Устройство формирования сигнала рассогласования

10548Изобретение относится к автомати" ке и предназначено для выделения сигнала рассогласования в системах авто" матического регулирования частоты вращения, в которых информация о регули 5 руемом параметре вырабатывается в частотной форме, а сигнал задания формируется в виде напряжения постоянного или переменного тока. Данное уст" ройство может быть использовано, в 1 частности, в системах автоматического .регулирования скорости электродвигате" лей и других механизмов и машин, на валу которых устанавливаются импульс- ные датчики частоты вращения, а в ка честве эадатчиков используются, например, потенциометрические датчики линеиные вращающиеся трансформаторы и др.Известно устройство сравнения час 20тотных и аналогового сигналов, содержащее интегратор, Фильтр и схемусравнения1 .Недостаток известного устройстваниэкая точность сравнения,входных25 сигналов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство Формирования сигнала рассогла" сования, содержащее аналоговый задат" Зе чик, частотный датчик, соединенный с входом счетного триггера, усилитель сравнения, интегрирующий усилитель со схемой установки начальных условий, запоминающее устройство. и уст" ройство управления. При равенстве регулируемой частоты заданному значению выходное напряжение интегратора в конце периода интегрирования равно напряжению начальных условий и сигнал,4 О поступающий на запоминающее устройство, равен нулю. При отклонении регулируемой величины от заданного эначе" ния возникает сигнал рассогласования, знак которого определяется знаком отклонения 2 .Недостатком данного устройства яв" ляется его сравнительно низкие точность и быстродействие. Ограниченная точность устройгтва определяется в основном погрешностями интегрирующего усилителя, в частности, его дрейфом нуля и неидеальностью динамических характеристик, которые оказывают за" метное влияние на работу устройства в верхней части частотного диапазона регулируемой скорости. Что касается быстродействия устройства, то оно ограничено скоростью работы запоми 96 1нающего устройства в режиме записи.Учитывая необходимость длительного .хранения сигнала при малых регулируемых частотах, запоминающее устройство требует конденсаторов большой емкости, что ведет к увеличению. постоянной времени в режиме записи. Цель изобретения - повышение точ"ности и быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство Формирования сигнала рассогласования, содержащее анало"говый задатчик, частотный датчик, соединенный с входом счетного триггера,и усилитель сравнения, введены пре"образователь период - код, блок пороговых элементов, переключаемый источник опорного напряжения, группаэлементов совпадения, регистр и множительный цифроаналоговый преобразователь, причем прямой выход счетноготриггера соединен с информационнымвходом преобразователя период - кода инверсными выход счетного триггерасоединен с первыми входами группыэлементов совпадения, выходы блокапороговых устройств соединены с управляющими входами преобразователяпериод - код и входами переключаемого источника опорного напряжения, вы-,ход которого соединен с первым вхо"дом усилителя сравнения, выходы преобразователя период - код соединены свторыми входами элементов совпадения группы, выходы которых через регистр соединены с дискретными входа-.ми множительного цифроаналоговогопреобразователя, выход которогосоединен с вторым входом усилителя срав.нения, а выход аналогового задатчикасоединен с аналоговым входом множительного цифроаналогового преобразователя и входом блока пороговых устройств.На чертеже представлена схема предлагаемого устройства,Устройство содержит частотный датчик 1, аналоговый задатчик 2, представленный в Форме напряжения ц, счетный триггер 3, переключаемый источник 4 опорного напряжения (Ооиусилитель 5 сравнения, преобразователь б периодкод, содержащий счетчик 7 импульсов с управляемым делителем 8 частоты на входе. В составпреобразователя период - код входяттак)ие генератор 9 опорной частоты Уэлемент 1 О совпадения и ждущий муль-тивибратор 11. Кроме того, в устрой96редает его на множительный преобразователь 13, В результате в четные периоды частотного сигнала Ю на выходе преобразователя 13 Формируется . напряжение, пропорциональное произведению сигнала задания 0 и кода й, т.е,Г =К ищ:К и Т:К -о Г1 Ъ 1 1 КВ Х где Кв и К - коэффициенты пропорциональностиВ нечетные периоды частотного сигнала Е выходное напряжение ЦАП не из . меняется, так как счетчик 7 отключен от регистра 15 и в регистре 15 сохра- , няется код Й .