Следящий аналого-цифровой преобразователь

(19) (11)03 М 1/48 С)БР ЙИЯ К АВТОРСКОМУ СВ ВУ водственнотоматизиро Фровые,преадио 1980,РОВОЙ системам авожет быть иса и оператора Цель изобреримененйя за ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Харьковское научно-произобъединение по системам аванного управления(57) Изобретение относится ктоматического управления и мпол ьзовано для связи регуляторс исполнительным механизмом.тения - расширение области и Изобретение относится к системам автоматического управления и может бытьиспользовано для связи регулятора и оператора с исполнительным м)зханизмом,Известны устройства регулирований, вкоторых аналого-цифровое преобразование используется (в зависимости от режима управления) для воспроизведенияаналогового сигнала, его хранения йлиручного изменения с обеспечиваем безударности при переключении режимовуп-равления,Известны аналого-циФровые преобразователи (АЦП) следящего типа, которые .могут быть использованы в системах управления,счет возможности Функционирования в системах управления, чувствительных к авто- колебательным режимам, Для этого в.устройство, содержащее реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь.первый компаратор, введенЫ ключ, триггер, блок формирования знака переключения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два компаратора, элемент ИЛИ-НЕ, элемент задержки, блок элементов ИЛИ., Введение указанных элементов йозволяет обеспечить устойчивую работу устройства при любом уровне сигнала помехи как на веохней, так и на нижней границе диапазона входного сигнала, расширить область применения за счет наличия регулируемь 1 х ограничителей 2 " уровня выходногосигйала, повысить быстродействие устройства при снятии с уровней ограничения, 3 з,п. Ф-лы, 8 ил,Недостатком указанных устройств является отсутствие в них регулируемых ограничителей уровня выходного сигнала, необходимость в которых возникает при сопряжении устройств управления с регулируемыми объектами и вызывается особенностями объектов или их регулирующих органов,Наиболее близким по технической сущ - ности к заявляемомуявляется следяший АЦП, содержащий генератор импульсов, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, преобразующий состояние .счетчика в аналоговый сигнал, компаратор, на один вход которого подан входной аналоговый сигнал, а на другой - выходной сигнал цифроаналогового преобразователя, который является одновременно выходным сигналом устройства. Выходной сигнал компаратора через устройство управления поступает на вход "Направление счета" реверсивного счетчика,Описанный АЦП не имеет ограничителей верхнего и нижнего уровней выходного сигнала. Кроме того, при использовании такого АЦП в системах управления проявляется следующий недостаток: если на вход АЦП, подан сигнал, которому соответствует состояние реверсивного) счетчика, близкое к переполнению(сигнал, близкий к нулю или к максимальному), даже при незначитель ном сигнале помехи на входе АЦП происходит переполнение счетчика, чемусоответствует автоколебательный режим,недопустимый в системах управления,Цель изобретения - расширение области применения за счет возмокности функционирования в системах управления, чувствительных к автоколебательным режимам,На фиг, 1 представлена структурная схема следящего АЦП; на фиг, 2 - функциональная схема блока управления; на фиг, 3 - функциональная схема блока формирования признака переключения; на фиг. 4 -функциональная схема блока элементовИЛИ; на фиг. 5 - функциональная схема генератора импульсов; на фиг, 6 - функциональная схема реверсивного счетчика; на фиг,7 - функциональная схема ЦАП; на фиг.8 - функциональная схема второго и третьего компараторов и элемента ИЛИ-НЕ.Следящий АЦП (фиг.1) содерйит генератор 1 импульсов, ключ 2, реверсияныйсчетчик 3, ЦАП 4, первый 5, второй 6 и 25 третий 7 компараторы, блок 8 управления, 40блок 9 формирования признака переключения, триггер 10, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 11; элемент ИЛИ-НЕ 12, элемент 13задержки, блок элементов ИЛИ 14,На фиг. 1 обозначено; 15 и 16 - информационный и управляющий входы ключа 2 соответственно; 17- счетныЙ вход;18 - вход направления счета реверсивного счетчика 3; 19 - выход переполнения реверсивного счетчика 3; 20- цифровые выходы реверсивного счетчика 3, 4 которые являются 1 выходной шиной устройства; 21 - аналоговый выход ЦАП 4,. которыЙ является 41 выходной шиной устройства; 22 - входная информационная шина, которая соединена с вторым входом первого компаратора 5, 23 и 24 - первый и второй входыблока 8 управления соответственно; 25- 27 входы управления устройства, которые сое динены с четвертым, пятым и шестым входами блока 8 управления соответственно;28 - второй выход блока 8 управления;29 и 30 - входы установки в единицу и в ноль триггера 10 соответственно; 31 - выход триггера.10; 32 - первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; 33 и 34 - шины управления верхним и нижним уровнями ограничения выходного сигнала соответственно, которые соединены с вторым входом второго компаратора 6 и с первым входом третьего компаратора 7 соответственно; 35- 37 - первый, второй входы и выход элемента ИЛИ-НЕ 12 соответственно; 38 - выход элемента 13 задеожки.Блок 8 управления (фиг,2) содержит триггер 39, два элемента И-НЕ 40 и 41, инвертор 42, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 43, пять токоограничивающих элементов, выполненных на резисторах 44-48, дифференцирующий элемент 49 и ключ 50,На фиг, 2 обозначено: 51,52 - шины источника питающего напряжения, 53, 54 - шины соответствующего потенциала.