Аналого-цифровой интегратор
Изобретение может найти примене ние при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобре тения является повышение точности записи начальных условий. Аналогоцифровой интегратор содержит первый переключатель 1, преобразователь 2 напряжение - частота, реверсивный счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь 4, блок 5 Слежение-хранение, первый блок 6 сравнения, нуль-орган 7, элемент И-НЕ 8, инвертор 9, элемент ИЛИ 10, источник 11 питания, пиковый детектор 12, сигнализатор 13 напряжений питания, реле 14 времени, буферный усилитель 15, второй блок 16 сравнения, второй переключатель 17. Сущность изобретения состоит в том, что в режиме записи начальных условий путем подачи питания на интегратор по сигналу реле времени происходит изменение структуры интегратора, в результате чего рассогласование между его выходньм напряжением и сигналом начальных условий уменьшается до нуля. 1 ил. § ила 4 4 4 ОО СО to
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К А ИТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4302083/24-24 (22) 15. 07. 87 (46) 15.12.88. Бюл. И 46 (72) Е.В.Колмыков, Э.С.Никулин, Л.В.Тихомирова и И.В.Шмаков (53) 681.335(088.8) (5e) Авторское свидетельство СССР В 507872, кл. G 06 G 7/18, 1975. Авторское свидетельство СССР У 732905, кл. G 06 G 7/18, 1977. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАТОР (57) Изобретение может найти применение при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобретения является повышение точности записи начальных условий. Аналогоцифровой интегратор содержит первый переключатель 1, преобразователь 2.. SU„„1444832 А 1 напряжение — частота, реверсивный счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь 4, блок 5 "Слежение-хранение", первый блок 6 сравнения, нуль-орган 7, элемент И-НЕ 8, инвертор 9, элемент ИЛИ 10, источник 11 питания, пиковый детектор 12, сигнализатор 13 напряжений питания, реле 14 времени, буферный усилитель 15, второй блок 16 сравнения, второй переключатель 17. Сущность изобретения состоит в том, что в режиме записи начальных условий путем подачи питания на интегратор по сигналу реле времени происходит изменение структуры интегратора, в результате чего рассогласование между .его д выходным напряжением и сигналом начальных условий уменьшается до нуля. 1 ил ° С: 1444832 Изобретение относится к автоматике и предназначено для формирования напряжения, пропорционального интегралу от входного сигнала. Оно может ис5 пользоваться в системах автоматического управления различными объектами когда требуются большие постоянные интегрирования. Целью изобретения является повыше- 10 ние точности записи начальных условий в интегратор. На чертеже приведена схема аналого-цифрового интегратора. Интегратор содержит первый переключатель 1, преобразователь 2 напря= жение — частота, реверсивный счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь 4, блок 5 "Слежение-хранение", первый блок 6 сравнения, нуль-орган 7, элемент И-НЕ 8, инвертор 9, элемент ИЛИ 10, источник 11 питания, пиковый детектор 12, сигнализатор 13 напряжений питания, реле 14 времени, буферный усилитель 15, второй блок 16 сравне 25 ния, второй. переключатель 17. Блок 5 "Слежение-хранение" содержит первый и второй масштабные резисторы 18 и 19, зарядный резистор 20, два переключателя 21 и 22, операционный 3р усилитель 23, запоминакпций конденсатор 24, МОП-транзистор 25. Для рассматриваемого интегратора характерны следующие режимы работы: интегрирование, восстановление информации после сбоев счетчика и кратковременных перерывов в подаче питания и запись начальных условий. В режиме интегрирования устройство работает после окончания переходных процессов в цепях питания и прихода реле 14 времени во включенное состояние, характеризующееся тем, что его. выходной сигнал имеет единичное значение, по которому переключачели 17, 22 удерживаются В нижнем положении. При этом выходные напряжения источника 11 питания имеют номинальные значения и сигнализатор 13 напряжений питания и пиковый детектор 12 переводят МОПтранзистор 25 в открытое состояние, в результате чего запоминающий конденсатор 24 подключается к выходу операционного усилителя 23. Исходное