Устройство для сравнения фазового сдвига прямоугольных периодических сигналов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЕВЛИСТИЧННИХ

PECAVSllHH

0% 00 з(6 01 R 25/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCP

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧ НРЫТИЙ

N OOTOPCMOMV CCNCCTWlhCTMV - / (21) 3374377118-21 (22) 17,, 11, 81 (46) 23.05.83. Бюл, и 19 .,(72) В.Л,Решетов, А,И,Картузов и А.Ф.Горбунов (53) 621.317,77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР и 464865, кл. 6 01 R 25/06, 1973;

2. Авторское свидетельство СССР

Н 658499. кл. 6 01 и 25/06, 1976. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ

ФАЗОВаГО СДВИГА ПРЯИО ОЛЬНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее два форсирователя с подключенным к их выходам элементов 2И, интегратор, два ключа, подключенные управляющими входами к выходам триггера коммутации ключей, дифференцирующие 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 элементе 2И, два каипаратора, генератор заполняющих импульсов, делитель, два дополнительных счетчика, элемент 2 ИЛИ, селектор, второй интегратор и IK-триггер, при этом вход nepeoro формирователя подключен к первым входам второго и третьего элементов 2И, а вход второго формирователя -. к второму входу второго элемента 2И непосредст венно, а к второиу входу третьего элемента 2И через инвертор, при этом. второй элемент 2И подключен к первому входу триггера коимутации ключей непосредственно и через пер- : вый интегратор - к первыи вхорзи двух компараторов, вторые входы которых через второй интегратор подключены к выходу третьего элемента

2И, а. их выходы:- к информационным. входам IK-триггера, счетным входои объединенньеч с. выходом, первого элемента 2И, с входом селектора и со счетными входами двух счетчиков расширения фазы, информационные входы которых подключены к выходаи 1К- Е .триггера, а R-входы -.к выходу эле мента.2ИЛИ, ic"aòoðoìó входу триггера коммутации ключей и вторым R-вхрдам двух дополнительных счетчиков., первыми R-входаии объединенных с выхо- Я дем делителя, входои подключенного к выходу генератора заполняющих импульсов, подключенного через ключи .к счетныи входам дополнительных счетчиков, при этои R- u S-входами

IK-триггер подключен к входаи эле,мента 2ИЛИ, подключенного к выходам селектора, входами подключенного через дифференцирующие, цепи к выхо-

;дам соответствующих компараторов.

10 I 9363

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 сравнения фазового сдвига прямоугольных периодических сигналов, содержащее фазовый дискриминатор, состоящий из триггера и двух формирователей, выходами соединенных с соответстЬующими входами триггера, а также интегратор, сумматор, один из входов которого сое динен с выходом интегратора, а вто" рой вход присоединен к выходу циф" ро-аналогового преобразователя, входами подключенного к цифровым шинам реверсивного счетчика, входом подключенного к анализатору переворота фазы (1 g.

Недостатком устройства является низкое быстродействие ввиду того, что анализатор переворота фазы срабатывает при прохождении. сразу двух импульсов, которые становятся неразличными при.быстротекущем ïðîцессе, Наиболее близким к изобретению является устройство сравнения фазового сдвига прямоугольных периодических сигналов, содержащее фазовый дискриминатор, состоящий из триггера и двух формирователей, выходами соединенных с соответствующими входами триггера, а также интегратор и . сумматор, один из входов которого соединен с выходом интегратора, элемент И, два ключа, триггер коммутации ключей, два нагрузочных резистора, две дифференцирующие цепоч-. . ки. элемент задержки, два триггера .расширения диапазона измерения и два индикатора переворота фазы (2).

