Нелинейный интегратор

(22) Заявлено 06.02.81 (21) 3245456/18-24 (51) М. Ку 3.з с присоединением заявки М 6 06 С 7/18Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30.09,82(54) НЕЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕГРАТОР Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве корректирующего устройства, например, для повышения порядка астатизма и улучшения качества переходных процессов систем автоматического управления, работающих в условиях помех.Известен интегрирующий преобразователь постоянного, напряжения, содержащий линейный интегратор, два ключа, формирователь импульсов, масштабный резистор и блок постоянного запаздывания, который введен в устройство с целью повышения коэффициента подавления помех преобразователя при изменении. частоты помехи 1. Однако данное устройство предназначено для интегрирования только постоянного напряжения и не интегрирует сигналы переменного напряжения. Кроме того, недостаточным коэффициентом подавления помех устрой" ство обладает лишь в ограниченном диапазоне изменения частоты помехи, а выходной сигнал устройства имеет отрицательный фазовый сдвиг по отношению к.входному сигналу. Известно также нелинейное интег.рирующее устройство, содержащее двалинейных интегратора, образующихдве цепи интегрирования, первая изкоторых служит для интегрированияположительных сигналов, втораядля отрицательных, усилительный элемент и суммирующий усилитель (2 ).Существенными недостатками указанного устройства являются отсутствиепомехоэащищенности и отрицательныйфазовый сдвиГ между синусоидальнымвходным сигналом и первой гармоникой выходного сигнала.15Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является нелинейный интегратор, который содержит линейный интегратор, переключающее устройство и устройство для 2 О.сравнения знаков 3.Существенным недостатком данногоинтегратора является отсутствиепомехозащищенности, так как наличиепомехи во входном гармоническом сиг нале приводит к ложным срабатываниямустройства для сравнения знаков,что вызывает ложные срабатывания. переключающего устройства, частотакоторых определяется частотой помехи. Кроме того, фазовый сдвиг междуНа Фиг. 1 приведена схема предлагаемого интегратора, на фиг, 2 временные диаграммы при гармоническом входном сигнале, на фиг, 3 то же, при наличии высокочастотной помехи на гармоническом входном сигнале (временные диаграммы при работе генератора высокочастотных периодических колебаний для гармони-" ческого входного сигнала аналогичны временным диаграммам на Фиг,3).Нелинейный интегратор содерхит линейный интегратор 1, блок 2 переключения, блок 3 выделения модуля,55 бО входным сигналом и первой гармоникойвыходного сигнала нелинейного интегратора равен 0 , что не позволяетиспользовать устройство в тех системах автоматического управления, гденеобходим положительный Фазовый 5сдвиг.Цель изобретения - повышение помехозащищенности и точности регулирования.Указанная цель достигается тем, 10что в нелинейный интегратор, содержащий линейный интегратор, вход которого является входом нелинейногоинтегратора, и блок переключения,выход которого является выходом нелинейного интегратора, введены формирователь импульсов, два элементаИ, два разделительных диода, четыре токозадающих резистора, двазарядно-разрядных. конденсатора,два эдемента НЕ, Бй-триггер, генератор высокочастотных периодическихколебаний, суммирующий элемент иблок выделения модуля, вход которогоподключен к выходу линейного интегратора, а выход соединен с сигнальным входом блока переключения,управляющий вход которого связан свыходом Яй-триггера, входы суммирую. -щего элемента соединены соответственно со входом нелинейного интегратора и выходом генератора высокочастотных периодических колебаний, выход суммирующего элемента подключенко входу Формирователя импульсов,прямой и инверсный выходы которогосоединены с первыми входами соответственно первого и второго элементовИ, выход каждого из которых черезпоследовательно соединенные разделительный диод и два токозадающих резистора подключен к соответствующемуэлементу НЕ, выход первого элементаНЕ соединен со вторым входом второго элемента И и Б-входом Бк-триггера, а выход второго элемента НЕ 45подключен ко второму входу первогоэлемента И и й-входу БР.-триггера,общий вывод каждой пары токозадающих резисторов через соответствующийзарядно-разрядный конденсатор соеди Онен с шиной нулевого потенциала,формирователь 4 импульсов, Яй-триг-.