Устройство для сравнения фазового сдвига прямоугольных периодических сигналов

. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЭдвтодскому ддидпдп(56) 1, Авторское свидетельство СССР йф 464865, кл, 6 01 В 2 У 06, 1973;2. Авторское свидетельство СССР Ю 658 ИЭ. л. Е 01 В 25 Г 06, Ю 6.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ФДЗОВаГО СДВИГА ПРЯИООЛЬНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее два форсирователя с подключенным к ихвыходам элементов 2 И, интегратор, два ключа, подключенные управляющими входами к выходам триггера коммутации ключейдифференцирующие це"пи и два счетчика расширения Фазы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения Функциональных возможностей за счет увеличения информативности, введены два дополнительных элемента 2 И, два компаратора, генератор заполняющих импуль" сов, делитель, два дополнительныхсчетчика, элемент 2 ИЛИ, селектор,второй интегратор и 1 К-триггер, при этом вход первого Формирователяподключен к первым входам второго и третьего элементов 2 И, а вход второго формирователя -. к второму входу второго элемента 2 И непосредственно, а к второму входу третьегоэлемента 2 И через инвертор, приэтом. второй элемент 2 И подключенк первому входу триггера коммутацииключей непосредственно и через пер- :вый интегратор - к первым входамдвух компараторов, вторые входы которых через второй интегратор подключены к выходу третьего элемента2 И, а. их выходы:- к информационным.входам 1 К-триггера, счетным входомобъединенным с. выходом, первого элемента 2 И, с входом селектора и сосчетными входами двух счетчиковрасширения фазы, информационные входы которых подключены к выходам 1 К- Е.триггера, а В-входы -.к выходу элемента 2 ИЛИ, к"второму входу триггера коммутации ключей и вторым к-вхрдам двух дополнительных счетчиков, первыми к"входами объединенных с выходем делителя, входом подключенного к выходу генератора заполняющих импульсов, подкаоченного через ключи к счетным входам дополнительных счетчиков, при этом й- и 5-входами 1 К-триггер подключен к входам элемента 2 ИЛИ, подключенного к выходамектора, входами подключенного .ез дифференцирующие. цепи к выхо-соответствующих компараторов,1019363 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в следящих системах позиционирования быстротекущих (электронных) процессов при расширенных фазовых сдвигах в качестве цифрового. компенсатора ошибки отработки задания и индикатора выбега из допусковой области фазовых сдвигов,Известно устройство сравненияфазового сдвига прямоугольных периодических сигналов, содержащее фазовый дискриминатор, состоящий из триггера и двух формирователей, выходамисоединенных с соответстЬующими входами триггера, а также интегратор,сумматор, один из входов которого соединен с выходом интегратора, а вто"рой вход присоединен к выходу циф"ро-аналогового преобразователя, входами подключенного к цифровым шинамреверсивного счетчика, входом подключенного к анализатору переворо"та фазы 1 ,Недостатком устройства являетсянизкое быстродействие ввиду тога,что анализатор переворота Фазы срабатывает при прохождении. сразу двухимпульсов, которые становятся неразличными при быстротекущем процессе,Наиболее близким к изобретениюявляется устройство сравнения фазового сдвига прямоугольных периоди"ческих сигналов, содержащее Фазовыйдискриминатор, состоящий из триггераи двух формирователей, выходами соединенных с соответствующими входами триггера, а также интегратор исумматор, один из входов которогосоединен с выходом интегратора,элемент И, два ключа, триггер коммутации ключей, два нагрузочных резистора, две дифференцирующие цепоч.ки. элемент задержки, два триггера.расширения диапазона измерения идва индикатора переворота Фазы2.