Недостатком известного устройства является недостаточная информативность, которая выражается в том, что устройство не может быть исполь" зовано для работы в системах позиционирования при расширенных фазовых сдвигах.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения информативности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для сравнения фазового сдвига прямоугольных периодических сигналов, содержащее два формирователя с подключенным к их выходам элементом 2И, интегратор, два ключа, подключенные управляющими:входами к выходам триггера коммутации ключей, дифференцирующие цепи и два

10 счетчика расширения фазы, введены два дополнительных элемента 2И, два компаратора, генератор заполняющих импульсов, делитель, два дополнительных счетчика, элемент 2ИЛИ, cet5 лектор, второй интегратор и IK-триггер, при этом вход первого формирователя подключен к первым входам второго и третьего элементов 2И, а вход второго формирователя - к вто-, 20 Рому входу второго элемента 2И непосредственно, а к второму входу третьего элемента 2И через инвертор, при этом второй элемент 2И подключен к первому входу триггера коммутации

25 ключей непосредственно и через первый интегратор - к первым входам двух компараторов, вторые входы которых через второй интегратор подключены к выходу третьего элемента

30 2И ° а их Выходы - к инфОрмациОнным входам IK-триггера, счетным входом объединенным с Выходом первого элемента 2И, с входом селектора и со счетными входами двух счетчиков расширения фазы,.информациОнные ВхОды которых подключены к выходам IK-триг. гера, а R-входы - к выходу элемента

2ИЛИ, к второму входу триггера коммутации ключей и вторым R-входам двух дополнительных счетчиков, первыми R-входами объединенных с выходом делителя, входом подключенного к выходу генератора заполняющих импульсов, подключенного через ключи

45 к счетным ВхОдам дополнительных счетчиков, при этом R- u S-входами

IK-триггер подключен к входам weмента 2ИЛИ, подключенного к выходам селектора, входами подключенного

50 через дифференцирующие цепи к выхо- дам соответствующих компараторов.

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства для сравнения фазового сдвига прямоугольных перио55 дических сигналов; на фиг, 2диаграммы и эпюры напряжений, поясняющие работу предлагаемого уст- ройства, 1019363

Устройство содержит формирова. тели 1 и 2, три элемента 2И 3-5, инвертор 6, два интегратора 7 и 8, два ключа 9 и 10, триггер 11 коммутации ключей, дифференцирующие цепи 12- 1- и 12-2, два счетчика 13

5 и 14 расширения фазы, IK-триггер

15, два компаратора 16 и 17, генератор 18 заполняющих импульсов, делитель 19, счетчики 20 и 21, элемент 2ИЛИ 22 и селектор 23, Обозначения на фиг, 2:

ЧО„ и Чос - меандры опорного сигнала и сигнала обратной связи;

И2 - диаграмма выхода второГО элемента 2И;

t5

Инт„ - эпюра выхода первого интегратора;

ЧОО ин -, диаграмма выхода инвертора;

И - диаграмма выхода третьего элемента 2И;

Инт - эпюра выхода второго интегратора;

К х- эпюры входных напряжений на входах первого и второго компараторов;

1 И - диаграмма выхода первого элемента 2И;

К1. 1

wiхx диаграммы выходов вервого

2вы

30 и второго. компараторов;

Тр - диаграмма прямого выхо1пр да триггера коммутации ключей;

Тр 1 инв — диаграмма .инверсного выхода триггера коммутации ключей;

Тр 2 пр - диаграмма прямого выхода IК-триггера;

Тр 2 инв - диаграмма инверсного выхода IК-триггера, Устройство работает следующим об- 40 разом.

25

Формирователи l и 2 обеспечивают дифференцирование опорного сигнала Ч,пи сигнала обратной связи ЧО (фиг.1 и 2, диагр, Чоп и 9< ) по фрднтам 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 2И 3 вырабатывает строб-импульсы в моменты совпадении продиффереыцированных фронтов сигналов (Фиг.-2, диагр. И„) при относительном движении меайдров, что происходит при возникновении фазовых рассогласований,Второй и третий элементы 2И 4 и 5 с инвертором 6 по достигаемомурезультату сходны с фазовым дискриминатором на базе RS-триггера с Формирователями, подключенными к входам этого триггера, и обеспечивают формирование сигналов, какие формируются на прямом и инверсном выходах

RS-триггера (фиг, 2, диагр. И и

Элемент 2И 4 выделяет,меандр сов» падения между сигналами Чопи О (фиг. 2, диагр. И ), а элемент 2И 5между сигналом Ч, и и инвертированным сигналом обратной связи Р „(фиг.2, 0С ИНЬ диагр. ИЗ) .

