Генератор гармонических колебаний

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано при экспериментальном исследовании динамических систем регулирования и в информационно-измерительной технике для получения синусоидальных колебаний с стабильной и случайной амплитудой и является усовершенствованием изобретения по авт.св.N1354214. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет одновременного получения гармонических колебаний со стабильной и случайной амплитудой. Для этого в генератор введены дополнительный компаратор 17, два дополнительных формирователя 18 и 22 импульсов, два дополнительных запоминающих блока 19 и 21. Принцип действия генератора основан на изменении случайным образом коэффициентов обратных связей генератора. Изменение коэффициентов обратных связей осуществляется с помощью делителей 1 и 2 напряжения, имеющих регулируемые коэффициенты передачи. Управляющий сигнал формируется нелинейным блоком 20. Синхронизация работы генератора осуществляется с помощью дополнительного компаратора 17 и дополнительного формирователя 18 импульсов, который вырабатывает импульсы, управляющие работой первого дополнительного запоминающего блока 19. Для получения случайных колебаний, амплитуда которых изменяется каждые полпериода, введен второй дополнительный формирователь 22 импульсов. Этим оба дополнительных формирователя импульсов являются формирователями импульсов по фронту и срезу входного сигнала. При этом импульсы, вырабатываемые вторым дополнительным формирователем импульсов, управляют работой второго дополнительного запоминающего блока 21. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А2 ии SU ао (53)5 G 06 G 7/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛВСТВУ

{61) 1354214 (21) 4470268/24-24 (22) 05.08.88 (46) 15,05.90. Бюл. Р 18 (71) Томский политехнический институт им. С.М.Кирова (72) Ю.К.Рыбин и А.М.Носов (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Р 1354214, кл. G 06 G 7/22, 1986. (54) ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано при экспериментальном исследовании динамических систем регулирования и в информационно-измерительной технике для получения синусоидальных колебаний с стабильной и случайной амплитудой и являетсяусовершенствованием генератора гармонических колебаний по авт. св.

Р 1354214. Цель изобретения — расши рение функциональных возможностей за счет одновременного получения гармонических колебаний со стабильной и случайной амплитудой. Для этого введены дополнительный компаратор 17, 2 два дополнительных формиро=-.ателя 18 и 22 импульсов, два дополнительных запоминающих блока 19 и 21. Принцип действия генератора основан на изменении случайным образом коэффициентов обратных связей генератора. Изменение коэффициентов обратных связей осуществляется с помощью делителей 1 и 2 напряж-=е, имеющих регулируемые коэффициенты передачи. Управляющий сигнал формируется нелинейным блоком 20.

Син,:онизация работы генератора осуществляется с помощью дополнительного компаратора 17 и дополнительного формирователя 18 импульсов, который вырабатывает импульсы, управляющие работой гервого дополнительного запоминающего блока 19. Для получения случайных колебаний, амплитуда которых изменяется каждые полпериода, введен второй дополнительный формирователь импульсов 22.При этом оба дополнительных формирователя импульсов являются формирователями импульсов по фронту и -срезу входного сигнала.

При этом импульсы, вырабатываемые вторым дополнительным формирователем импульсов, управляют работой второго дополнительного запоминающего блока

21. 3 ил.

1564652

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при экспериментальном исследовании динамичес- 5 ких систем регулирования, в информационно-измерительной технике и при вибрационных испытаниях машин и конструкций, для получения синусоидальных колебаний со стабильной и случай- 1 ной амплитудой.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет одновременного получения гармонических колебаний со стабильной и случайной амплитудой.

На фиг. 1 дана структурная схема генератора; на фиг. 2 — временная диаграмма, поясняющая его работу, на фиг. 3 — функциональная зависи- 21) мость, реализуемая нелинейным блоком.

Генератор содержит первый 1 и второй 2 делители напряжения, сумматоры 3, 4, четыре запоминающих блока

5-8, компаратор 9, формирователь 25

1О импульсов, ключи 11, 12, шину 13 задания амплитуды, шину 14 тактовых импульсов, косинусный 15 и синусный

16 выходы, дополнительные компаратор

17„ 18 импульсов, за- 3р

i поминающий блок 19, а также нелинейный блок 20, дополнительный запоминающий блок 21 и дополнительный формирователь 22 импульсов.