Недостатком известного устройства является недостаточная информативность, которая выражается в там,чтоустройство не может быть исполь"зовано для рдботы в системах пози"ционирования при расширенных Фазовыхсдвигах.Целью изобретения является расширение функциональных возможностейустройства за счет увеличения информативности,2Указанная цель достигается тем,что в устройство для сравнения фазового сдвига прямоугольных периодических сигналов, содержащее два фор мирователя с подключенным к их выходам элементом 2 И интегратор, дваключа, подключенные управляющими входами к выходам триггера коммутацииключей, дифференцирующие цепи и два 10 счетчика расширения фазы, введеныдва дополнительных элемента 2 И, двакомпаратора, генератор заполняющихимпульсов, делитель, два дополнительных счетчика, элемент 2 ИЛИ, се лектор, второй интегратор и К"триггер, при этом вход первого Формирователя подключен к первым входамвторого и третьего элементов 2 И, авход второго формирователя - к вто-, 20 рому входу второго элемента 2 И непосредственно, а к второму входу третьего элемента 2 И через инвертор,при этом второй элемент 2 И подключенк первому входу триггера коммутации 25 ключей непосредственно и через первый интегратор - к первым входамдвух компараторов, вторые входы которых через второй интегратор подключены к выходу третьего элемента 30 2 И, д их выходы - к инфармдционнымвходам К"триггера счетным входомобъединенным с выходом первого элемента 2 И, с входом селектора и сосчетными входами двух счетчиков расширения фазы информдцианные Входыкоторых подключены к выходам 1 К-триг.гера, а Й-входы - к выходу элемента2 ИЛИ, к второму входу триггера коммутации ключей и вторым В-входамдвух дополнительных счетчиков, первыми К-входами объединенных с выходом делителя, входом подключенногок выходу генератора заполняющих импульсов, подключенного через ключи 45 к счетным Входдм даполнитбльныхсчетчиков, при этом В- и 5-входамиК-триггер подключен к входам элемента 2 ИЛИ, подключенного к выходамселектора, входами подключенного 50через дифференцирующие цепи к выхо-дам соответствующих компараторов,На Фиг, 1 дана функциональнаясхема устройства для сравнения фазового сдвига прямоугольных перио дических сигналов; на фиг, 2 диаграммы и эпюры напряжений, поясняющие работу предлагаемого уст-ройства,10193634 3Устройство содержит формирователи 1 и 2, три элемента 2 И 3-5,инвертор 6, два интегратора 7 и 8,два ключа 9 и 10, триггер 11 коммутации ключей, дифференцирующиецепи 12- 1 и 12-2, два счетчика 135и 14 расширения фазы, К-триггер15, два компаратора 16 и 17, генератор 18 заполняющих импульсов, делитель 19, счетчики 20 и 21, элемент 2 ИЛИ 22 и селектор 23,Обозначения на фиг, 2:и Чос - меандры опорного сиг"нала и сигнала обратной связи;И 2 - диаграмма выхода второгоэлемента 2 И;5Инт - эпюра выхода первого интегратора;8 оо.инь" диаграмма выхода инвертора;И - диаграмма выхода третьегоэлемента 2 И;Инт " эпюра выхода второго ин"тегратора;Квх ЭпюрЫ ВХОДНЫХ НдпряжеНийна входах первого и второго компараторов;И . - Диаграмма выхода первого.,элемента 2 И;К .1Вье диаграммы выходов аервого2 вы30и второго. компараторов;Тр- диаграмма прямого выхо 1 прда триггера коммутации ключей;Тр 1 инв - диаграмма .инверсноговыхода триггера коммутации ключей;Тр 2 пр - диаграмма прямого выхода К-триггера;Тр 2 инв - диаграмма инверсноговыхода К-триггера,Устройство работает следующим об" 40разом. 20 25 Формирователи 1 и 2 обеспечивают дифференцирование опорного сигнала У,пи сигнала обратной связи Ч; (Фиг,1 и 2, диагр, Чп и о ) по фрЕнтам 45 прямоугольных периодических сигналов (меандров), Формирователи выполнены на базе операционных усилителей и вырабатывают импульсы срав. Нительно большой длительности. 50 диться только в состоянии "1" по 55 .