Устройство для моделирования спиральной развертки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СПИРАЛЬНОЙ РАЗВЕРТКИ, содержащее последовательно соединенные первый интегратор, инвертор и второй интегратор, выход которого соединен с входом первого интегратора, выход первого интегратора и выход инвертора являются соответственно, первым и вторьм выходами устройства, отличающееся тем что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет циклического задания требуемого числа витков спиральной развертки , оно дополнительно содержит суъолалор, переключатель, формирователь импульсов, триггер, счетчик импульсов и накопительный конденсатор , причем первый вход сумматора подключен к выходу второго интеграгара , второй вход суюлатора соединен с выходом формирователя импульсов , входом счетчика импульсов и одной обкладкой формирукяцего конденсатора , вторая обкладка которого подключена к другому входу второго интегратора, выход счетчика импульсов соединен с счетным входом триггера , выход которого подключен к (О управляющему входу переключателя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходами первого интегратора и инвертора , a выход переключателя соединен с входом формирователя импульсов , выход cy « aтopa является третьим выходом устройства.

СООЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСНУБЛИК (1Е (и) З(я) 0 06 С 7 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н kBlDPGNONIV СВ ДЕтввствм (21) 3503045/18-24 (22) 18.10.82 (46) 23.12.83. Бюл. В 47

I (72) Л.A. Снмак (71) Институт проблем моделирования в энергетике АН Украинской ССР (53) 681.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 834685, кл. G 06 6 7/48, 1979.

2. Анисимов Б.В., Голубкин В.Н.

Аналоговые вычислительные машины.

И., "Высшая школа", 1971, с. 302, рис.. VI,:6 (прототип). (54) (57) УСТРОЯСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СПИРАЛЬНОЙ РАЗВЕРТКИ, содержа.щее последовательно соединенные пер.вый интегратор, инвертор и второй интегратор, выход которого соединен с входом первого интегратора, выход первого интегратора и выход ; инвертора являются соответственно.

1 первым н вторьм выходами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем что, с целью повыпения точности и расширения функциональных возможностей за счет циклического задания требуемого числа витков спиральной развертки, оно дополнительно содержит сувматор, переключатель, формирователь импульсов, триггер, счетчик импульсов и накопительный конденсатор, причем первый вход сумматора подключен к выходу второго интегратора, второй вход сумматора соединен с выходом формирователя импульсов, входом счетчика импульсов и одной обкладкой формирующего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к другому входу второго интегратора, выход счетчика импульсов соединен с счетным входом триг- Е гера, выход которого подключен к управляющему входу переключателя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходами первого интегратора и ин вертора, а выход переключателя сье- Я динен с входом формирователя импульсов, выход сумматора является третьим выходом устройства.

1062729 циональных возможностей за.счет циклического задания требуемого числа витков спиральной развертки.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные первый интегратор, инвертор и второй интегратор, выход которого соединен с входом первого интегратора, выход первого интегра- . тора и выход инвертора являются соответственно первым и вторым выхо-: дами устройства, введены сумматор, йереключатель, формирователь импульсов, триггер, счетчик импульсов и накопительный конденсатор, причем первый вход сумматора подключен к выходу второго интегратора, второй вход сумматора соединен с выходом формирователя импульсов, входом счетчика импульсов и одной обкладкой формирующего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к другому суммирующему входу второго интегратора, выход счетчика импульсов соединен с счетным входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу переключателя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходами первого интегратора и инвертора, а выход переключателя соединен с входом формирователя.импуль-. сов, выход сумматора является третьим выходом устройства.

На фиг. 1 приведена схема устройства на фиг. 2 — виток спирали, иллюстрирующий принцип работы схемы; на фиг. 3 — временные диаграммы напряжений (число витков спирали выбрано равным 5).

Устройство содержит первый интегратор 1, инвертор 2, второй интегратор 3, сумматор 4, накопительный конденсатор 5, переключатель 6, формирователь импульсов 7, триггер

8 и счетчик 9 импульсов.