Рассмотрим работу генератора. Все ,, процессы в генераторе удобно описать

35 системой разностных уравнений, свя зывающих предыдущие и последующие, значения напряжении на выходах за4О поминающих блоков 6 и 8

Х +, Kq Клуи

У„„=У„+К2ХХ,+ где Х„и Х„,, — предыдущее и последующее значения напряжения на выходе запоминающего блока 6;

У, и У„,, — предыдущее и последующее значения напряжения на выходе запоминающего блока 8;

К, и К2 — коэффициенты передачи первого 1 и второго 2 делителей напряжения.

Выполняется эта система уравнений следующим образом. По шине 14 тактовых импульсов на управляющие входы запоминающих блоков 5-8 поступают несоз h-1

hn — — — - 1

sin h, Х =соз hn+sin л

К2

У = --.— sin

sin h (2) где Ь=агссоя(1- ††) Кл К

При условии получения гармонических колебаний с малыми иСкажениями, которое выполняется при аппроксимации колебаний большим число ступенек

t определяемым как Р=Епл (2 и/h), где

En1: — целая часть; h, а следовательноэ К f и К должны быть много меньше единицы. При этом

Х„=сов hn

Кя.

У = . sin hn.

sin Ь (3) 1

Для рассмотрения процессов в виде напряжений и в реальном масштабе перекрывающиеся, сдвинутые один относительно другого прямоугольные импульсы. Под действием этих импульсов производится поочередная запись напряжения в запоминающие блоки 5 и 7 и затем одновременно в запоминающие блоки 6 и 8.

Напряжение, записанное в запоминающем блоке 6, поступает на первый инвертирующий вход сумматора 3, на второй неинвертирующий вход сумматора 3 через делитель 2 напряжения с

<оэффициентом Кл, поступает напряжение с запоминающего блока 8. С приходом управляющего импульса в запоминающий блок 5 с выхода сумматора 3 будет переписано напряжение, равное -Х +

+К,У„= -Х„,. Это напряжение через делитель 1 напряжения с коэффициентом К2 поступает на второй неинвертирующий вход сумматора 4. На первый инвертирующий вход сумматора 4 поступает напряжение с выхода запоминаю-, щего блока 8. С приходом управляющего импульса в запоминающий блок 7 будет записано напряжение, равное

-У -К Хл1л,= -У,„,. Затем эти напряжения с приходом следующего управляющего импульса с запоминающих блоков

5 и 7 переписываются соответственно в запоминающие блоки 6 и 8, где одновременно производится инверсия знака напряжения.

Используя преобразование Лапласа, ледует, что решением системы (1) разностных уравнений будет

64652 6 ( (4) 11 оп ймпи

Uoo у — 1

aenn sjn }1 (5) а период выходных колебаний равен: целому числу периодов следования управляющих импульсов и определяется соотношением T=tEnt(2o/h).

Таким образом, напряжения на выходах запоминающих блоков 6 и 8 представляют собой квантованные во времени изменяющиеся соответственно по закону косинуса и синуса напряжения.

При переходе напряжения на выходе запоминающего блока 8 через ноль из области положительных значений в область отрицательных значений компаратор 9 формирует отрицательньй фронт, на который формирователь 10 импульсов не реагирует. Следовательно, сигнал на выходе формирователя будет отсутствовать. При переходе напряжения на выходе запоминающего блока 8 в моменты времени t, через ноль из области отрицательных. значений в область положительных значений компаратор 9 формирует положительный фронт. При этом формирователь 10 импульсов вырабатывает прямоугольный импульс, открывающий ключи 11 и 12.

T.е. открывание ключей 11 и 12 происходит раз в период.

В этот момент в запоминающий блок

6 через ключ 11 записывается опорное напряжение, значение которого равно амплитуде колебаний U Uo„, т.е. в дальнейшем колебания на выходе запоминающего блока 6 будут иметь амплитуду, равную U и, и при открывании ключа ll в следующем периоде колебаний не произойдет изменения напряжения в запоминающем блоке 6. При наличии сбоя максимальное значение напряжения U ö» не будет равно U „, поэтому при открывании ключа 11 в

5 времени полученную систему (3) уравнений запишем в виде:

Х =11 соз hnt и

У =U —.— — sin hnt, n on sin где U — задаваемое начальное зиачеоп ние амплитуды на шине !Э; — период следования управляющих импульсов в запоминающих блоках 6 и 8.

Причем

50 запоминающий блок 6 записывается

U и, следовательно, восстановится нормальная работа генератора. Одновременно с ключом 11 открывается ключ 12 и осуществляется сброс запоминающего блока 8 (фнг. 2а).