Напряжение К сравнивается на входе усилителя рассогласования 5 с опорным напряжением У. Если Ооз, то напряжение на выходе Оь,хравно йулю,ГПри этом К -К:К - -О:О1 Ъ Очастота Х = К вТаким образом, при ЧО Сомй каж" дому напряжению задания Ц соответст,вует определенная частота Е , при ко- торой устройство находится в состоя-. нии баланса (его выходное напряжением ,равно нулю , причем частотапрямо пропорциональна напряжению ;(К/Ц" коэффициент пропорциональнос,ти .Рассмотрим теперь работу устройства при отклонении частоты от заданно- . го значения. В этом случаена выходе усилителя 5 возникает напряжение рас согласованияЧ " Чо 1 ь О. Пусть, например, У Сопкой, а напряжение Чполучает приращение,йЧ. Тогдах(0+ь О кз К+д О юЦ ющ ЯВ результате при неравенстве ре" гулируемой частоты заданному значение на выходе усилителя рассогласо-вания Формируется сигнал оаибки О , величина которой определяется откло . нениями сигнала задания 1 Х и регулиру емого параметра Г от согласованных значени, а также коэффициентом передачи усилителя 5 и коэффициентами про порциональности при приращенияхЫи , 4 У в выражениях для В . Как видно из этих выражений, коэффициенты пропорциональности и -я- в Функциях:Ю У 3 10548ство введены блок пороговых элементов 12, множительный цифроаналоговыйпреобразователь 13, подключенный квыходам счетчика 7 через группу элементов 14 совпадений и регистр 15,обеспечивающий хранение кода.Устройство работает следующим образом.В.исходном состоянии, когда имеетместо соответствие сигнала аналогового задатчика.2 и сигнала обратнойсвязи частотного датчика 1, т.е. приравенстве регулируемого параметра заданному значению, выходное напряжение устройства 0; - О. В нечетныепериоды частотного сигнала Ю счетныйтриггер 3 устанавливается в положение, при котором на его прямом выходедействует единичный логический сигналф 1 ) и преобразователь периодкод 6 работает в режиме измерения периода Т частотного сигнала. Процессизмерения периода происходит по методу заполнения интервала времени Тимпульсами образцовой частоты Е, по- уступающей череЗ элемент 10 совпадения и делитель 8 частоты на.счетчик 7; При этом в начале каждого нечетного периода при появлении логичес.кой единицы на прямом выходе счетного триггера ждущий мультивибратор 11Формирует короткий импульс сброса,устанавливающий делитель 8 частотыи счетчик 7 в нулевое положение. По"этому к концу нечетных периодов всчетчике 7 Фиксируется код й, опредеЗ 5ляемый периодом Т образцовой частотойи коэффициентом деления КВ делителя частоты 8: Юо Тй:вВ режиме измерения периода Т счетчик фО7 отключен от регистра 15,посколькугруппа элементов 14 совпадения блокирована нулевым логическим сигналом синверсного выхода счетного триггера 3 (о 0), 4В четные периоды частотного сигнала триггер 3 переключается в противоположное состояние, при котором Ы = О,а ф = 1. Под действием нулевого ло"гического сигнала о элемент 10 совпадения отключает генератор 9 образцовой частоты от счетчика 7, и счетчик 7работает в режиме хранения. В четныепериоды единичный логический сигналЙ подготавливает группу элемен-55тов 14 совпадения, благодаря чемукод Й из счетчика 7 поступает в ре"гистр 15, который в свою очередь пе"следует отметить, что возможные и другие подходы к выбору порогов сравнения. Например, при неравномерном законе распределения регулируемой частоты может оказаться целесообразным другое деление на поддиапаэонц. Таким образом, введение блока пороговых элементов управляемого преобразователя период - код и переключаемого источника опорного напряжения обеспечивает линеаризацию статической характеристики устройства сравнения. Наряду с линеариэацией использование управляемого преобразователя периодкод позволяет уменьшить разрядность множительного ЦАП, входящего в состав устройства. При отсутствии тако. го делитепя для полуцения погрешности дискретности на максимальной частоте порядка 0,34 и динамическом дивмакспазоне ЩО множительный ЦАПюммдолжен иметь 16 двоичных разрядов, Такие преобразователи являются весьма сложными и дорогостоящими устройствами и их применение для рассматриваемых целей практически нецелесообразно. Использование же в йредлагаемом устройстве управляемого делителя частоты позволяет при тех же погрешностях ограничиться 9-разрядным множительнцм .ЦАП, цто вполне приемлемо.Таким образом, предлагаемое устройство простыми средствами и с достаточной точностью ( погрешности порядка 0,3 ) обеспечивает Формирование сигнала рассогласования в системах автоматического регулирования часто" ты с заданием в Форме напряжения и об" ратной связью в виде частоты следования импульсов, причем сравнение сигналов осуществляется без применения промежуточных преобразователей часто" та - напряжение или:напряжение - час.- тота.