состояние контура восстановления информации, включающего в се 5 бя блок 5 "Слежение-хранение", первый блок 6 сравнения, нуль-орган 7, и элементы И-НЕ 8 и ИЛИ 10, соответствует равенству абсолютных значений выходных напряжений цифроаналогового преобразователя 4 (U ><) и блока 5 "Слежение-хранение" (Пя), в результате чего выходные сигналы нуль-органа 7 и элемента ИЛИ 10 имеют нулевые значения и переключатель 1 соединяет вход преобразователя 2 напряжение-частота с входом устройства (U „), а элемент И-HE 8 удерживает ключ 21 в замкнутом состоянии, и блок 5 "Слежение-хранение" работает в режиме слежения за напряжением с выхода цифроаналогового преобразователя 4. При наличии входноГО сиГнала U „ 40 преобразователь 2 напряжение-частота генерирует импульсы с частотой 1ц, пропорциональной U „", которые в зависимости от знака U поступают на входы +" или "-" реверсивного счетчика 3. За каждый период работы преобразователя 2 в счетчике 3:фиксируются величина и знак приращения интеграла входного напряжения П „, т.е. осуществляется квантование интеграла входного сигнала по уровню. Таким образом, в счетчике 3 формируется цифровой код Ы, характеризующий U „ dt, котоt рый с помощью цифроаналогового преобразователя 4 преобразуется в эквивалентное электрическое напряжение. При нормальной работе аналого-циф-. рового интегратора (без сбоев счетчика) блок 5 "Слежение-хранение" находится в режиме слежения за сигналом с выхода цифроаналогового преобразователя 4, причем скорость слежения выбирается выше максимальной ско" рости изменения напряжения на выходе преобразователя 4, а приведенная к входу блока 6 сравнения зона нечувствительности нуль-органа 7 Hp менее одного кванта сигнала с выхода преобразователя 4 и контур восстановления информации находится в исходном сос« тоянии, рассмотренном выше. Если в процессе интегрирования (или хранения интеграла при U z =О) произойдет сбой счетчика 3, то из-за ограниченной скорости слежения блока 5 "Слежение-хранение" сигналы на входах блока 6 сравнения отличаются на величину, превьппающую зону нечувствительности. На выходе блока 6 сравнения возникает напряжение, знак которого определяется рассогласованием 1444832 50 сигналов U äö и U При этом нульорган 7 формирует независимо от знака рассогласования единичное значение логического сигнала по которому элеФ 5 мент И-НЕ 8 переводит ключ 21 в разомкнутое состояние, и блок 5 "Слежение-хранение" переходит в режим поддержания напряжения, предшествующего сбою счетчика 3 (режим хранения). Одновременно по единичному значению выходного сигнала элемента ИЛИ 10 переключатель 1 соединяет вход преобразователя 2 напряжение-частота через переключатель 17 с выходом блока 6 сравнения. Под действием сигнала с выхода блока 6 сравнения преобразователь 2 восстанавливает информацию в счетчике 3, т.к. подача импульсов на один из входов счетчика 3 осуществля- 20 ется до тех пор, пока разность напряжений с выхода блока 5 "Слежение-хранение" и цифроаналогового преобразователя 4 не .снизится до величины, при которой произойдет отключение нуль-ор-25 гана 7. После этого выходной сигнал нуль-органа 7 принимает нулевое значение, а следовательно, переключатель 1 подключает вход преобразователя 2 к входу устройства (U „), ключ 21 пере- 30 ходит в замкнутое состояние, а блок 5 "Слежение-хранение" — в режим слеже-.. ния за сигналом U<<„„ и схема возвращается в прежнее состояние, обеспечивая дальнейшее формирование интеграла от входного сигнала Us„ . Для уменьшения погрешности интегратора, связанной с изменением потенциала на запоминающем конденсаторе 24 при работе блока 5 "Слежение-хранение в режиме хранения, необходимо увели40 чивать частоту преобразователя 2 напряжение-частота, т.