Блок 9 формирования признака перелючения (фиг.З) содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 55, инвертор 56, времязадающий элемент 57, Блок элемен-. тов ИЛИ 14 (фиг,4) содержит два инвертора 58, 59 и два элемента ИЛИ 60, 61,Генеоатор 1 импульсов (фиг,5) содержит операционный усилитель 61 с обвязкой, два диода 62, 63 и резистор 64. Диоды и резистор используются в качестве согласователей уровня сигнала.Реверсивный счетчик 3 (фиг.6) выполнен на трех микросхемах 65-67ЦАП 4 (фиг,7) содержит преобразователь 68 код-ток и три операционных усилителя 69-71,Второй компаратор 6 (фиг,8), определяющий состояние достижения верхнего уровня ограничения, и третий компаратор 7, определяющий состояние достижения нижнего уровня ограничения, выполнены на операционных усилителях 72 и 73, элемент ИЛИ-НЕ 12 содержит диоды 74 и 75 и инвертор 76 Преобразователь работает в рекимах слежения, хранения информации или ручного управления в зависимости от сигналов, поступающих на входы 25-27 управления устройства. Режим слежения соответствует автоматическому (А) режиму работы устройства, устанавливаемому сигналом режима "Автоматический - ручной" (А-Р) на входе 27, При этом состояние логической "1" соответствует автоматическому режиму. Логика сигналов здесь и в остальных блоках следящего АЦП положительная.В этом режиме на счетный вход 17 реверсивного счетчика 3 с выхода ключа 2 (выполненного на 0-триггере) поступают счетные импульсы, которые формируются генератором 1 импульсов, На вход 18 ".На правление счета" реверсивного счетчика 3 поступает сигнал с первого выхода блока 8 управления, который в зависимости от выходного сигнала первого компэраторэ 5 обеспечивает режим суммирования или вы читаььия реверсивного счетчика 3.Состояние реверсивного счетчика 3, подключенного к цифровым входам ЦАП 4, преобразуется последним на выходной ши не 21 в выходной аналоговый сигнал Овых 2 Этот же сигнал поступает на первый вход первого компаратора 5 и сравнивается с поступающим на второй вход 22 компаратора 5 входным информационным сигналом 20 Овх, В описанном А-режиме устройство осуществляет слежение выходного сигнала Овых за входным Овх, поддерживая равенство25Овых = ОвхПри изменении логического состояниясигнала на входе 27 устройства на третьемвыходе 16 блока 8 управления формируется 30сигнал логической "1", который поступаетна управляьощий вход ключа 2, запрещаяпрохождение импульсов на счетный вход 17реверсивного счетчика 3, При этом на выходе ЦАП 4 устанавливается сигнал Овыхо, соответствующий состоянию реверсивногосчетчика 3 в момент изменения сигнала А-Р.Сигнал Овых = Овыхо сохоаняется неизменным независимо от значения сигнала Овх,Описанный режим хранения соответствует ручному режиму в отсутствие сигналовручного управления "Больше" или "Меньше" по входам 26 и 25 управления устрой,ства,При действии сигнала "Больше" (" Меньше") на входе 26 (25) блок 8 управленияформирует на третьем выходе 16, соединенном с управляющим входом ключа 2, сигналлогического "0", а на входе "Направлениесчета" реверсивного счетчика 3 - сигнал, 50соответствующий режиму суммирования(вычитания). При этом выходной сигнал Овыхувеличивается (уменьшается) со скоростью,определяемой частотой импульсов генератора 1 импульсов, 55Описанная работа устройства обеспечивается в диапазоне входного сигналаОвуОвхОну,. где Ову - напряжение верхнего уровня ограничения на входе 33 второго компаратора 6;Ову - напряжение нижнего уровня ограничения ца входе 34 третьего компаратора 7.За счет наличия регулируемых верхнегои нижнего уровней ограничения выходногосигнала расширена область примененияследящего АЦПЕсли для входного сигнала выполняетсодно из условийОвхОву,ОвхОну,на выходе .35 второго компаратора 6 иливыходе 36 третьего компарато ра 7 и оя вляется слгнал логической "1", соответственнона выходе 37 элемента ИЛИ-НЕ 12 - сигнал логического "0". Сигнал логического"0" с второго выхода 32 блока элементовИЛИ 14 подается на первый вход элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11. Поскольку сигнал с выхода элемента ИЛИ-НЕ 12 подается нэ первый вход 38 блока элементовИЛИ 14 через элемент 13 задержки, формируьощий интервал времени задержки 1 з,сигнал с первого выхода 30 блока элементов ИЛИ в течение интервала сз сохраняетзначение логической "1" и, воздействуя навход 30 установки в "0" триггера 10, обеспечивает на втором входе 31 элемента ИСКЛ ЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 сохранениесигнала логического "0", Т,е. на время тз навыходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ11 формируется сигнал логического "О",поступающий на второй вход 24 блока 8управления. Этот сигнал также, как и сигналР-режима, по входу 27 переводит устройство в режим хранения.Аналогично устанавливается режимхранения при переполнении реверсивногосчетчика 3. При этом сигнал с выхода 19переполнения реверсивного счетчика 3 изменяет состояние логической "1" на логический "0" и, воздействуя на третий вход 19блока элементов ИЛИ 14, формирует на втором входе 24 блока 8 управления сигнал,обеспечивающий переход в режим хранения,Рассмотрим работу устройства приснятил с уровней ограничения (снятии супоров), например, для случая, когд устройство находилось на верхнем упоре, чемусоответствуют соотношенияО,= Ову О, О При уменьшении входного сигнала Овх на входной информационной шине 22 первого компэратора 5 при условии выполнеОв О ОвхОву Овык = Овх при Овых = Ову при Овых -- Ову при Овх Ову Формула изобретения 25 1, Следящий аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор импульсов, последовательно соединенные реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь и первый компаратор, вто рой вход которого является входной информационной шиной, а выход соединен с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с входом "Направление счета" реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности функционирования в системах управления, чувствительных к автоколебательным режимам, в преобразователь введены ключ, триг герблок формирования признака переключения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй и третий компараторы,.