделителя напряжения подключен к вхо ду аналого-цифрового преобразователя, а выход усилителя-ограничителячерез делитель частоты - к первомувходу триггера, второй вход которого соединен с выходом первого одновибратора, а выход - с управляющимвходом ключа. 2цифровое управляющее устройство,. содержащее источник переменного напряжения, выход которого через управляющий вентиль подключен к нагрузке и через последовательно соединенные делитель напряжения, усилитель-ограни читель, первый одновибратор и элемент ИЛИ - к первому управляющему входу вентиля и к установонному входу счетчика импульсов, выходами соеди" ненноГо с первыми входами блока сравнения, а счетным входом - с выходом генератора импульсов, причем выход усилителя-ограничителя через после 1 довательно соединенные инвертор и второй одновибратор подКлючен к второму входу элемента ИЛИ 2 3. Работа устройства основана на периодическом сравнении преобразованного входного кода с выходным кодом двоичного вычитающего счетчика импульсов и на отпирании управляемого вентиля каждый полупериод напряжения, питаюшего нагрузку, на время, определенное преобразованным входным ко-.1дом. Преобразование входного управляющего кода производится с целью;. уменьшения нестабильности выходного сигнала от амплитуды напряжения, питающего нагрузку, с помощью амплитудного детектора, интегратора, сумматора, нуль-органа, преобразователя код-напряжение, делителя частоты иа два, регистра памяти и двоичного суммирующего счетчика. При этом значение средней за полпериода напряжения на нагрузке) мощности выразится какНа фиг,1 приведена блок-схема первого варианта цифрового управляющего устройства; на Фиг.2 - то же, второго варианта; на фиг.3 а, бвременные диаграммы сигналов на выхоДах Функциональных блоков.Устройство содержит источник 1 переменного напряжения, .управляемый вентиль 2, нагрузку 3, делитель 4 напряжения, усилитель-ограничитель 5,.первый и второй одновибраторы б и 7, инвертор 8, элемент ИЛИ 9, .счетчик 10 импульсов, блок 11 сравнения, .ключ 12, генератор 13 импульсов, аналого-цифровой преобразователь 14, блок 15 памяти, делитель 16 частоты и триггер 17. 50 60 гдеОщ- амплитудное значение напря.жения, питающего нагрузку;Ощ - номинальное значение ампли-,туды напряжения, питающего:нагрузкуэх - входной управляющий код;и - количество разрядов й ;Р - сопротивление нагрузки.Недостатком известного устройства является невысокая точность вследствие нестабильности выходного сиг нала.Так, из выражения 1) следует, что при изменении значения относительно номинального значения на + 10 зна-. .чение Р Р также изменяется на + 10. 15Целью изобретения является повышение точности устройства.Указанная цель достигается тем, что в. цифровое управляющее устройся во введены ключ, триггер и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок памяти и . делитель частоты, второй вход которо. го подключен к выходу усилителя-ог-.раничителя, а выход - к первому входу 25 триггера, вторым входсм соединенно. го с выходом первого одновибратора, а выходом - с управляющим входом ключа,.причеМ выход блока сравнения через ключ подключен к второму управляющему входу вентиля, а вход ана- З 0 лого-цифрового преобразователя - к выходу делителя напряжения.В цифровое управляющее устройство введены ключ, триггер и последова" тельно соединенные аналого-циФровой 35 преобразователь и блок памяти, выходы которого подключены к вторим вхо дам блока сравнения., выход которого через ключ соединен с вторым управляющим входом вентиля, причем вы ход делителя напряжения подключен к входу аналого-ЦиФрового преобразова" теля, а выход усилителя-ограничителя через делитель частоты - к первому входу триггера, второй вход кото рого соединен с выходом первого одновибратора, а выход - с управляющим входом ключа.Устройство, приведенное на фнгЛ, работает следующим образом,С выхода источника 1 переменного напряжения напряжение вида23О,Ц=О э 4 п. То где О, То - амплитуда и период 0(ф), поступает навход управляемого венти. ля 2 и через делитель 4 напряжения на вход усилителя-ограничителя 5. С выхода последнего снимается последовательность прямоугольных импульсов напряжения, причем моменты смены уровня выходного напряжения усилите-, ля-ограничителя 5 совпадают с моментами перехода напряжения источника 1 через нуль. Одновибраторы б и 7 формируют сигналы на выходе. при изменении уровня выходного напряжения усилителя-ограничителя с низкого на вы" сокий.Таким образом, на выходе первого одновибратора б сигналы появляются вф моменты изменения полярности напряжения источника 1 с отрицательной на положительную, а на восходе элемента ИЛИ 9 - в моменты перехода.этого напряжения через нуль.По этим сигналам двоичный вычитающий счетчик, 10 импульсов устанавливается в состояние соответствуютУ щее коду 2 -1, где и- число двоичных разрядов счетчика 10На счетный вход счетчика 10 с выхода генератора 13 импульсов поступают импульсыс периодом Тд 2" Блок 11 сравнения осуществляет сравнение кода, соответствующего текущему состоянию счетчика 10 и кода Йеех являющегося входным управляющим сйг налом. В .