Устройство для определения моментов экстремумов гармонических сигналов

(23) П риорктет Гесударстеевемй кемктет СССРОпубликовано 15.03.83 Бюллетень 10Дата опубликования описания 15,03,83 пе делан каееретевке и етлрнткк" "-й Тульский ордена Трудового Красного Знайеещ,политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТОВ ЭКСТРЕМУМОВ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 20 3Изобретение относится к измеритель. ной технике и может быть использовано в автоматических приборах для измерения параметров переменного напряжения.Известен датчик моментов экстрему.5 ма, содержащий амплитудно-частотный преобразователь, генератор эталонных импульсов, логические элементы ИЛИ и И, триггеры, реверсивный счетчик, элемент И10 зацержки и жцущий генератор 11 . Недостатками известного устройства являются ограниченный амплитудный и частотный диапазон, низкая помехоуотойчивость.Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для определения моментов экстремумов гармонических сигналов, содержащее формирователь, генератор эталонных. импульсов, логические элементы И, триггеры, реверсивный счетчик и ждущий генератор 2 . 2Недостатком данного устройства, является низкая точность моментов экстремумов гармонических сигналов приналичии низкочастотных помех или постоянной составляющей в исследуемомсигнале.Цель изобретения - повышение точности определения моментов экстремумовгармонических сигналов путем компенсации влияния. низкочастотных помехили постоянной составляющей в исследуемом сигнале,Поставленная цель достигается тем,что в устройство для определения мо ментов экстремумов гармонических ситналов, содержащее ждуший генератор,генератор эталонных импульсов, выходкоторого соединен с первыми входамипервого и второго элементов И, выходпервого элемента И подключен к счетному входу первого триггера, выход которого соединен с суммирующим входомреверсивного счетчика, вычитающий входкоторого подключен к выходу второго99 4мента И, выход которого соединен с вычитаюшим входом реверсивного счетчика, выход четвертого элемента И с задержкой соединен с единичным входом третьего триггера, прямой выход которого является третьим выхоцом блока, кроме того формирователь уравновешивающего напряжения содержит сумматор-вычита тель, накапливающий регистр, цифроаналоговый преобразователь и элемент задержки, причем первый синхронизирующий вход сумматора-вычитателя соединен с выходом .компаратора и через элемент задержки с первым синхронизирующим входом накапливающего регистра, выходкоторого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к первому входу компаратора, а второй, третий и четвертый входы, сумматора-вычитателя соединены соответственно с выходом реверсивного счетчика устройства, первым и вторым выходом блока определения ошибок и выходом накапливающего регистра, второй вход которого подключен к выходу сумматора-вычитателя.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения моментов экстремумов гармонических сигналов; на фиг. 2 и фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг, 4 - функциональная схема блока определения ошибок; на фиг. 5 - функциональная схема формирователя уравновешивающего напряжения.Устройство (фиг. 1) содержит компаратор 1, генератор 2 эталонных импульс сов, элементы И 3 и 4, триггер 5, риверсивный счетчик 6, элемент ИЛИ 7, ждуший генератор 8, блок 9 определения ошибки, формирователь 10 уравновешивающего. напряжения.Блок 9 определения ошибки (фиг. 4) содержит генератор 11 эталонных импульсов, счетный триггер 12, элемент ИЛИ 13,. элемент ИЛИ-НЕ 14, реверсивный счетчик 15, элемент 16 задержки, триггеры 17 и 18, элементы И 19 - 21 и элемент И. с задержкой 22.формирователь уравновешивающего напряжения 10 (фиг, 5) содержит сумматор-вычитатель 23, накапливающий регистр 24, цифро-аналоговый преобразователь 25, элемент 26 задержки.Кроме того, устройство содержитшину 27 и выходные шины 28 и 29..На диаграммах (фиг. 2 и 3) приведены изменения сигналов устройства вовремени. 3 10048элемецта И, а установочный вход соединен с установочным входом первого триггера и вторый входом первого элемента И,црполнительио ввецепы компара гор, блокопрецеленйя ошйбки, элемент ИЛИ, формирователь уравновешивающего напряжения, выход которого соединен с первымвходом компаратора, с вторым входомкоторого соединена входная информационная шина устройства, а выход компарато 11ра соединен с инверсным входом второгоэлемента И, вторым входом первого элемента И и первыми входами блока определения ошибки и формирователя уравновешивающего напряжения, второй вход Икоторого подключен к выходу реверсивного счетчика и входу элемента ИЛИ,выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, входом ждущего генератора и вторым входом блока Зфопределения ошибок, первый