Аналого-цифровой преобразователь интегральных характеристик электрических величин с мультипликативной автокоррекцией

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С МУЛЬТИПЛИКАТИВНОЙ АВТОКОРРЕКЦИЕЙ, содержащий аналоговый коммутатор, источник опорного напряжения, три блока перемножения , каждый из которых выполнен на двух операционных усилителяхинверторах , четырех аналоговых ключах , формирователе импульсов стабильной длительности и двух преобразователях напряжения в частоту, блок управления, выполненный на нуль-ор гане., счетчике и дешифраторе, сумматор частот, выполненный на шести триггерах , сдвиговом регистре, инверторе и элементе ИЛИ, генератор опорной частоты, элемент задержки, цифровой интегратор, блок масштабирования, элемент ИЛИ, счетчик результата, триггер памяти знака и согласующее устройство, входы которого являются шинами входных сигналов, первые выходы соединены с соответствующими первыми входами аналогового коммутатора , а.второй выход - с входом нуль-органа блока управления, выход нуль-органа соединен с входом счетчика , выходы которого подключены к входам дешифратора, выходы которого являются выходами блока управления и соединены с вторыми входами аналогового коммутатора, первыми входами первого и второго аналоговых ключей каждого блока перемножения, первым и вторым входами блока деления на период, первым входом блока , извлечения корня квадратного, первы ми входами блока масштабирования, первым и вторым входами цифрового интегратора, первым и вторым входами элемента ИЛИ, входом элемента i задержки, первым входом счетчика результата, каждый первый и второй выходы аналогового коммутатора соединены соответственно с входами первого и второго операционных усилителей-инверторов каждого блока перемножения и через второй и третий аналоговые ключи соединенысоответственно с входами соответствующих преобразователей напряжения в часто00 ту блоков перемножения, выходы первого и второго операционных усили;л телей-инверторов каждого блока пере9 ) множения соединены соответственно через первый и четвертый аналоговые ключи с входами первого и второго преобразователей напряжения в частоту , выход первого преобразователя напряжений в частоту каждого блока перемножения подключен к первому входу Соответствующего формирователя импульсов стабильной длительности, второй вход каждого из которых соединен с выходом генератора опорной частоты, а выходы - с вторыми входами третьего и четвертого аналоговых

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (5!)4 Н 03 M 1/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3740147/24-24 (2") 04.05.84 (46) 15. 10.85. Бюл. У 38 (72) Г.Н.Лавров и О.М.Доронина (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им..Ленинского комсомола (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 940296, кл. Н 03 К 13/17, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1035790, кл. Н 03 К 13/02, 1983. (54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕГРАЛЬНЪ|Х ХАРАКТЕРИСТИК

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С МУЛЬТИПЛИКАТИВНОЙ АВТОКОРРЕКЦИЕЙ, содержащий аналоговый коммутатор, источник опорного напряжения, три блока перемножения, каждый иэ которых выполнен на двух операционных усилителяхинверторах, четырех аналоговых ключах, формирователе импульсов стабильной длительности и двух преобразователях напряжения в частоту, блок управления, выполненный на нуль-орI гане, счетчике и дешифраторе, сумматор частот, выполненный на шести триггерах, сдвиговом регистре, инверторе и элементе ИЛИ, генератор опорной частоты, элемент задержки, цифровой интегратор, блок масштабирования, элемент ИЛИ, счетчик результата, триггер памяти знака и согласующее устройство, входы которого являются шинами входных сигналов, первые выходы соединены с соответствующими первыми входами аналогового коммутатора, а. второй выход — с входом нуль"органа блока управления, выход нуль-органа соединен с входом счет" чика, выходы которого подключены к входам дешифратора, выходы которого являются выходами блока управления и соединены с вторыми входами аналогового коммутатора, первыми входами первого и второго аналоговых ключей каждого блока перемножения, первым и вторым входами блока деле" ния на период, первым входом блока извлечения корня квадратного, первы» ми входами блока масштабирования, первым и вторым входами цифрового интегратора, первым и вторым входами элемента ИЛИ, входом элемента о задержки, первым входом счетчика результата, каждый первый и второй выходы аналогового коммутатора соединены соответственно с входами первого и второго операционных усилителей-инверторов каждого блока перемножения и через второй и третий .аналоговые ключи соединены соответственно с входами соответствующих преобразователей напряжения в частоту блоков перемножения, выходы первого и второго операционных усилителей-инверторов каждого блока перемножения соединены соответственно че- . рез первый и четвертый аналоговые ключи с входами первого и второго преобразователей напряжения в частоту, выход первого преобразователя напряжения в частоту каждого блока перемножения подключен к первому входу соответствующего формирователя импульсов стабильной длительности, второй вход каждого из которых соединен с выходом генератора опорной частоты, а выходы — с вторыми входами третьего и четвертого аналоговых