прямому выходу (фиг.2, диагр, Тр 2 пр)Первый элемент 2 И 3 вырабатывает строб-импульсы в моменты совпадении продиффереуцированных фронтов сигналов (фиг 2, диагр, И) при относительном движении меайдров что происходит при возникновении Фазовых рассогласований, . Второй и третий элементы 2 И 4 и 5 с инвертором 6 по достигаемому- результату сходны с фазовым дискриминатором на базе Р-триггера с Форми. рователями, подключенными к входам этого триггера, и обеспечивают формирование сигналов, какие формируются на прямом и инверсном выходах Ю-триггера (фиг, 2, диагр, И и И).Элемент 2 И 4 выделяет,меандр совпадения между сигналами Ч и Ро (Фиг. 2, диагр. И ), а элемент 2 И 5- между сигналом Ч,и и инвертированным сигналом обратной связиг(фиг.2,ос иньасаф р ИЗ)Интеграторы 7 и 8 преобразуют им" пульсный сигнал, вырабатываемый элементами 2 И 4 и 5, в постоянные уровни напряжений (для Фазового сдвига (+а Ч) между сигналами У иОп атос, Чоп и соответственно Ц, и 02 (Фиг, 2 диагр, И 2 и И ), Эпюры изменений этих уровней И. и И даны на диаграммах Инт 1 и Ийт 2 (Фиг.2). Объединенная эпюра напряжений дана на диаграмме К 1 (фиг, 2), причемДухнапряжения воздействуют на сравнивающие входы компараторов 16 и 17, В соответствии с воздействием указанных уровней напряжения на срав" нивающие входы компараторов 16, и 17 происходит их переключение в со" ответствуюцее состояние (фиг, 2, Дидгр К 1 В х Ьвь ). Этим пОДГОтавливается срабатывание К-триггера 15, когда на еоо счетный вход поступит строб-импульс (фиг. 2, диагр. Тр 2 пр и Тр 2 инв ), Если на 1-входе триггера 15 потенциал "1", то с приходом строб-импульса на счетный вход он переключается в состояниеа если на К-входе потенциал "1" - то в состояние "0 Н Согласно диаграмме состояний компараторов,16 и 17 (фиг2 д"агр Кеьх 2 ььи компаратор 17 обеспечивает готенци-, ал "1" при положительном рассогласовании (+д 9) с момента синфазного состояния "0" и при переходах (+2), (+4), Таким образом, К-триггер 15 при рассогласованиях (+ьЧ) и при коммутации его счетного входа строб- импульсами совпадений может нахо:Компаратор 16 обеспечивает потенциал "1" при отрицательном рассогласовании ("М) с момента синфаз"0" на прямом выходе (фиг. 2, диагр.Трп,) и потенциал1" на инверсном(Фиг2, Тр 2 инв),Состояние 1 К-триггера 15 определяет возможность коммутации счетчиков 13 и 14 расширения Фазы, Еслина К-входах этих счетчиков 1 потенци"ал "0", то коммутация счетчика посчетному входу запрещена, а еслипотенциал1" " разрешена, Согласно(Фиг, 2, диагр. Тр 2 пр) при рассо"гласовании (+ 5 ч) имеет место разре"шение счета счетчиком 13 расширения фазы и запрет счета счетчиком 14,На этом счетчике 14 обеспечиваетсяразрешение только в области отрицательных фазовых рассогласований (-бЧ(фиг. 2, диагр, Тр 2 инв),Пусть счетчик 13 и 14 расширения фазы сброшены по к-входам отвнешнего органа управления (не показано), причем сброс осуществлен прималом рассогласовании (+д 9) (Фиг.2,диагр, К ) при напряжениях на сравнивающих входах компаратеров 16 и17 Оь 1) О 2. Система позиционирования, в составе которой содержитсяустройство сравнения Фазового сдвига, стремится отработать фазовоерассогласование (+сФ), В процессеотработки рассогласования уровниО и 02 на входах компараторов 16и 17 согласно эпюрам напряжений сравняются в состоянии синфаэности 0=0 , . а при "перебеге" в область, отрицательных рассогласований (-дМ)0(О , При этом переходе компара"торы 16 и 17 сработают; первь 1 й перейдет в плюс-состояние, а второйв минус"состояние (фиг. 2 диагрК 1 Ь,и К вь,.При этом обеспечивается соответствующее состояние 1 К-триг"гера 15 (фиг, 2, диагр. Тр 2 пр иТр 2 инв ),. и при помощи дифференцирующих цепей 12-1 и 12-2, селектора23 и элемента 2 И 22 Формируетсястроб;.