Устройство предназначено для моделирования полярной системы координат и формирования сигналов спиральной развертки (фиг. 2) .

У(о ï о

О(б а2УЬ ; о(Ч) созе; ) р(ч1 sin ч, J

Ч=

Х Ч

Рй< Уо

Изобретение относится к аналого". вым средствам вычислительной техники и может широко применяться там, где необходимо представление тех или иных величин в полярной системе координат, в частности в моделирующих устройствах для отыскания корней алгебраических уравнений, для исследования фазовых портретов систем автоматического управления и в системах отображения аналоговой информации раст рового типа.

Известен формирователь напряжений спиральной развертки, который с целью обеспечения постоянной скорости луча содержит управляемый ге- 15 нератор высокочастотного напряжения, амплитуда которого изменяется по пилообразному закону с частотой субгармоники высокочастотного сигнала, фазовращатель и другие функциональные элементы, необходимые для регулирования скорости движения луча в зависимости от изменяющегося радиуса спиральной развертки ti ).

Недостатками этой схемы являются аппаратурная сложность создания амплитудно-модулированных колебаний и необходимость жесткой синхронизации частоты модулирующего напряжения на субгармонике высокочастотного напряжения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, предназначенное.для решения дифференциального уравнения второго порядка, которое можно ис-, 35 пользовать в качестве формирователя напряжений круговой и спиральной разверток, характеризующееся тем, что оно содержит замкнутые в кольцо два интегратора и инвертор, которые об- 4О разуют электронную модель!однородного дифференциального уравнения второго порядка. Параметры этого устройства должны быть установлены такими, чтобы решение однородного 45 дифференциального уравнения второго порядка носило колебательный характер. В известной схеме напряжения на выходах интеграторов всегда имеют относительный фазовый сдвиг 90О и могут быть использованы в качестве напряжений спиральной разверт ки Г21 °

Недостатками известного устройб ства являются нелинейность спираль- где ной развертки, обусловленная экспоненциальным законом изменения амплитуды колебаний, невозможность обеспечения заданного числа витков спирали, обусловленная отноСительной нестабильностью собственной, 60 частоты и декремента затухания колебаний, и однократность процесса развертки.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функ- g5 угол поворота радиуса вектора в радианах — одна из координат полярной системы;. величина радиуса-вектора изображающей точки Мвторая из координат полярной системы; декартовые координаты соответственно ва и ппъ; радиусы спирали, число витков спирали.

10б2729 которых напряжение на выходе другого интегратора проходит через ноль.

В зависимости от состояния триггера 8 только один из сходных сигналов поступает на вход формирователя 7 импульсов. Характеристика формирователя 7 импульсов такова, что его выходное напряжение ограничивается снизу.на уровне -0 при щ ничивается сверху на уровне +Uo при отрицательном токе, где U напряжение стабилизации. Если замкнут на выход первый вход, положительное напряжение на выходе формирователя импульсов 7 соответствует неотрицательности x, в противном случае — неположительности X

Моменты времени, при которых скачком изменяется напряжение на выходе формирователя 7 импульсов, соответ- ствуют прохождению через ноль напряжения на выходах интегратора и инвертора. Поскольку конденсатор 5 одной из обкладок подключен к суМмирующей точке интегратора 3, при скачкообразном изменении напряжения на выходе формирователя 7 импульсов . в суммирующую точку поступает заряд, равный +2С U, где С вЂ” емкость конденсатора 5 ., Этому значению эаря30 да соответствует приращение напряжения à конденсаторе интегратора 3, с

Равное у=2 — О где С - емкость конденС о сатора 3. Поскольку выходное сопро35 тивление операционного усилителя, входящего в состав формирователя 7 импульсов, достаточно мало, перезаряд конденсатора 5 происходит за достаточно малый интервал времени.