11856 )4

55 ключей, выход второго преобразователя напряжения в частоту каждого блока перемножения соединен соответственно с первыми входами первого, второго и третьего триггеров сумма-тора частот, вторые входы которых соединены с выходами соответственно четвертого, пятого и шестого триггеров, первые входы которых подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего триггеров, вторые входы объединены и через инвертор подключены к входу сдвигового регистра, выходу генератора опорной частоты и третьему входу блока деления на период, а третьи входы четвертого, пятого и шестого триггеров подключены к выходам сдвигового регистра, третии вход цифрового интегратора соединен с выходом элемента задержки, а первые выходы — с четвертыми входами блока деления на период, пятый вход которого соединен с вторым выходом цифрового интегратора, первым входом триггера памяти знака, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, второй, третий и четвертый входы блока масштабирования соединены соответственно с первым и вторым выходами блока деления на период и выходом блока извлечения корня квадратного, второй вход которого подключен к третьему выходу блока деления на

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в измерительно-информационных системах, автоматизированных системах управления, где предусматривается контроль и ввод данных об интегральных параметрах электрической сети (активной и реактивной энергии и мощности трехфазной цепи, действующих значений напряжения и силы переменного тока) в электронные вычислительные машины для последующей обработки.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение преобразователя.

На чертеже изображена структурная схема электрического аналогоцифрового преобразователя интегральпериод и пятому входу блока масштабирования, выход которого подключен к второму входу счетчика результата, выход: которого являются выходными шинами, третий вход аналогового коммутатора соединен с выходом источника опорного напряжения, о т л и ч а-; ю шийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения преобразователя, в него введены вычитающий счетчик, ключ, двоичный умножитель коррекции, выполненныи на элементах И, элементе ИЛИ и счетчике, первый вход которого соединен с выходом элемента

ИЛИ сумматора частот, второй вход счетчика соединен с выходом блока управления, а выходы — с первыми входами соответствующих элементов И, вторые входы которых соединены с выходами вычитающего счетчика, а выходы— с входами элемента ИЛИ двоичного умножителя коррекции, выход которого подключен к четвертому входу цифрового интегратора, причем выход блока управления соединен с первыми входами ключа и вычитающего счетчика, второи вход которого через ключ соединен с выходом блока масштабирования, при этом в сумматоре частот входы элемента ИЛИ объединены с вторыми входами первого, второго и третьего триггеров. ных характеристик электрических величин с мультипликативной автокоррекцией.