импульс сброса, формированиеего происходит;,как при переходах синФазного состояния ."0" " начала отсчета со сдвигов (+дЧ) на сдвиги(-ЬМ) и наоборот (Фиг, 2, диагр. И)функциональное назначение селектора состоит в том, цтобы обеспечитьФормирование строб-импульса началаотсчета - синфазного состояния и55 вым величинам счетчиков 20 и 21, У=Ма, где К - коэффициент пропорциональности, то"привязку" кнулю (фиг. 2, диагр. Иинформации, накапливаемой в счетчиках, При помощи строб-импульса;3 ормицуемого селектором, осуществляется сброс соответствующего счетчика направления фазы, если после расширения Фазового рассогласования осуществляется отработка к началу отсчета,Вырабатываемый в синфазном состоянии строб-импульс обнуляет счетчики 13 и 1 М, причем в зависимостиот величины изменения фазового рассогласования и его знака цифровая.информация накапливается на том илиином счетчике расширения фазы принулевом состоянии смежного счетчика,Триггер 11 коммутации ключей,ключи 9 и 10, генератор 18 заполняющих импульсов, делитель 19 и счетчики 20 и 21 .обеспечивают комплексную цифровую кодовую информацию овеличине Фазового рассогласования ио скорости его изменения между сиг"налами опорным Чп и обратной свя"зи Рос, При этом каждый из счетчи ков заполняется импульсами в соответствии со знаком Фазового рас"согласования, в то время как смежный счетчик находится в состоянииобнуления,30Пусть фазовое рассогласование(-дЧ) (фиг, 2, диагр. Тр 1 пр)такое, при котором триггер 11 коммутации ключей передним Фронтом импульса второго элемента 2 И 4 (фиг,2,З 5 диагр. И 2) переброшен в .состояние"1" на прямом выходе, .Ключ 9 (фиг,1)переходит в проводящее состояние иобеспечивает заполнение счетчика 20импульсами генератора 18 заполня"40 ющих импульсов до некоторой цифро-,вой величины апри. условии медленной отработки (-д 6 рассогласования до синфазного состояния "0"(Фиг, 2 диагр, Тр 1 пр) . Если рас 45 согласование больше (-Ю) ) (-И2и отработка производится с той жескоростью, то и цифровая величинав счетчике 20 больше: а у а. Прибыстрой отработке для (-;М 1)цифро 50 вая величина а меньше (а ( а ) .Следовательно, если интенсивностьотработки У пропорциональна цифро1Интенсивность отработки И при быстром изменении рассогласования, и малом рассогласовании наименьшая, При большом рассогласовании иытенсив ность наибольшая.Это эквивалентно действию "гибкой" обратной связи или демпферу, успокаивающему систему позиционирования и обеспечивающему минималь" ный "перебег" и колебательность.Делитель 19 обеспечивает тактовый сброс счетчиков 20 и 21 по к -вяду.1 (по й-входу производится сброс в синфазном состоянии), . При плюсовых Фазовых сдвигах (+4 Ч состояние "1" триггера 11 на его инверсном выходе (Фиг, 2, диагр. Тр 1 инв) обеспецивается за счет последовательности имяульсов: строб-импульса синфазного состояния (Фиг. 2, диагр. И.) и переднего фронта импуль" са с выхода элемента 2 И 4 (Фиг, 2, диагр, И). Заполнение счетцика 21 обеспечивается открыванием ключа 16,Под .действием возмущающих Факторов разной интенсивности возникают как малые фазовые рассогласования, что в пределах диапазона (-2) 6193 б 3 816(+2) отобрваается цифровой инФормацией счетчиков 20 и 23, .а также счетчнкев 13 и 14, так и большие,фиксируемые щаговыми знвчвнияии фазы счетчиков 13 и 14 расширения фазы.8 зависимости от устввки коэффициента деления делителю 19 изменяется соотношение между пропорцио"нальной составляющей фазового рас 10 согласования и между ее щжиэводНойскоростью ивмвнения этого рассогласования, что изменяет цифровую ин. Формацию доясеиительных счетчиков20 и 21, и юрректируется замом уп 1 равления. Существенным отличием предлагаемого устройства ло сравнение с из-: вестными устройствами сраенейия. фа" зового сделанв является уввли ценная информативность. Это явавопяет ис- пользовать предлагаемое устройство в системах првцвнэионного позиционирования при расширенных фазовых 25рассогласованиях и при цифровой информации Об этих рассОглвсоввниях и дает возможность гибко Формировать необходииюй закон управления.