Таким образом, для стабилизации работы генератора раз в период в момент времени t устанавливается на1 чальное значение амплитуды колебаний.

Изменением U „можно регулировать амплитуду колебаний одновременно на обоих выходах 15 и 16.

При этом из формулы (4) видно, что, меняя коэффициенты К и К таким образом, чтобы К ° К =const можно пропорционально изменению К менять У ц„при Х „=const-.

Осуществляется это с помощью делителей 1 и 2 напряжения, коэффициенты передачи которых управляются сигналом Я, поступающим через второй дополнительный запоминающий блок 21 с нелинейного блока 20.

Дополнительный формирователь 18 импульсов вырабатывает прямоугольный импульс на отрицательный фронт импульса на его входе, что соответствует переходу напряжения на выходе запоминающего блока 6 в моменты времени t< через ноль из положительной

l в отрицательную область значений. При этом в первый дополнительный запоминающий блок 19 с запоминающего блока

8 переписывается напряжение, соответствующее У „. Это напряжение поступает на вход нелинейного блока 20, где преобразуется в соответствии с его нелинейной характеристикой. Сигнал с выхода нелинейного блока 20 поступает на вход второго дополнительного запоминающего блока 21. Управляющий вход блока 21 подключен к выходу формирователя 10 импульсов и при переходе напряжения на выходе saпоминающего блока 8 в моменты времени

t из отрицательной в .положительную область значений в него будет записано напряжение с нелинейного блока

20 и подано на первые входы делителей

1 и 2 напряжения.

Таким образом, на выходе запоминающего блока 6 будет формироваться косинусоидальный сигнал со стабильной амплитудой, а на выходе запоминающего блока 8 — синусоидальный сиг7 < 1564652 8 нал с изменяющейся каждый период амплитудой.

С целью получения синусоидальных !

1 . колебаний со случайной амплитудой, 5 изменяющейся каждые полпериода, может быть введен второй дополнительный формирователь 22 импульсов, вход которого подключен к выходу компаратора

9, а выход соединен с управляющим 10 входом второго дополнительного sanol минающего блока 21, причем оба дополнительных формирователя 18 и 22 импульсов выполнены в виде формирователей импульсов по фронтуи срезу вход-!5 ного сигнала.

При каждом переходе напряжения на выходе запоминающего блока 6 через ноль на выходе дополнительного формирователя 18,импульсов формируется им- 20 пульс и в первый дополнительный запоминающий блок 19 будет записано амплитудное значение напряжения на выход запоминающего блока 8. Это напряжение преобразуется в нелинейном блоке 20 и полученное случайное напряжение поступает на вход второго дополнительного запоминающего блока

21, который в данном случае управляется импульсами второго дополнитель- З0 ного формирователя 22 импульсов. Второй дополнительный формирователь 22 импульсов подключен к выходу компара1 тора 9 и выполнен в виде формировате,ля импульсов по фронту и срезу вход ного импульса. Таким образом, каждая следующая полуволна синусоидального

,напряжения на выходе запоминающего блока 8 будет формироваться с новым случайным коэффициентом К (5) и, 40 следовательно, амплитуда колебаний будет спучайной каждые полупериода (фиг. 2в).

Стабилизация амплитуды косинусоидальных колебаний на выходе запоминающего блока 6 по-прежнему производится раз в период установкой начального значения с помощью компаратора

9, формирователя 10 импульсов и ключей 11 и 12, В запоминающих блоках б и 8 производится инверсия знака, Поэтому они выполнены как запоминающие блоки 5 и 7 с последующим включением инвертора, Формула изобретения

Генератор гармонических колебаний по авт. св. У 1354214, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного получения гармонических колебаний со стабильной и случайной амплитудой, в него введены последовательно соединенные дополнительный компаратор, дополнительный формирователь импульсов, первый дополнительный запоминающий блок, нелинейный блок и второй дополни" тельный запоминающий блок, причем первый вход дополнительного компаратора соединен с выходом второго запоминающего блока, а второй вход подключен к шине нулевого потенциала, выход второго дополнительного запоминающего блока подключен к входам управления коэффициентом передачи первого и второго делителей напряжения, управляющий вход первого дополнительного запоминающего блока соединен с выходом четвертого запоминающего блока, а управляющий вход:"второго допол- нительного запоминающего блока соединен с выходом формирователя импуль" сов.

1564652

Составитель. Н.Зайцев

Редактор О.Спесивых Техред М.Дидык Корректор М.Пожо

Заказ 1162 Тираж 556 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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