момент равенства указанных кодов сигнал с выхода блока 11 сравнения поступает на вход ключа 12. Если ключ замкнут, то сигнал с выхода блока 11 сравнения проходит через ключ 12 на второй управляющий вход вентиля 2 и открывает его. Переменное .напряжение подключается к нагрузке. 3 с со,противлением Р, При этом длительность интервала времени В 1 от момента появления сигнала на выходе. блока 11 сравнения домомента сигнала на выходе элемента ИЛИ 9 этот сигнал закры вает управляемйй вентиль 2 ) определяется как Т,Н о Ехп2. 2.где и -количество разрядов кода ЙЕ, а значение средней за период То мощности, выделенной на нагрузке 3, выразится как 2 в 9 1 , ехЯУН Р: - РЩ 3 Ф = эа - (М сР То 2 й 2" 27 2Огде со - момент открытия управляемого вентиля 2,Одновременно напряжение ОЦ поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 14, С выхода АЦП14 снимается кодм=ко, (з)где к - коэффициент преобразованияАЦП.Код ИЛпоступает йа адресные;:входы блока 15 памяти. Число ячеекблока памяти 15 равно максимальновозможному зна ению МЛп . В каждойячейке матрицы 15 памяти хранитсякод Яс, определяемый заранее по ФормуЛ 5ле Ц 22 2 пнЬс 2фдцпгде 0 нд - нижнее допустимое з н ачениеамплитуды напряжения ОЮ, 2 О- число разрядов АЦП 14,Код йс с выхода блока 15 памяти:поступает на управлющие входы делителя 16 частоты с переменным коэффициентом деления и определяет его 25коэффициент деления.На вход делителя 16 частоты поступают.импульсы с выхода усилителя-ограничителя 5 частотой 1/То,Коэффициент деления делителя частоты равен Мс к,) - -а значение средней за период Тв мощности, выделенной на нагрузке 3, выразится какй 2 Ия с 1р "-р(ца= -- - - з 1СР Ж Е" 27 г"(9)фоКоэффициент деления делителя 16 определяется колом Йе и равенК= - . (1 а)ех2"Число импульсов, поступающих на первый управляющий вход триггера 17, равно Мек, при этом они расположены равномерно на периоде, равном 2Т; А так как сигнал с выхода триггера 17 разрешает прохождение сигнала с выхода блока 11 сравнения че- рез ключ 12 за период 2.Т количествоираэ, равное Й , то Р за периодср2 Т, выразится какР 2 Н,1.Р. ВХ. С. 1 з;. (11)рср" , л и у з 1 п д 1 Подставляя в. выражение (11) выражение (;7) и .учитывая Формулу (3), полу-чаем О фекср= О 2 пИз постуднего выражения следует, что Р также не зависит от изменений амплиФтуды напряжения, питающего нагрузку. Число импульсов, поступающих с выхода делителя 16 очг",.тоты на первый управляющий вход триггера 17, равно Мс, но при этом они расположены равномерно на периоде, равном 2 ТО. Каждый импульс устанавливает в еди ничное состояние триггер 17, который возвращается в нулевое состояние по окончанию очередного периода напряжения 0(Ф,) сигналом с выхода одновибратора б.А так как сигнал с выхода тригге ра 17 разрешает прохождение сигнала с выхода блока 11 сравнения через ключ 12 за период 2 Г количество . раз, равное йс, то Р на период2 То выразится как 50р 2 2 2 гУ 2Подставляя в .выражение (5) ФорМУМУ (41 и учитывая (3) получимЯР, 2 д П 20Из Формулы (6 ) видно, что значение . Р не зависит от изменений .амплитуды 6 О%напряжения, питающего нагрузку.Работа устройства, приведенного на фиг.2, не отличается от работы первого варианта устройства за исключе нием следующего. 65 Код ИЛц и, поступающий на адресныевходы блока 15 памяти, устанавливаетна его вьхсде код Й, определяемыйзаранее решением трансцедентногоуравненияад Онд= з 1 П в . = , "М , (7)2" 2( 2 П 1 )ЛЧ"Период импульсов, поступающих на вход счетчика 10 равен22где в - количество разрядов АЦП 14,Блок 11 сравнения сравнивает текущее. значение кода счетчика 10 и кода М , поступающего на блок 11 сравнения с выходов блока 15 памяти. В момент равенства этих кодов блок 11 сравнения вырабатывает сигнал, который, проходя через открытый электронный ключ 12 на управляющий вход вентиля 2, открывает его, При этом длительность 11 интервала времени от момента появления сигнала на выходе блока 11 сравнения до момента появления сигнала на выходе элемента ИЛИ 9.. Этот сигнал, закрывающий управляемый вентиль 2, определяется какТФафВ)2 2Независимость выходного сигнала от изменений амплитуды напряжения, питающего нагрузку, в предлагаемом устройстве позволяет успешно использовать его при построении автомати.- .зированных высокоточных, инвариант.ных, относительно основных, возмущений систем управления, работающих в режиме непосредственного цифрового управления Подобная система спо добна обеспечить высокое качество проведения технологических цроцессов и лучшую воспроизводительность, что обуславливает получение определенного технико-экономического эфФекта., дьц. 701/41 Тираж 874 МИИПИ Государственного копо делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушск Подписнтета СССРткрцтийнаб д.4/