Интеграторы 7 и 8 преобразуют импульсный сигнал, вырабатываемый элементами 2И 4 и 5, в постоянные уровни напряжений (для фазового сдвига (+д Pq) между сигналами Y u

ОП

Уос; Чоп и „„соответственно U и

U> (фиг, 2 диагр, И> 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 К1 „(фиг. 2), причем

Дух напряжения 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" ответствуюЩее состояний (фиг. 2, диагр. К1В,„„ явь,х). Этим подготавливается срабатывание IK-триггера

15, когда на ею.о 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 состояние

".1", а если на К-входе потенциал

"1" - то в состояние "0", Согласно диаграмме состояний компараторов, 16 и 17 (фиг. 2, диагР. @ь „и 2sv) компаратор 17 обеспечивает готенциал "1" при положительном рассогласовании (+д9) с момента синфазного состояния "0" и при переходах (+2), (+4)..., Таким образом, I К-триггер

15 при рассогласованиях (+дЧ) и при коммутации его счетного входа стробимпульсами совпадений может нахо: Компаратор 16 обеспечивает потенциал "1" при отрицательном рассогласовании (-Qß) с момента синфаз5 1О ного состояния "0" и при переходах (-2), (-4)... (фиг, 2, диагр. К., „,j) и согласно -:ðåäûäóùåìó обеспечивает состояние IK-триггера 15; потенциал

"0" на прямом выходе (фиг. 2. диагр, Тр „) и потенциал н!" на инверсном (фиг ° 2, Тр 2 инв), Состояние IK-триггера 15 определяет возможность коммутации счетчиков 13 и 14 расширения фазы. Если на IK-входах этих счетчиков 1потенци" ал "0", то коммутация счетчика по счетному входу запрещена, а если потенциал н!" - Разрешена, Согласно (фиг. 2, диагр. Тр 2 пр) при рассогласовании (+дЧ) имеет место разрешение счета счетчиком 13 расширения фазы и запрет счета счетчиком 14, На этом счетчике 14 обеспечивается разрешение только в области отрицательных фазовых рассогласований (-d9) (фиг. 2, диагр, Тр 2 инв), Пусть счетчик 13 и 14 расширения фазы сброшены по R-входам от внешнего органа управления (не показано), причем сброс осуществлен при малом рассогласовании (+89) (фиг.2, диагр, К „) при напряжениях íà сравнивающих входах компаратеров 16 и

17 U ) U2. Система позициони рования, в составе которой содержится устройство сравнения фазового сдвига, стремится отработать фазовое рассогласование (+сФ), 8 процессе отработки рассогласования уровни

О„ и U2 на входах компараторов 16 и 17 согласно эпюрам напряжений сравняются в состоянии синфаэности U

=О, . а при "пеРебеге" в область, отрицательных рассогласований (-сИ)

U (U При этом переходе компараторы 16 и 17 сработают: первь1й перейдет в плюс-состояние, а второйв минус"состояние (фиг. 2 диагр °

К1 „,„и К вь, .При этом обеспечивается соответствующее состояние IK-триг" гера 15 (фиг, 2, диагр. Тр 2 пр и

Тр 2 инв ),. и при помощи дифференцирующих цепей 12-1 и 12-2, селектора

23 и элемента 2И 22 формируется строб;.импульс сброса. формирование его происходит;,как при переходах синфазного состояния ."0" - начала отсчета со сдвигов (+дЧ) на сдвиги (-ЛМ) и наоборот (фиг, 2, диагр. И,,)

Функциональное назначение селектора состоит в том, чтобы обеспечить формирование строб-импульса начала отсчета - синфазного состояния и

55 вым величинам счетчиков 20 и 21, И=Ма„, где К - коэффициент пропорциональности, то .Ф =Км