е. сокращать время восстановления информации. Это достигается тем, что при срабатывании нуль-органа 7 преобразователь 2 сиг" налом, поступающим на вход перестройки частоты с нуль-органа 7 через элемент ИЛИ 10 перестраивается на повышенную частоту следования импульсов сд ) fq Работа интегратора в режиме восстановления информации при кратковременных перерывах питания происходит следующим образом. При исчезновении напряжения U в питающей сети выходные напряжения источника 11 питания уменьшаются до нулевых уровней с различными постоянными времени. Пока они близки к номинальным значениям, сигналиэатор 13 напряжений питания поддерживает МОПтранзистор 25 в открытом состоянии. Но как только хотя бы одно из выходных напряжений источника 11 питания выйдет из допустимой зоны, выходной сигнал сигнализатора 13 релейно изменяет свою полярность, что приводит к закрыванию МОП-транзистора 25. Врезультате этого запоминающий конденсатор 24 оказывается отключенным от операционного усилителя 23 и напряжение на нем за время перерыва питания изменяется относительно первоначального уровня (U ) на незначительную величину. Поскольку сигнализатор 13 напряжений питания обеспечивает отключение запоминающего конденсатора 24 при условии выхода иэ допустимой зоны хотя бы одного напряжения питания, нарушения нормальных состояний узлов интегратора, возникающие после этого, не приводят к изменению заряда на запоминающем конденсаторе. Необходимые значения напряжений на подложке ИОП- транзистора 25 и на выходе сигнализатора 13 сохраняются в течение перерыва питания за счет пикового детектора 12. Кратковременные перерывы пита" ния не приводят к запуску реле времени 14, и состояние переключателей 17 и 22 в этом режиме соответствует исходному. Появление напряжения U в питающей сети после кратковременного его исчезновения вызывает увеличение выходных напряжений источника 11 питания от нулевых значений до номинальных. При этом состояние сигналиэатора 13, соответствующее закрытому МОП-транзистору 25, сохраняется до тех пор, пока хотя бы одно иэ этих напряжений находится вне допустимой зоны. Как только последнее из них примет допустимое значение, при котором на все узлы интегратора поступают напряжения питания, близкие к номинальным, сигнализатор 13 релейно изменяет полярность своего выходного сигнала, ИОП-транзистор 25 открывается и на выходе блока 5 "Слежение-хранение" устанавI ливается напряжение Uä, определенное потенциалом на конденсаторе 24 и близкое по значению напряжению Uð, которое быпо на нем до перерыва в подаче питания. Если У д„ ФБп, то срабатывает 2 6 временная задержка, формируемая реле 14 времени, c> — постоянная времени заряда конденсатора 24. При выполнении этих соотношений конденсатор 24 в конце выдержки времени в оказывается заряженным до уровня выходного ! напряжения (U„) усилителя 23, соответствующего условию Бцы„=Б„, а напряжение на выходе блока 6 сравнения близко к нулевому уровню (т.к. U = .=Б д„) и выходной сигнал нуль-органа 7 в конце рц имеет нулевое значение. После окончания задержки с <> выходной сигнал реле 14 времени принимает единичное значение, что приводит к изменению состояния переключателей 17, 22 и I,и интегратор переходит в режим интегрирования входного сигнала. При этом выходное напряжение блока 5 "Слежение-хпанение" не изменяется, так как левая обкладка конденсатора 24 переключается между точками, напряжения в которых практически равны нулю (ток заряда конденсатора отсутствует, усилитель 23 работает в линейном режиме и потенциал на его инвертирующем входе определяется смещением куля усилителя, т.е. не превышает нескольких милливольт). За счет того„ что в режиме записи начальных условий конденсатор 24 выключается из цепи отрицательной обратной связи усилителя 23 и заряжается через резистор 20, а в конце задержки с<> "безударно" подключается к усилителю 23, достигается безынерци" онность блока Слежение-хранение и устраняется самовозбуждение аналогоцифрового интегратора .в этом режиме, в результате чего исключаются динамические составляющие погрешности записи начальных условий, связанные с указанными факторами. Погрешность предложенного интегратора в этом режиме определяется практически только блоком 16 сравнения (его смещением нуля) и неидеальностью входных цепей. Формула изобретения Аналого-цифровой интегратор, содержащий первый переключатель, первый информационный вход которого является входом интегратора, а выход соединен с информационным входом преобразователя напряжение — частота, вход перестройки частоты которого соединен с 5 144483 нуль-орган 7 и в интеграторе происходит восстановление информации подобна тому, как это имеет место при сбоях счетчика. Работа интегратора в режиме записи