выход которого подключен к третьему входуформирователя уравновешивающего напряжения, кроме того блок определенияошибки соцержит четыре элемента И, гене дратор эталонных импульсов, три триггера,реверсивный счетчик, элемент ИЛИ,элемент ИЛИ-НЕ и линию задержки,причем инверсные входы первого и второго элементов И подключены к входу Закдушего генератора, выход первого элемента И через первый вход элемента ИЛИподключен к суммирующему вхоцу реверсивного счетчика, выход генератора,эталонных импульсов соединен с первымиМвходами первого, второго и третьегоэлементов И, а выход последнего подключен к счетному входу первого триггеравыход которого соединен с вторйм входом элемента ИЛИ, выход компараторасоединен с вторым входом третьего элемента И, установочным входом триггера,первым входоч четвертого элемента И,с эадерж:.ой установочным входом второго триггера и через линию задержки сустановочными входами третьего тригге 4ра и реверсивного счетчика, выход которого является первым выходом блока исоединен с.третьим входом формирователя уравновешивающего напряжения ивходом элемента ИЛИ-НЕ, выход которогосоединен с вторым входом четвертогоэлемента И и,единичным входом второготриггера, прямой выход которого является вторым выходом блока и соединен стретьим входом формирователя уравнове- ффшивающего напряжения и вторым входомпервого элемента И, а инверсный выходподключен к второму входу второго элесостоянии, так как на его инверсный вход поступает эапрешаюший сигнал с уровнем логическои "1" с выхода компаратора 1.При появлении на выходе компаратора 1 сигнала нулевого уровня элемент И 3 запирается, а элемент И 4 отпирается, так как с выхода элемента ИЛИ:7 на его вход поступает разрешающий уровень логической "1", соответствующий. наличию информации на выходе реверсивного счетчика 6, а на инверсном входеприсутствует нулевой уровень с выхода компаратора 1. При этом импульсы эталонной частоты с выхода генератора 2 через открытый элемент И 4 поступают на вычитаюший вход реверсивного счетчика 6 и вычитаются из числа Й,Процесс вычитания происходит в два раза быстрее, чем суммирование так как частота импульсов, поступающих на вычитающий вход в два раза выше чаототы импульсов, поступающих на суммирующий вход,Когда в процессе вычитания информация на выходе реверсивного счетчика 6 нулевая, на выходе элемента ИЛИ 7 единичный уровень сигнала изменяется на нулевой, в результате чего элемент И 4 оказывается запертым запрешая дальнейшее поступление импульсов на вычитающий вход реверсивного счетчика 6 и запуская задним фронтом ждуший генератор 8.Поступление импульса К с выхода ждущего генератора 8 на выход 28 уст ройства, при отсутствии помехи, совпадает с моментом достижения отрицательным полупериодом экстремального значения, Однако вследствии наличия помахи, положение экстремума определяетсяс ошибкой. Последовательную коррекцию этой ошибки, т.е. компенсацию помехи на входе компаратора 1, обеспечивают совместно блок 9 определения ошибкии формирователь 10 уравновешивающегонапряжения,Блок 9 определения ошибки работает следующим образом. Единичный уровень сигнала с выхода компаратора 1 поступает на вход элемента И 21, разрешая прохождение импульсов эталонной частоты с выхода генератора 11 на счетный вход триггера 12, с выхода которого они с частотой2 через элемент 13 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15.При этом на вход реверсивного счет 5 1004899 6где: А - входной информационный сигнал;Б - сигнал на выходе компаратора 1;Ж - сигнал (эквивалент двоичного кода) с выхода реверсивного счетчика 6 устройства;,3 - сигнал (эквивалент двоичногокода) пропорциональный ошибкеиопределения экстремума; 303 - сигнал, соответствующий знакуопределения экстремума;Р - сигнал обратной связи;К - выходной информационный сигнал;15Мразрешающий сигнал.Устройство работает следующим образом.Входной гармонический сигнал с низкочастотной или постоянной составляющейпомехи поступает на вход компаратора 1,на выходе которого формируется входнойсигнал Б.При положительной разности напря- : 25жений входного сигнала и сигнала свыхода формирователя 10 уравновешиваю-щего напряжения, поступающего на первый вход компаратора 1, (в исходномсостоянии по. сигналу Пуск" уровень з 0сигнала Р на выходе формирователя 10уравновешивающего напряжения расеинулю), на его выходе формируется уровень сигнала, соответствующий логической единице, а при отрицательной раэ 35ности - уровень логического нуля, Такимобразом, при не нулевом значении помехи, длительностьединичного уровнявыходного сигнала компаратора 1 неравняется длительности 1 О нулевогоуровня выходного сигнала.Сигнал логической единицы на выходе компаратора 1 передним фронтомустанавливает триггеры 5 12,17 п 18и реверсивные счетчики 6 и 15 в исход45ное состояние, При этом импульсы эта.