В счетчике 9 импульсов, предназначенном для задания числа полу- . витков спирали, переключение происходит один раз эа полупериод частоты ы . Если емкость счетчика 9 равна И= 2 (ь — число витков спирали, строго через и периодов частоты импульс переполнения счетчика о изменяет состояние триггера 8, выходные сигналы которого производят, переключение переключателя б,что приводит к изменению характера спирали.

Сумматор 4 необходим для плавного сопряжения дугполуокружностей,соответ. ствующих различным полувиткам спирали. С помощью этого сумматора осуществляется смещение центра полуокружности на величину приращения радиуса, которое устраняет скачок, имеющийся на выходе интегратора 3.

Кривая А (фиг. 3) показывает изменение напряжения на выходах интегратора 1 и инвертора 2. Виден линейный рост амплитуды в течение первой половины графика и линейный спад этой амплитуды во второй половине графика. Кривая В показывает

<5,изменение напряжения на выходе инАппаратурно в устройстве аппроксимация спирали дугами полуокружности осуществлена путем скачкообразного изменения напряжения на конденсаторе одного из интеграторов. Это происходит в моменты времени, при

Интеграторы 1 и 3 и инвертор 2 предназначены для моделирования дифференциального уравнения второго порядка, порождающего систему напряжений синусоидальной формы.. Конден-. .сатор 5 предназначен для скачкооб- 5 разного изменения амплитуды колебаний при формировании витков спирали.

Переключатель б предназначен для коммутации аналоговых сигналов с выхо- положительном входном токе и ограда первого и входа второго интеграторов на вход формирователя импульсов. Формирователь импульсов 7 предназначен для формирования прямоугольных импульсов с крутыми фронтами из синусоидального напряжения, поступающего на его вход с выхода пе,реключателя. В качестве такого формирователя может быть использован интегральный операционный усилитель, в обратной связи которого последовательно включены два одинаковых кремниевых стабилитрона, предназначенные для задания «уровней ограничения сигналов.

Триггер 8 со счетным входом и счетчик 9 импульсов -предназначены для формирования заданного числа полувитков спирали и обеспечения циклического характера развертки.

Устройство работает следующим образом.

Интеграторы 1 и 3 и инвертор 2 включены по схеме моделирования уравнения математического маятника х +си к=о и могут рассматриваться

«2 .как генератор связанной системы синусоидальных напряжений, частота которых определяется постоянными времени интеграторов, а амплитуданачальными значениями напряжений на конденсаторах интеграторов. Фазовым портретом этой системы напряжений является окружность.

Для того, чтобы реализовать спиральную развертку, необходимо обеспечить изменение амплитуды колебаний по линейному закону.

В устройстве виток спирали аппроксимируется двумя сопряженными полуокружностями (фиг.. 2) с радиусами

Г и г )+.„ ()- номер полувитка аппроксимируемой спирали О(М < 2n), которые точно совпадают со спиралью в точках а;, Ъ „ C . Для того, чтобы ,обеспечить плавное сопряжение полуокружностей при аппроксимации полувитков в точках, соответствующих

9 =- У необходимо смещать центры этих полуокружностей в направлении горизонтальной оси координат на величину - у.

1062729 тегратора 3. Видны скачкообразные изменения амплитуды колебаний в моменты времени, соответствующие.прохождению через ноль кривой %. В первой половине графика амплитуда увеличивается, во второй - уменьшается.

Кривая С показывает характер изменения напряжения на выходе формирователя 7 импульсов. Полярность импульсов соотвеТствует полуволнам кривой А. Кривая Д показывает уровень напряжения на выходе триггера 8.

Кривая Е соответствует напряжению на выходе сумматора 4. Напряжения.

А и Е могут быть исцользованы для формирования спиральной развертки °

Использование в схеме модулирующего устройства дополнительных элементов улучшает качественные характеристики, так как обеспечивает высокую линейность спиральной развертки, заданное число витков спирали и цикличность повторения растра.

1062729

Lrf

BHHHIIH Заказ 10220/51

Тираж 706 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4