Аналого-цифровой преобразователь состоит из согласующего устройства 1, аналогового коммутатора 2, источника

3 опорного напряжения, блоков 4 — б перемножения, каждый из которых содержит входы 7 — 11, два операционных усилителя — инвертора 12 и 13, аналоговые ключи 14 — 17, преобразователи 18 и 19 напряжения в частоту и формирователь 2Э импульсов стабильной длительности, блок 21 управления, содержащий нуль-орган 22, счетчик 23 и дешифратор 24, сумматора 25 часто1, содержащего триггеры 26 — 1, сдвиходам триггеров 26 — 28, вторые входы объединены и подключены через инвертор 33 к входу сдвигового регистра 3", выходу генератора 35, а третьи входы соединены с выходами сдвигового регистра 32. Выход элемента ИЛИ 34 соединен с первым входом счетчика 37 двоичного умножителя 36 коррекции. Второй вход счетчика 37 подключен к выходу дешифратора 24, Выходы счетчика 37 соединены с первыми входами элементов И 38, вторые входы которых подключены к выходам вычитающего счетчика 40, а выходы - к входам элемента ИЛИ 39, третий вход цифрового интегратора 43 соединен с выходом элемента 4"., четвертый вход — с выходом элемента 39, а выход генератора 35 соединен с третьим входом блока 44, четвертые входы которого соединены с первыми выходами цифрового интегратора 43, второй выход которого соединен с пятым входом блока 44 и первым входом триггера 49, второй вход которого соединен с выходом элемента 48. Выход генератора 35 соединен с входами 10 блоКов 4 — 6. Второй и третий входы блока 46 соединены с первым и вторым выходами блока 44, четвертый вход— с выходом блока 45, второй вход которого подключен к третьему выходу блока 44 и пятому входу блока 46.

Выход блока 46 подключен к второму входу счетчика 47 и через ключ 41 к второму входу вычитающего счетчика 4Ч. Выход источника 3 соединен с третьим входом аналогового коммутатора 2. !

Работа аналого-цифрового преобразователя интегральных характеристик электрических величин с мультиплика" тивной автокоррекцией отличается от работы прототипа осуществлением мультипликативной автокоррекции и введением корректирующего коэффициента.

Мультипликативная автокоррекция в аналого-цифровом преобразователе производится в каждом его рабочем цикле. Цля этого блоком 21 выделяется такт коррекции, в начале которого вычитающий счетчик 40 устанавливает„ п-< ся в состояние 2, где n — - число двоичных разрядов счетчика 40, счетчик 37 сбрасывается в "нуль", ключ

41 замыкается, а к входу блоков 46 подключается опорное напряжение

Бя с выхода источника 3 опорного на25 з 1185604 4 говый регистр 32, инвертор 33 и элемент ИЛИ 34, генератора 35 опорной частоты, двоичного умножителя 36 коррекции, содержащего счетчик 37, группу элементов И 38, элемент ИЛИ

Э9, вычитающего счетчика 40, ключа

41, элемента 42 задержки, цифрового интегратора 43, блока 44 деления на период, блока 45 извлекателя карня квадратного, блока 46 масштаби- 10 рования, счетчика 47 результата, элемента ИЛИ 48 и триггера 49 памяти знака.

Входы согласующего устройства 1 являются шинами входных сигналов, а первые выходы соединены с первыми входами аналогового коммутатора 2, второй выход согласующего устройства

1 подключен к входу нуль-органа 22, выход которого соединен с входом 20 счетчика 23. Выходы последнего подключены к входам дешифратора 24, вы ходы которого соединены с вторыми входами аналогового коммутатора.2,, первыми входами аналоговых ключей

14 и 15 каждого блока 4 — 6, первым и вторым входом цифрового интегратора

43, блока 44, первыми входами блоков 45 и 46, счетчика 47, входом элемента 42, . первым входом вычитающего счетчика

40, первым и вторым входами элемента

ИЛИ 48, первым входом ключа 41. Каж дый первый и второй выходы аналогового коммутатора 2 соединены с входами 9 и 11 блоков 4 — 6. Входы 7 и 8 каждого иэ блоков 4 — 6 подключены Ç5 к входам соответственно аналоговых ключей 14 и 15, а входы 9 и 11 — к входам соответственно операционных усилителей-инверторов 12 и 13 и через аналоговые ключи 15 и 17 — к 40 входам преобразователей 18 и 19 на-. пряжения в частоту. Выходы операционных усилителей-инверторов 12 и 13 соединены соответственно через аналоговые ключи 14 и 16 с входами пре- 45 образователей 18 19. Выход преобразователя 18 подк очек к первому входу формирователя 2Э, второй вход которого соединен с входом 10 блоков

