Следящий аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для связи регулятора и оператора с исполнительным механизмом Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности функционирования в системах управления, чувствительных к автоколебательным режимам. Для этого э 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 , бток элементов ИЛИ. Введение указанных элементов позволяет обеспечить устойчивую работу устройства при любом уровне сигнала помехи как на верхней, так и на нижней границе диапазона входного сигнала, расширить область применения за счет наличия регулир еТйьТх ограничителей уровня выходного сигнала, повысить быстродействие устройства при снятии с уровней ограничения 3 з.п. ф-лы, 8 ил (Л

СО ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я Н 03 М 1/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

;!!3),-, ™ (21) 4802636/24 (22) 16,01,90 (46) 23.08.92. Бюл, ¹ 31 (71) Харьковское научно-производственное объединение по системам автоматизированного управления (72) В,И.Гаранич и К.Н.Щрамко (56) Заявка Японии № 56-33358, кл. Н 03 M 1/48, 1981, Бахтиаров Г,Д, Аналого-цифровые преобразователи. M,: Советское радио,, 1980, с. 158, (54) СЛЕДЯЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использованодля связи регулятора и оператора с исполнительным механизмом. Цель изобретения — расширение области примененйя за

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для связи регулятора и оператора с исполнительным мбханизмом. =—

Известны устройства регулирования, в которых аналого-цифровое преобразование используется (в зависимости от режима управления) для воспроизведения аналогового сигнала, его хранения йли ручного изменения с обеспечиваем безударности при переключении режимов уп- равления, Известны аналого-цифровые преобразователи (АЦП) следящего типа, которые . могут быть использованы в системах управления, „.,53 „„. 1757181 А1 счет возможности функционирования в системах управления, чувствительных к автоколебательным режимам, Для этого в. устройство, содержащее реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, первый компаратор, введены ключ, триггер, блок формирования зйака 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 регулируемых ограничителей

" уровня выходного сигйала, повысить быстродействие устройства при снятии с уровней ограничения, 3 з и; 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 особенностям и объектов или их регулирующих органов, Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является следяший

АЦП, содержащий генератор импульсов, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, преобразующий состояние счетчика ваналоговый сигнал,,компаратор, на один вход которого подан входной аналоговый сигнал, а на другой — выходной сиг1757101 нал цифроаналогового преобразователя,. который является одновременно выходным сигналом устройства. Выходной сигнал компаратора через устройство управг..ния 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, чему соответствует автоколебательный режим, недопустимый в системах управления, Цель изобретения — расширение области применения за счет возмо>кности 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 элементов

ИЛИ; на фиг. 5 — функциональная схема генератора импульсов; на фиг. 6 — функциональная схема реверсивного счетчика; на фиг. 7 — функциональная схема ЦАП; на фиг.

8 — функционалo íàÿ схема второго и третьего компараторов и элемента ИЛИ-НЕ.

Следящий АЦП (фиг.1) содерйит генераТор 1 импульсов, ключ 2, реверсияный счетчик 3, ЦАП 4, первый 5, второй 6 и

25 третий 7 компараторы, блок 8 управления, 40 блок 9 формирования признака переключения, триггер 10, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 11; элег ент ИЛИ-HE 12, элемент 13 задержки, 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, 4которые являются 1 выходной шиной устройства; 21 — аналоговый выход ЦАП 4,. который является 11 выходной шиной устройства; 22 — входная информационная шина, которая соединена с вторым входом первого компаратора 5, 23 и 24 — первый и второй входы блока 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; 3537 — первый, второй входы и выход элемента

ИЛИ-НЕ 12 соответственно; 38 — выход элемента 13 задержки.

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 пере<лючения (фиг.3) содержит элемент ИСКЛ1ОЧАЮЩЕЕ 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, Генератор 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 счетчик3(фиг.6) выполнен на трех микросхемах 65-67..

ЦАП 4 (фиг.7) содержит преобразователь 68 код-ток и три операционных усилителя 69-71, Второй компаратор 6 (фиг,8}, определягощий 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 ре>кимах 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-P) на входе

27, При этом состояние логической "1" соответствует автоматическому режиму. Логика сигналов здесь и в остальных блоках следящего АЦП положительная.

1757101. где Uey — напряжение верхнего уровня ограничения на входе 33 второго компаратора 6;

О у — напряжение нижнего уровня огра5 ничения на входе 34 третьего компаратара 7.

За счет наличия регулируемых верхнего и нижнего уровней ограничения выходного сигнала расширена область применения

10 следящего АЦП.Если для входного сигнала выполняется одно из условий

Uex > Uey, - вх < - ну.

15 на выходе .35 второго" компаратара 6 или выходе 36 третьего компарато ра 7 и ая вляется слгнал логической "1", соответственно на выходе 37 элемента ИЛИ-НЕ 12 — сигнал логического "0". Сигнал логическага

20 "0" с второго выхода 32 блока элементов

ИЛИ 14 падается на первый вход элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11. Поскольку сигнал с выхода элемента ИЛИ-НЕ 12 подается на первый вход 38 блока элементов

25 ИЛИ 14 через элемент 13 задержки, формирующий интервал времени задержки ta, сигнал с первого выхода 30 блока элементов ИЛИ в течение интервала tg сохраняет значение логической "1" и, воздействуя на

0 вход 30 установки в "0" триггера 10, обеспечивает на втором входе 31 элемента ИСКЛ ЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 сохраненле сигнала логического "0", Т,е. на время тз на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

5 11 формируется сигнал логического "0", поступающий на второй вход 24 блока 8 управления. Этот сигнал также, как и сигнал

Р-режима, по входу 27 переводит устройство в режим хранения.