лонной частоты с выхода генератора 2через элемент И 3, на второй входкоторого подается разрешаюший сигналс выхода компаратора 1, поступают насчетный вход триггера 5, с выхода ко 50торого они с частотой У 2 подаютсяна суммируюший вход реверсивного счетчика 6. Число импульсов Й;зафиксированное счетчиком 6 за время 1,.единичного вйходного сигнала компаратора 1, т.е. Ф,. 2. При этом, за времяэлемент И 4 находится в запертом чика 15, за время наличия единичногоЕдиничный уровень выходного снгна-ла М на шине 28 устройства, при наличии выходного импульса К, поступающего с выхода ждущего генератора 8, соответствует истинному положению экстремума с заданной точностью.Код М, определенный при наличии помехи, и знак этого кода поступают соответственно с выхода реверсивного счетчика 15 и триггера 17 на вход формирователя уравновешивающего нацряжения 10 (фиг. 5) который работает следующим Ыазом,Сигнал .3 с выхода реверсивного счетчика 15, пропорциональный величине ошибки в определении максимума, сигнал 3- соответствующий знаку этоййошибки и сигнал Ж с выхода реверсивного счетчика 6 (необходимый для отработки положительной помехи большой интенсивности, при которой за интервал времени не происходит обнуления реверсивного счетчика 6)поступают на вхоц сумматора 23, где суммируются с информацией, поступающей с выхода регистра 24.Передним фронтом отробирующего импульса с выхода компаратора 1 полу ченная сумма кодов переписывается в регистр 24.1 Гаким образом" осуществляется накапливание в регистре 24 кода, пропорционального величине помехи. 7 1004импульса на выходе комцаратора 1, по-.ступает число импульсов 81, пропорциьцельное.половине длительности этогоимпульса т,е. ф 2.Состояние реверсивного счетчика 15, усоответствующее числу импульсов Й 1,сохраняется от момента появления нулевого уровня на выходе компаратора 1 доМомента изменения единичного уровня скитнала на нулевом на выходе элемента ИЛИ 710или цо момента появления на вы"ходе комнаратора 1 очередною импульсаединичного уровня. При этом в первомслучае открывается элемент И 20, наодин из входов котороа о поступает еди- Иничный уровень с инверсного выходатриггера 17, а на инверсный вход - нулевой уровень с выхода элемента ИЛИ 7,и импульсы с генератора эталонной частоты 11 поступают на вычитающий вход 20реверсивного счетчика 15. Во второмслучае происходит обнуление реверсивного счетчика 15.,Иа конец интервала времени Ф,о состояние реверсивного счетчика 15 мо-:, 2жет быть одним иэ следующих.При напряжении помехи меньше нуля,т.е. прц 1, с 10 состояние реверсивного счетчика 3,5 за время 10 успеетизмениться до нуля, что зарегистрирует логический элемент ИЛИ-НЕ 14 ипереключит триггер 17 в состояние,когда на его прямом выходе появитсяединичный уровень сигнала,Сигнал с инверсного выхода триггера 17 запирает элемент И 20, с выходакоторого прекрашают поступать импульсы на вычитающий вход реверсивногосчетчика 15, а единичным сигналом спрямого выхода триггера 17 открывается,логический элемент И 19, на инверсный вход которого подается нулевойуровень сигн; ца с выхода элемента ИЛИ 7.;При этом с выхода генератора 11 импульсы через элементы И 19 и ИЛИ 13поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15. Таким образом, к концу интервала Ф р состоя"ние реверсивного счетчика 15 характеризуется числом импульсов И, пропорУ.циойальным доле ошибки определениямомента экстремума а состояние триг,гера 17, на прямом выходе которогоприсутствует единичный уровень сигнала, соогветствует опережению найденньго положения экстремума относительнодействительного.При напряжении помехи болыпе нулят,е. при 1)10, состояние реверсив 899 Рного счетчика 15 уменьшается до величины МК, причем беэ реверса в направлении счета в течении интервала о .Этот код также пропорционален величинеошибки в определении положения экстремума, а состояние триггера 3.7, когдана его прямом выходе присутствует нулевой уровень выходного сигнала, ооойветствует отставанию найденного положения экстремума от действительного,При напряжении помехи, равном нулюили после полной компенсации помехит.е. при 11=ЬО,. состояние реверсивногосчетчика 15 изменяется до нуля, причемнулевое состояние зафиксировано в момент появления на выходе компаратора 1единичного уровня выходного сигнала.В этот же момент при совпадении импульсов с выхода компаратора 1 и элемента ИЛИ-НЕ 14 открывается элемент И 22 с эацержкойв 2 ь его выходной импульс переключаеттриггер 3.8 вположение, когца на его прямом выходеформируется выходной сигнал М единичноуровня,ф 91004Код с выхода регистра 24 поступаетна вход цифроыалогового преобразователя 25, который формирует величину уравновешивающего напряжения, соответствующего знака, которое поступает на вход компаратора, компенсируя напряжение помехиНачало формирования информационного импульса +, в следующем цикле прибли жения осуществляется с задержкой, опре- Э деляемой переходным процессом на вхо де компаратора. В случае значительной величины этой задержки цикл приближь.