гер 5, первый б и второй 7 логические блоки, каждый из которых состоит из элемента И 8, разделительногодиода 9, первого 10 и второго 11 токозадающих резисторов, зарядно-разгрузочного конденсатора 12 и элемента НЕ 13, генератор 14 высокочастотных периодических колебаний и суммирующий элемент 15,Кроме того, на фиг, 2 и 3 приняты следующие обозначения; Ц - напряжение на входе Формирователя 4 импульсов, У и У - напряжения на неинвертирующем и инвертирующем выходах Формирователя 4 импульсов соответственно, О,Г - напряжение на конденсаторе 12, Ц - напряжение на выходе нетактируемого ЯК-триггера 5;УГ - напряжение на. выходе линейного1ийтегратора 1,Ц 6- напряжение навыходе блока 3 выделения модуля,У - напряжение ча выходе блока 2переключения,При подаче на вход устройства гармонического сигнала он интегрируется линейным интегратором 1 и через блок 3 выделения модуля поступает на первый вход блока 2 переключения, Одновременно входной сигнал поступает на вход формирователя 4 импульсов, при этом на неинвертирующем выходе формирователя 4 импульсов импульсы Формируются в момент изменения полярности входного сигнала с отрицательной на положительную, а на инвертирующем - с положительной на отрицательную, Неинвертирующий выход Формирователя 4 импульсов подключен к первому входу логического блока б, а ийвертирующий - к первому входу логического блока 7, выход пеового логического блока б подключен ко второму входу второго логического блока 7, а выход второго логического блока 7 - ко второму входу первого логического блока б, Выходные сигналы логических блоков б и 7 управляют работой нетактируемого Бй-триггера, выход которого подключен ко второму входу блока 2 переключения. Работа блока 2 описываетая уравнениемГБпри Ц = "1"Ц при Ц- = "0"В момент времени 1 (фиг.2) фоомируется импульс на неинвертирующем выходе формирователя 4 импульсов, а сигналы на вторых входах логических блоков б и 7 соответствуют логической единице, при этом сигналом положительной полярности с выхода элемента И 8 заряжается конденсатор 12 через диод 9 и резистор 10, Разряд конденсатора 12 происходит через резистор 11 на вход элемента НЕ 13,причем постоянная времени зарядаконденсатора 12 значительно меньшепостоянной времени разряда конденсатора 12, Выходной сигнал элементаНЕ 13, соответствующий логическомунулю, устанавливает триггер 5 в состояние, при котором выходной сигналтриггера 5 соответствует логической. единице, при этом напряжение на выходе нелинейного интегратора равноЦ (Фиг,2, интервал времени й., -й).В момент времени(Фиг.2) фор мируется импульс на инвертирующемвыходе формирователя 4 импульсов, ина входе логического блока 7 поаналогии с логическим блоком б)формируется импульс, который изменяет состояние триггера 5 на противоположное, т.е. выходной сигнал триггера 5 соответствует логическомунулю, нри этом напряжение на выходенелинейного интегратора - Б(фиг.2, интервал времени С -й).С момента времени С 3 фиг.2) работа устройства повторяется,При подаче на вход устройствагармонического сигнала с высокочастотной помехой (фиг,З) в момент времени й формируется импульс на неинвертирующем выходе формирователя4.импульсов, а сигналы на вторыхвходах логических блоков б и 7 соответствуют логической единице,при этом сигналом положительнойполярности с выхода элемента И 8 эаряжается конденсатор 12 через диод9 и резистор 10. Разряд конденсатора 12 происходит через резистор 11на вход элемента НЕ 13, причем постоянная времени заряда конденсатора12 значительно меньше постояннойвремени разряда конденсатора 12, Выходной сигнал элемента НЕ 13, соот-.ветствующий логическому нулю, блокирует работу второго логического блока 7 и устанавливает триггер 5 всостояние, при котором выходной сигнал триггера 5 соответствует логической единице, В момент времени й.формируется импульс на инвертирующемвыходе формирователя 4 импульсов,но сигнал на выходе логического блока.7 не меняет своего значения,. поскольку на втором входе логическогоблока 7 присутствует сигнал, соответствующий логическому нулю, исостояние триггера 5 не меняется.Следующее изменение полярности сиг-,нала, поступающего на вход нелинейного интегратора фиг,З, моментвремени 13), Формирует импульс йанеинвертирующем выходе формирова"теля 4 импульсов, при этом сигналомположительной полярности с вььсодаэлемента И 8 через диод 9 и резистор 10 подзаряжается конденсатор 12.