элемент ИЛИ-НЕ, элемент задержки и блок элементов ИЛИ, первый вход которого 45 соединен с выходом элемента задержки, второй вход обьединен с входом элемента задержки л подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, третий вход соединен с выходом переполнения реверсивного счетчика, а 50 первый и второй выходы соединены соответственно с входом установки в "0" триггера и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера, 55 вйход - с вторым входом блошка управления, третий вход которого объединен с информационным входом ключа и соединен с выходом генератора импульсов, входы с четвертого по шестой блока управления явния неравенства ОвхОву, выходной сигнал первого компаратора 5, действующий на ервом входе 23 блока 8 управления, вызы- вает изменение состояния первого 18 и второго 28 выходов блока 8 управления, 5 воздействуя на блок 9 формирования признака переключения. Последний формирует короткий импульс, который подается на вход 29 установки в "1" триггера 10, в результате чего на выходе триггера 10 и на 10 выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 устанавливается сигнал логической "1", Последний переводит устройство в режим слежения, Аналогично происходит снятие с нижнего упора. 15Таким образом, для устройства справедливы выражения ляются соответствующими входами управления преобразователя, а второй и третий выходы соединены соответственно с первым входом блока формирования признака переключения и управляющим входом ключа, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, первый выход блока управления соединен с вторым входом блока формирования признака переключения, выход которого соединен с входом установки в "1" триггера, первый и второй входы элемента ИЛИ-НЕ соединены соответственно с выходами второго и третьего компараторов, неинвертирующий вход второго и .инвертирующий вход третьего компараторов объединены и подключены к выходу цифроа налогового преобразователя, а инвертируощий вход второго компаратора и неинвертирующий вход третьего компаратора являются шинами управления уровнями ограничения выходного сигнала, выходы реверсивного счетчика являются первой выходной шиной, а выход цифроаналогового преобразователя является второй выходной шиной,2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок управления выполнен на триггере, двух элементах И-НЕ, инверторе, элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, пяти токосграничивающих элементах, выполненных на резисторах, дифференцирующем элементе и ключе, выход которого является третьим выходом блока управления, информационный вход ключа соединен с выходом первого элемента И-НЕ, а управляющий вход через диффеоенцирующий элемент соединен с источником питающего напряженля, первый вход первого элемента И-НЕ соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а второй вход является вторым входом блока управления, первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом второго элемента И-НЕ и через резисторы с шиной соответствующего потенциала источника питания, с Я-входом и с В-входом триггера, второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является шиной соответствующего потенциала и через резистор соединен с источником питающего напряжения, 5- вход триггера является пятым входом блока управления, В-вход - четвертым входом, О- вход первым входом, а С-вход соединен с выходом инвертора, вход которого является третьим входом блока управленля, прямой и инверсный выходы триггера являются соответственно первым и вторым выходами блока управления, первый вход второго элемента И-НЕ является шестым входом блока управления и через резистор соединен с источником пиающего напряжения, а второй вход является шиной соответствующегопотенциала. 3, Преобразователь по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок формирования признака переключения выполнен на элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверторе и время- задающем элементе, первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является вторым входом блока, а второй вход соединен с выходом времязадающего элемента, вход которого является первым входом блока, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с входом инвертора, выход которого является выходом блока;4, Преобразователь по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок элементов ИЛИ 5 выполнен на двух инверторах и двух элементах ИЛИ, первые входы которых объединены и являютсятретьим входом блока, вторым и первым входами которого являются вторые входы соответственно первого и 10 второго элементов ИЛИ, выходы которыхсоединены с входами соответствующих инверторов, выходы которых являются соответственно вторым и первым выходами блока,ЩО - гя Блок госмороЖо ил ризюджа лергклюкою1757101Составитель И, Романова дактор В, Данко Техред М,Моргентал Корректор Т. Вашк аказ 3099 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 1