0 Аналогично устанавливается режим хранения при переполнении реверсивного счетчика 3. При этом сигнал с выхода 19 переполнения реверсивного счетчика 3 изменяет состояние логической "1" на логиче5 ский "0" и, воздействуя на третий вход 19 блока элементов ИЛИ 14. формирует на втором входе 24 блока 8 управления сигнал, обеспечивающий переход в режим хранения, 0 Рассмотрим работу устройства при снятил с уровней ограничения (снятии ". упоров}, например, для случая, когд устройство находилось íà верхнем упоре, чему соответствуют соотношения

5 вых = Uex

При изменении логического состояния сигнала на входе 27 устройства на третьем выходе 16 блока 8 управления формируется 3 сигнал логической "1", который поступает на управля ощий вход ключа 2, запрещая прохождение импульсов на счетный вход 17 реверсивного счетчика 3, При этом на выходе ЦАП 4 устанавливается сигнал Uebixo, со- 3 ответствующий состоянию реверсивного счетчика 3 в момент изменения сигнала А-Р.

Сигнал 0вых = Овыхо сохраняется неизменным независимо от значения сигнала Uâx, Описанный режим хранения соответству- 4 ет ручному режиму в отсутствие сигналов ручного управления "Больше" или "Меньше" rio входам 26 и 25 управления устрой,ства, При действии сигнала "Больше" (" Мень- 4 ше") на входе 26 (25) блок 8 управления формирует на третьем выходе 16, соединенном с управляющим входом ключа 2, сигнал логического "0", а на входе "Направление счета" реверсивного счетчика 3 — сигнал, 5 соответствующий режиму суммирования (вычитания). При этом выходной сигнал 0вых увеличивается (уменьшается) со скоростью, определяемой частотой импульсов генератора 1 импульсов, 5

Описанная работа устройства обеспечивается в диапазоне входного сигнала и,b„=u.у, и,>u», Uey Uex 0ну, В этом ре>киме 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 ".Направление 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 вычита| ия реверсивного счетчика 3.

Состояние реверсивного счетчика 3, подключенного к цифровым входам ЦАП 4, преобразуется последним на выходной шине 21 в выходной аналоговый сигнал Ueblx2

Этот же сигнал поступает на первый вход первого компаратора 5 и сравнивается с поступающим на второй вход 22 компаратора 5 входным информационным сигналом

U«, В описанном А-режиме устройство осуществляет слежение выходного сигнала

Ueblx За ВХОДНЫМ Uex, ПОДДЕРжИВаЯ РаВЕНство

При уменьшении входного сигнала U» на входной информационной шине 22 первого кампаратора 5 при условии выполне1757101

U» U.,=U.:.

Uox) Uey, UBblx = 0вх при живых = Usy npu

0 вых = Мяу при Uex < мяу

Формула изобретения 25

1, Следящий аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор импульсов, последовательно соединенные реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь и первый компаратор, вто- 30 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- 35 ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности функционирования: в системах управления, чувствительных к автоколебательным режимам, впреобразователь вве,дены ключ,,триг- 40 гер„блок формирования признака переключения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, второй и третий компараторы,.элемент ИЛИ-Н Е, элемент задерькки и блок элементов ИЛИ, первый вход ко-орого 45 соединен с выходом элемента задержки, второй вход объединен с входом элемента задержки и 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 блока управления, третий вход которого объединен с информационным входом ключа и соединен с выходом:енератора импульсов, входы с четвертого по шестой блока управления явния неравенства Ugx < 0ну, выходной сигнал первого компаратора 5, действующий на ервом входе 23 блока 8 управлении.", 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 1 1 устанавливается сигнал логической "1", Последний переводит устройство в режим слежения, Аналогично происходит снятие с нижнего упора. t5

Таким 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 инвертиру|ощий 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 юшийся 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 дифференцирующий элемент соединен с источником питающего напряжения, 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-HE и через резисторы с шиной соответствующего потенциала источника питания, с S-входом и с R-входом триггера, второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является шиной ",.oîòâåòñòeóþщего потенциала и через резистор соединен с источником питающего напряжения, Sвход триггера является пятым входом блока управления, R-вход — четвертым входом, Dвход первым входом, а С-вход соединен с выходом инвертора, вход которого является третьим входом блока управления, 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 пи ающего напряжения, а вто1757101

10 рой вход является шиной соответствующего потенциала.

3, Преобразователь по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что блок формирования признака переключения выполнен на элементе

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверторе и времязадающем 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 юшийся тем, что блок элементов ИЛИ

5 выполнен на двух инверторах и двух элементах ИЛИ, первые входы которых обьединены и являются третьим входом блока, вторым и первым входами которого являются вторые входы соответственно первого и

10 второго элементов ИЛИ, выходы которых соединены с входами соответствующих инверторов, выходы которых являются соответственно вторым и первым выходами блока.

Юл ок го о ароД у У и жю рсклююам (с

1757301

РС/2. 7

1757101

Составитель И, Романова

Техред M,Моргентал Корректор Т, Ващковиц

Редактор В. Данко

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3099 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113635, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5