Такой подзаряд и разряд кондеисато-. ра 12 происходит до тех пор, покаизменяется полярность входного сигнала из-за наличия помехи, т,е, до момента времени 14 . Таким образом,напряжение на выходе нелинейногоинтегратора в интервале времений -с равно 1 Уфиг,3),В момент времени 1 формируетсяимпульс на инвертирующем выходе формирователя 4 импульсов, а сигналы10 на вторых входах логических блоковб и 7 соответствуют логической едини-це, при этом работа логического блока 7 аналогична работе логическогоблока б, описанной выше, а напряже 15 ние на выходе нелинейного интегратора в интервале времени й .-й равно -У 6(Фиг. 3) .Таким образом, наличие высокочастотной помехи во входном гармоничес 2 О ком сигнале не приводит к ложнымсрабатываниям блока переключения,нри этом первая гармоника выходногосигнала устройства имеет положительный Фазовый сдвиг по отношению к вы 5 ходномусигналу,Кроме того для регулирования фазочастотной характеристики нелинейный интегратор содержит генератор 14высокочастотных периодических колебаний и суммирующий элемент 15, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, первый вход -ко входу устройства, а второй входк выходу генератора 14:высокочастотных периодических колебаний.При этом устройство работает следующим образом,Гармонический сигнал, поступающий на вход устройства, интегриру 40 ется линейным интегратором 1 и через блок 3 выделения модуля подается на первый вход блока 2 переключения, Одновременно входной сигналйоступает на первый вход суммирующего элемента 15, на второй входсуммирующего элемента 15 подаетсявыходной сигнал генератора 14 высокочастотных периодических колебаний,Выходной сигнал суммирующего элемента 15. поступает на вход Формирователя импульсов.При этом нелинейныйинтегратор работает таким же образом,как и в случае подачи на вход устройства гармонического сигнала с высокочастотной помехой, а работа устройства характеризуется временнымидиаграммами, приведенными на фиг. 3,Желаемую Фазочастотную характеристику нелинейного интегратора можнополучить, изменяя амплитуду выходно го сигнала генератора 14 высокочастотных периодических колебаний, аточность регулирования Фазочастотной характеристики определяется частотой выходного сигнала. генератора 14, которая должна быть не менеечем на 1-2 порядка выше частоты входного сигнала устройства, при этом фазовый сдвиг между первой гармоникой выходного сигнала и входным сигналом можно регулировать с высокой точностью в пределах О в . =90формула изобретенияНелинейный интегратор, содержащий .линейный интегратОр, вход кото рого является входом нелинейного интегратора, й блок переключения, выход которого является выходом нелинейного интегратора, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности и точности, в него введены формирователь импульов, два элемента И, два разделительных диода, четыре токозадающих резистора, два зарядно-разрядных конденсатора, два элемента НЕ, Бй-триггер, генератор высокочастотных периодических колебаний, суммирующий элемент и блок выделения модуля,вход Которого подключен к выходу линейного интегратора, а выход со- . единен с сигнальным входом блока переключения, управляющий вход которого связан с выходом Бй-триггера, входы суммирующего элемента соединены соответственно со входом нелинейного интегратора и выходом генератора. высокочастотных периодическихколебаний, выход. суммирующего эле-.мента. подключен ко входу формирователя импульсов, прямой и инверсныйвыходы которого соединены с первымивходами соответственно первого и второго элементов И, выход каждого изкоторых через последовательно соединенные разделительный диод и два 10 токозадающих резистора подключен ксоответствующему элементу НЕ, выходпервого элемента НЕ соединен со вторым входом второго элемента И иЯ-входом Ьй-триггера, а выход вто рого элемента НЕ подключен ко второму входу первого элемента И и К-входу Вй-триггера, общий вывод каждойпары токозадающих резисторов черезсоответствующий зарядно-разрядный 20 конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала. Источники информации,приьятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9627487, кл, С Об 6 7/18, 19782 Тэлер Дж. и Пестель М, Анализи расчет нелинейных систем автоматического управлзния, М,-Л., "Энергия"1964 с. 379, рис, 8-2 О,3. Авторское свидетельство СССР9244725, кл, С Об С 7/18, 1969.Государст делам иэобр Москва, Ж