Ф=K1 1и Ю2>v/ъN

19363 6 привязку" к нулю (фиг. 2, диагр, Иинформации, накапливаемой в счетчиках, При помощи строб-импульса; формицуемого селектором, осуществляется сброс соответствующего счетчика направления фазы, если после расширения фазового рассогласования осу» ществляется отработка к началу отсчета, Вырабатываемый в синфазном состоянии строб-импульс обнуляет счет« чики 13 и 14, причем в зависимости от величины изменения фазового рассогласования и его знака цифровая информация накапливается на том или ином счетчике расширения фазы при нулевом состоянии смежного счетчика, Триггер 1i коммутации ключей, ключи 9 и 10, генератор 18 заполняющих импульсов, делитель !9 и счетчики 20 и 21 .обеспечивают комплексную цифровую кодовую информацию о величине фазового рассогласования и о скорости его изменения между сиг" налами опорным V и и обратной связи Рос, При этом каждый из счетчи ков заполняется импульсами в соответствии со знаком фазового рас" согласования, в то время как смежный счетчик находится в состоянии обнуления, 30

Пусть фазовое рассогласование (-дЧ) (фиг, 2, диагр. Тр пр) такое, при котором триггер 11 коммутации ключей передним фронтом импульса второго элемента 2И 4 (фиг,2, з диагр. И2) переброшен в .состояние

"1" на прямом выходе, .Ключ 9 (фиг.1) переходит в проводящее состояние и обеспечивает заполнение счетчика 20 импульсами генератора 18 заполня4О ющих импульсов до некоторой цифро-, вой величины а „ при. условии медленной отработки (-dg рассогласования до синфазного состояния "0" (фиг, 2 диагр, Тр 1 пр). Если рас4 согласование больше (-Ю) ) (-д ф, 2 и отработка производится с той же скоростью, то и цифровая величина в счетчике 20 больше: а>> а . При быстрой отработке для (-;dV ) цифроso вая величина а меньше (а (а ) .

Следовательно, если интенсивность отработки M пропорциональна цифро7 1

Интенсивность отработки И при быстром изменении рассогласования, и малом рассогласовании наименьшая, При большом рассогласовании ицтенсив. ность наибольшая.

Это эквивалентно действию "гибкой" обратной связи или демпферу, успокаивающему систему позиционирования и обеспечивающему минимальный "перебег" и колебательность.

Делитель 19 обеспечивает тактовый сброс счетч; ков 20 и 21 по R -axegly.

{по Я -входу производится сброс в синфазном состоянии).. При власовых фазовых сдвигах (+4+ состояние

"l" триггера 11 на его инверсном выходе (фиг, 2, диагр. Тр 1 инв) обеспечивается за счет последовательности имяульсов: строб-импульса синфазного состояния (фиг. 2, диагр. И ) и переднего фронта импуль са с выхода элемента 2И 4 (фиг, 2, диагр. И ). Заполнение счетчика 21 . обеспечивается открыванием ключа 16, Под .действием возмущающих факторов разной интенсивности возникают как малые фазовые рассогласования, что в пределах диапазона (-2)...

019363 8 ,О...(+2) отображается цифровой информацией счетчиков 20 и 21, .а также счетчикев 13 и 14, так и болыюие, фиксируемые мин.овыми значениями фазы счетчиков 13 и 14 расширения фазы.

8 зависимости от устввки коэффициента деления делителю 19 изменяется соотношение между пропорциональной составляющей фазового рас1ф согласования и между ее проиэводНой скоростью ивмвнения этого. рассогла-сования, что изменяет цифровую ин.формацию дополнительных счетчиков

20 и 21, и корректируется замом управления.

Существенным отличием предлагаемого устройства по сравнение с из-вестными устройствами сраенейия. фазового cAmera является увеличенная информативность. Это яваеапяет использовать предлагаемое устройство в системах преценэионного позицио-нирования при расширенных фазовых

25 рассОГласОваниях и при цифровОй информации Об этих рассОгласованиях и дает возможность гибко формировать необходииюй закон управления, 1019363

1619363

Ъйу

9(илФ

Триер

Тр Ье

Фж Г

ВНИИВИ Закаа 3695/39 Тираж 710 Подписное

Фияиал ППЯ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4