Ио сравнению с известными устройствами аналогицного назначения предлагаемое устройство обладает сущест- венно более высоким быстродействием, так как оно не требует сглаживающих 4 ильтров с большими постояннцми вре" мени. Предлагаемое устройство обладает быстродействием, близким к пре-, дельно возможному, так как получение инФормации о сигнале ошибки обеспечивается в нем за два периода дат-;чика. частотного сигнала ( предельное быстродействие соответствует одному периоду ). 1054896 (ЬЧ) и Е(Ю) обратно пропорциональны регулируемой частоте Е. Эта особенность предлагаемого устройства приводит к существенной нелинейности системы регулирования, в которой оно 5 используется. Для устранения указанного недостатка в устройство введены блок пороговцх элементов 12 и управляемый делитель цастотц 8. При уменьшении напряжения задания У(и со" т 0 ответственно регулируемой частоты Ю 1 элемент 12 увелицивает коэФФициент деления частоты делителя 8, в результате чего происходит уменьшение числа импульсов М, накапливаемых в 35 счетчике 7, и отношение Кф сохраняет,- ся приблизительно постоянным во всемдиапазоне сравниваемых сигналов. Од-, новременно с увеличением коэФФициен-, та деления делителя 8 блок пороговых 2 Оэлементов 12 перестраивает источник опорного напряжения Ф так, что напряжение О уменьшается во столько же раз, во сколько увеличивается К. Поэтому отношение фЮтакже сохраня ется практически постоянным во всем диапазоне сравниваемых сигналов.уровни сравнения задающего сигна-. ла в блоке пороговых,элементов выбираются в соответствии с заданным ди-, З 0 намическим диапазоном изменения час тоты К, допустимым изменением. коэФ" Фициента передачи устройства срав" нения и разрядностью циФроаналогового преобразователя.35Пусть, например, динамический диаяавон иенс: 1 рр, т.е. встроаст - ивнво сравнения работает в систеие,обеспечивающей автоматическое регулиро" 46 вание цастоты от 1 до 190. ,Если не принять специальнцх мер, то в ука-, занном диапазоне частот коэФФициент передачи К устройства сравнения из" меняется в 100 раз, что во многих случаях неприемпемо. Кроме того, таков: изменение частоты при допустимой погрешности 0,13 требует 16-разрядного циФроаналогового преобразователя.Задаваясь допустимым изменением коэФФициента передачи о2 (вмес- О то 100 ), весь диапазон изменения разбиваем на 7 поддиапазонов. При этом уровни сравнения пороговцх элемен" тов должны иметь следующие значения:8 каждом поддиапазоне сГ не превц"шает 2.105489 7Наряду с повышением быстродействия предлагаемое устройство обеспечивает расширение диапазона изменения регулируемого параметра. В известных устройствах непосредственного 5 сравнения ( беэ промежуточных яреобра" ,зователейдостигается устойчивая работа обычно в пределах 5-100 мак;симального значения регулируемой частоты .в диапазоне 0-5 В иэ-за наем 30 чия усредняющих Фильтров обеспечить устойчивость. систем регулирования :практически чрезвычайно трудно .Предлагаемое устройство имеет Несомненные преимущества и по сравне нию с устройствами, в которых преобразование частоты в напряжение осу" . ществляется цифровыми методами, Так .при непосредственном преобразовании частоты в код и последующем сравне" нии,полученного кода с уставкой возникают большие запаздывания, в осо-: бенности на низких частотах. При частотах порядка единиц Гц.и точности преобразования порядка О,И время 25 запаздывания достигает нескольких сот секунд, что неприемлемо. для систем автоматического регулирования. Если же в устройстве сравнения при-меняется методы преобразования периода в код, то возникает необходи- :мость введения в схему последователь.но с эадатчиком специального обратного гиперболического преобразовате"ля. Погрешности таких гиперболическихпреобразователей чрезмер:о велики(порядка одного " двух процентов,что также неприемлемо для систем ав".томатического регулирования частоты. Таким образом, предлагаемое уст" ройство имеет сущестаеннае преимущества как перед прототипом, так и перед другими устройствами аналогич . ного назначения. Учитывая, что основ ные узлы предлагаеюго устройства (в том числе и наиболее сложный узел - множительный ЦАП) в настоящее время реализуются в виде (линеййых и цифровых 1 интегральных схем аирок 6" го применения, устройство найдет применение в различных системах автома- тического регулирования частоты и других физическик параметров, кото" рые могут быть преобразованы в час" тоту.евактор Т аказ 9316 итейко ВНИИП твенного коиите бретений и откр -36 Раииская нг. Ужгород, у тии о: 8 фй Проектная,3 ЙЛФилиал ППП Состав Техрев Тираж Государс елаи изо осква Ж"Патент" итель В, ИясниИ.Кузька Корректор М ДзятйодписноеОССИ