4 — 6, а выходы — с входами аналого- 50 вых ключей 16 и 17. Выход преобразователя 19 каждого блока 4 — 6 соединен с первым входом триггеров соответственно 26 — 28, вторые входы последних соединены с входами элемента 55

ИЛИ 34 и выходами соответственно триггеров 29 — 31, первые входы которых подключены соответственно к вы11856М пряжения, претерпевающее в аналогоцифровом преобразователе те же преобразования, что и входные токи (напряжения).

Поэтому при проведении коррекции на выходе блока 46 формируется пачка импульсов, число N которых определяется из выражения

N К И., К„ (1) iD где Кт — суммарный масштабный коэффициент функции преобразования аналого-цифрового преобразователя;

К вЂ” корректирующий коэффициент, устанавливаемый двоичным умножителем 36 коррекции совместно с вычитающим счетчиком 4 3; опорное напряжение 20

Кк = Нос/2п, (2) где N — числа, которому соответствует код в вычитающем счетчике 40, тт

2 — коэффициент пересчета счет- 25 чиков 37 и 43.

Управляющим кодом двоичного умножителя 36 коррекции является код числа Мо, находящичся в вычитающем счетчике 40, причем старший разряд последнего является управляющим для младшего разряда счетчика 37 и наоборот — младший — дпя старшего.

Число Nil может быть представлено и-т П-Z 35 т !ос <тп1 2 + dl! 2 +

+ ... + Д (3) де d >, d „>, ° .. d p — coc TQHHHH ( разрядов вычитающега счетчика 40 !

1т!-г 1 ° ° °, <то могУт принимать 4О значения "0" или "1"). При этом при ! поступлении И импульсов на первый вход счетчика 37 с выхода элемента

З Г сумматора 25 частот на выход первого элемента И 38 поступает чисl 45 ло импульсов (N „ /2) ° d „,, на выход следующего за ним элемента И 38 ! /nl! (N I ° ) Л и г, на выход последнего элемента И 38 (NÄ 2 )dо. На выход элемента ИПИ 39 поступает числа импульсов N и ! /

И Ъ

Nl! = ---d + ---,4 + ... +

1l-1 22 и т ! !

N !! Nк !1 ° 1 л-г

+ - -d †--(d ° 2 + d " + э !т !1- 2

55 ,т ) 1 Ж

N о (4) что соответствует выражению (2) При отсутствии мультипликативной погрешности аналого-цифрового преобразователя ЬК = К вЂ” К = 0 где К вЂ” расчетное значение масштабного коэффициента функции преобразования аналого-цифрового преобразователя (число импульсов в выходной пачке блока 46 равно - . Поэтому при ,,л поступлении этой пачки на второй вход вычитающего счетчика 40 его состаяние не изменяется и соответствует

n-! числу 1!1<, = 2

При наличии мультипликативной погрешности (ЬК 4 0) число импульсов на выходе блока 46, а следовательно, и входе вычитающега счетчика 40 изменяется на некоторую величину Л И что приводит к изменению состояния счетчика 40 до значения, соответствую !

l- ° щего числу N, = 2 — hNос, а ледовательно, и изменению корректирующего коэффициента К к. Причем последний должен принять такое значение, при котором при поступлении на вход двоичного умножителя 36 коррекции тоI го же числа импульсов (И к ), чта и до коррекции состояния вычитающего счетчика 40, число импульсов на входе этого счетчика будет равно 2 тт

Коэффициент К до и после коррекции определяется из следующих выраже ний (5) и (6) соответственно:

Кк = 1/2; (5)

К„ = (2 „- атно,)/2" = (1 о !ос /2 (6)

При этом с учетом выражения (1) справедливы следующие соотношения (7) /2т- )/2 = 2, (8) К,.U

К "к которые при подстановке значения

К Бк из (7) в (8) и деления обеих частей последнего на (2 + 3 N ) преос образуются к виду !! — !к„Я" - (I ос/ (9) Разложим правую и левую часть уравнения (9) в степенные ряды ос/2 ) 1 ос /2 + (aN«/2") + (aN«/2 ) . (11) !