начальных условий происходит следующим образом. Если после длительного нахождения генератора в обесточенном состоянии 1О он подключается к питающей сети, то в первый момент времени выхбдной сигнал реле 14 времени имеет нулевое значение. При этом переключатели 1? и 22 устанавливаются в верхнее положение, а переключатели 1 и 21 — в нижнее не" зависимо от состояния нуль-органа 7. Рассогласование 6U> =U„>-U < с выхода второго блока 16 сравнения поступает через переключатели 17 и 1 на вход 2р преобразователя 2 напряжение — частота, который настраивается (па входу перестройки частоты) на повышенную частоту. следования импульсов (E „ » fz) сигналом с элемента ИЛИ 10, принимаю- 25 щим в этом случае единичное значение за счет инвертора 9. По нулевому значению сигнала реле 14 времени переключатель 22 отключает конденсатор 24 от инвертирующего вха" 30 да усилителя 23 и подключает его к резистору 20, в результате чего блок 5 "Слежение-хранение" переходит в режим аналогового инвертора, коэффициент передачи которого определяется отноше- „ нием сопротивлений резисторов 19 и 18 Конденсатор 24 при этом обеспечивает выходное напряжение усилителя 23, заряжаясь через резистор 20, переключатель 22 и открытый ИОП-транзистор 25. 4о В результате в этом режиме преобразователь 2 напряжение — частота, работая на повышенной частоте 1, обеспечивает быстрое изменение кода в счетчике 3 до тех пор, пока рассогласование 6U„> на выходе блока 16 сравнения не станет равным нулю, т.е. до выполнения условия U ы„=U . Время, которое требуется для достижения этого условия (т.е. фактическое время за-5р писи начальных условий t „„) определяется в основном частотой ймпульсав на выходе преобразователя 2 и значением записываемого в счетчик 3 кода. Обеспечение нормальной работы инте-55 гратора в режиме записи начальных ус- ловий связано с выполнением соотношейия "ps )> Hgmalcc H cpeoo з где Составитель В.Алекперов Редактор N.Öèòêèíà Техреду .Дидьк Корр ек тор H . .Ко роль Заказ 6509/51 Тираж 704 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 14448 управляющим входом первого переключателя, а первый и второй выходы соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счет5 чика, выходы которого соединены с соответствующими цифровыми входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход 10 которого соединен с выходом блока "Слежение-хранение", источник питания, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими сигнальными входами сигнализатора напри- 15 жений питания, причем первый выход источника питания соединен с входом пикового детектора, выход которого соединен с входом питания сигнализатора напряжений питания и с входом за-20 дания опорного напряжения блока "Слежение-хранение", вход хранения информации которого соединен с выходом сигнализатора напряжений питания, реле времени, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ и с управляющим входом второго переключателя, выход элемента И-НЕ соединен с . входом "Слежение-хранение" блока "Слежение-хранение", о т л и ч а ю щ и и -З0 с я тем„ что, с целью повышения точности записи начальных условий, в не32 8 го введены элемент ИЛИ, инвертор, нуль-орган, буферный усилитель и второй блок сравнения, причем второй информационный вход первого переключателя соединен с выходом второго переключателя, первый информационный вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, первый вход которого соединен с входом задания начальных условий интегратора, а второй вход соединен с выходом буферного усилителя и является выходом интегратора, вход буферного усилителя соединен с выходом блока "Слежение-хранение", выход первого блока сравнения соединен с входом нуль-органа и с вторым информационным входом второго переключателя, выход нуль-органа соединен с вторым входом элемента И-НЕ и с первым входом элемента ИЛИ, второй„ вход которого соединен с выходом инверто" ра, вход которого соединен с выходом реле времени и с входом управления коэффициентом передачи блока "Слежениехранение", сигнальный вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вход реле времени соединен с третьим выходом источника питания, выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом первого переключателя.