ния должен складываться из двух периодов входного сигнала. 1%Новый цикл болев точного измерения момента экстремума гармонического сигнала начинается при появлении на выходе компаратора 1 сигнала Ф 1,Предлагаемое устройство позволяет ур определять моменты экстремумов гармонических сигналов при наличии низкочастотной помехи или постоянной составляющей путем непрерывного слежения и коы, пенсации напряжения помехи на основе рр ;информации об ошибке вопределении истинного положения момента экстремума; формула изобретенияЗФ1. Устройство для определения мо, ментов экстремумов гармоническихсигналов, содержащее ждуций генератор, генератор эталонных импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И,М выход первого элемента И подключен к счетному входу первого триггера, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитаю,щий вход которого соединен с выходом49 второго элемента И, а установочный вход соединен с установочным входом первого триггера и вторым входом пе вого элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения4 точности определения моментов экстремумов, в устройство дополнительно введены компаратор, блок определения ошибки, элемент ИЛИ, .формирователь уравновешивающего напряжения, выход которого соединен с первым входом коьшаратора, с вторым входом которого соединена входная информационная шина устройства, а выход компаратора соединен с инверсным входом второго элемеи-. ф га И, вторым входом первого элемента И и первыми ихоцами блока определения ошибки и формирователя уравновешиваю 899 10щего напряжения, второй вход которого подключен к выходу реверсивного, счетчика, и входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второ го элемента И, входом ждущего генератора и вторым входом блока определения ошибок, первый выхоц которого подюиочен к третьему входу формирователя уравновешивающего напряжения.2. Устройство по п 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок определения ошибки содержит четыре элемента И,генератор эталонных импульсов, три григ,, гера, реверсивный счетчик, элемент ИЛИ,.элемент ИЛИ-НЕ и линию задержки, причем инверсные входы первого и второ га элементов И подключены к входу ждущего генератора, выход первого элемента И через первый вход элемента ИЛИ подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, выход генератора эталонных импульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, а выход последнего подклю чен к счетному входу первого триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход компаратора сожи-нен с вторым вхоцом третьего элемеи,га И, установочным входом триггера, первым , вхоцом . четвертого элемента И, с "1задержкой установочным ввдом второго триггера и через линию задержки е уотановочными входами третьего триггера и реверсивного счетчика, выход которого является первым аыащом блока и соединен с .третьим входом формирователя уравновешивающего напряжения и входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом четвертого эле,мента И и едииичийм входом дторого триггера, прямой выход которого является вторым выходом блока и соединен с. третьим входом формирователя уравновешивающего напряжения и вторым входом первого элемента И, а инверсный выход подключен к второму входу второго эле-мента И, выход которого соединен с вы. читающим входом реверсивного счетчика, . выход четвертого элемента И с задерж-кой соединен с единичным жмом третье го триггера, прямой выход которого является третьим выходом блока.%3 Устройство по пе 1, о т л и ч аю щ е е с я . тем, что формирователь уравновешивающего напряжений содержит сумматор-вычитатель, накапливающийрегистр, цифро-аналоговый преобразователь и элемент задержки, причем первый синхронизирующий вход сумматоравычи 11 ,1004899 12 тателя соединен с выходом компаратора; и вторым выходом блока определения ошии через элемент задержки с первым сив- бок и выходом накапливающего регистра, хронизируюшим входом накапливающего, второй вход которого подключен к вы регистра, выход которого соединен сходу сумматора-вычщателя, входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к первому принятые во внимание при экспертизе входу компаратора, а второй, третий и1. Авторское свидетельство СССР четвертый входы сумматора - вычитате- М 436298, кл. (01 Р 29/02, ля соединены соответственно с выходом 2, Авторское свидетельство СССР реверсивного счетчика устройства, первым 10 Ъ 617738, кл. Я 01 Й 19/04.1004899 одписное илиад ПП Фат.5Заказ 1876/57 Тираж тент, г. УжГоро Проектная, 4