Два первых члена стеттенных рядов (10! и (11) совпадают, поэтому ттри пренеI I 85604

8 брежении остальными их членами мож-, но говорить о справедливости выражения (7).

Наличие третьего, четвертого и т.д. членов рядов (10) и (» ) приводит к относительной методической погрешности коррекции

0 = — -(Z/К) .

3 к 2 (12)

При ьК/К 1Х, что имеет место в реальных аналого-цифровых преобразователях с периодической (через несколько секунд) коррекцией, 8„= 0,015Х.

Цля снижения о„ можно увеличивать число шагов коррекции. Так, после ее. второго и третьего шага относительная методическая погрешность опреде1 3 ляется как 3/2(ЬК/К) и — -(6К/К) и при аК/К 1Х составляет соответственно 0,0015Х и 0,00015Х.

Инструментальная погрешность мультипликативной автокоррекции в предлагаемом преобразователе зависит от числа разрядов вычитающего счетчика

4п и при n = 12 составляет: к<4= (1/2") -100X 0,03Х. (13)

В прототипе инструментальная погрешность мультипликативной автокоррекции зависит от числа разрядов вычитающих счетчиков, а также точности подборки шунтирующих резисторов и сопротивления ключей. Сопротивления резисторов в прототипе должны быть йодобраны как r, = 2 " г, где — порядковый номер резйстора, а

r — сопротивление резистора. Однако несоответствие реальных шкал рядов высокостабильных резисторов этим значениям, а также сопротивления аналоговых ключей могут привести к поправке в шунтирующих сопротивлениях

r„ до 1Х. Тогда при поступлении на вход вычитающего счетчика на первом шаге коррекции,,когда сопротивление между стабилизаторами тока и напряжения в преобразователе напряжения в частоту составляет R - г/2,01 (2 +

+ 1), импульсов состояние этого счетчика изменяется до значения 2 — 1, э -! что приводит к изменению сопротивле5 ния К до значения 2 I ° 0(г

2 10(+ (2 -! )

При этом погрешность коррекции определяется из выражения wu o &" ее/15. где N определяется из выражения (2

20 (/б f при n - 12; 6 < „ < - 0,5Х.

Таким образом, инструментальная погрешность коррекции в предлагаемом

25 аналого-цифровом преобразователе снижается по сравнению с инструментальной погрешностью прототипа в

5 кмис /b „,« - 16 раз

В предлагаемом аналого-цифровом преобразователе мультипликативная asтокоррекция для всех блоков перемножения производится в его каждом рабочем цикле, в то время как в прото" типе она производится для каждого блока 1 раз за три рабочих цикла.

При этом методическая погрешность в аналого-цифровом преобразователе по сравнению с таковой в прототипе снижается с учетом формулы (12) в

40 9 Раз.

Кроме того, в предлагаемом аналогоцифровом преобразователе по сравнению с прототипом отпадает необходимость в двух вычитающих счетчиках, 45 шунтирующих резисторах и аналоговых ключах для их подключения, сдвиговом регистре, четырех ключах, трех элементах ИЛИ, элементе И, за счет чего осуществляется упрощение устройства по сравнению с прототипом.

)185б04

Составитель А.Титов

Техред A.Áàáèíåö Корректор С.Шекмар

Редактор E.Êoï÷à

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 6437/58 Тираж 871 Подписное

BHHHILH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5