Аналого-цифровой интегратор

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления различными технологическими процессами и объектами. Цель изобретения - повышение точности и упрощение интегратора . Интегратор позволяет осуществить более точное сглаживание выходного напряжения в режиме интегрирования , поскольку интегрирующий усилитель 1 сбрасывается на величину напряжения , зависящую от величины шага квантования цифроаналогового преобразователя 3. Процесс сброса интегрирующего усилителя 1 заканчивается в момент, когда напряжение на выходе усилителя 19 становится меньше напряжения отпускания компаратора 24. В образовавшемся контуре (сумматор 4, усилитель 19, блок 15 слеженияхранения) за счет обратной связи напряжение на выходе усилителя 19 устанавливается равным его напряжению смещения, что уменьшает скачки выходного напряжения. 2 ил. с 8 (Я

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0 1 51 (g))5 G 06 G 7/186

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4622700/24 (22) 20.12.88 (46) 15.03.91. Бюл. № 10 (72) Э.С,Никулин и М.В.Шмаков (53) 681.335(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 507872, кл. С 06 G 7/186, 1973.

Авторское свидетельство CGCP № 866563, кл, 0 06 С 7/186, 1980. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАТОР (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления различными технологическими процессами и объектами, Цель изобретения — повышение точности и упрощение интегратора. Интегратор позволяет осущест2 вить более точное сглаживание выходного напряжения в режиме интегрирования, поскольку интегрирующий усилитель 1 сбрасывается на величину напряжения, зависящую от величины шага квантования цифроаналогового преобразователя 3. Процесс сброса интегрирующего усилителя 1 заканчивается в момент, когда напряжение на выходе усилителя 19 становится меньше напряжения отпускания компаратора 24.

В образовавшемся контуре (сумматор

4, усилитель 19, блок 15 слеженияхранения) за счет обратной связи напряжение на выходе усилителя 19 устанавливается равным его напряжению смещения, что уменьшает скачки вы- Ж ходкого напряжения. 2 ил.

1635199

Изобретение относится к автоматике, предназначено для формирования напряжения, пропорционального интегралу от входного сигнала, и может

5 быть использовано в системах автоматического управления различными технологическими процессами и объектами, когда требуются большие постоянные интегрирования, Целью изобретения является повышение точности и упрощение аналогоцифрового интегратора.

На фиг. 1 представлена блок-схема аналого-цифрового интегратора; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Аналого-цифровой интегратор (фиг. 1) содержит интегрирующий усилитель 1, последовательно соединенные реверсивный счетчик 2 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 3 и сумматор 4.

Интегрирующий усилитель 1 выпол нен на конденсаторе 5 и операционном усилителе 6.

Аналого-цифровой интегратор содержит также масштабные резисторы 7 и 8, переключатель 9, информационный вход

10 вход 11 управления записью началь30 ных условий, вход 12 задания начальных условий, выход 13, первый компаратор

14, блок 15 слежения-хранения, элемент

И-НЕ 16, переключатель 17, усилитель

18 рассогласования и масштабный усилитель 19. 35

Блок 15 слежения-хранения состоит из переключателя 20, масштабного резистора 21, включенного на входе операционного усилителя 23 с конденсатором 22 в цепи обратной связи.

В аналого-цифровой интегратор входят также второй компаратор 24, логические элементы ИЛИ 25, 2И-ИЛИ 26 и генератор 27 импульсов с входом 28 запуска и входом 29 перестройки час- 45 тоты, Для аналого-цифрового интегратора характерны три основных режима работы — интегрирование, восстановление информации после сбоев счетчика, и запись начальных условий.

Анал ro-цифровой интегратор в режиме интегрирования (сигнал 0„) имеет единичное значение и переключатель 17 находится в верхнем положении) работает следующим образом.

При наличии входного сигнала U 1,Ф

1 О напряжение UA> (фиг. 2) на выходе интегрирующего усилителя 1 линейно возрастает. или убывает (в зависимости от знака U<>). Скорость изменения напряжения UAb определяется уровнем сигнала U > и постоянной времени интегрирующего усилителя 1 (сопротивлением резистора 7 и емкостью конденсатора 5). На знаковом выходе компаратора 14 появляется логический сигнал, соответствующий знаку напряжения U p11 и переводящий счетчик 2 в режим сложения или вычитания. Напряжение U gg суммируется на входе сумматора 4 с напряжением 01,4ццифроаналогового преобразователя 3 и выходным напряжением Ь ц, формируемым блоком

15 слежения-хранения, Напряжение U< с выхода сумматора 4, проходя через масштабный усилитель 19 и находящиеся в верхнем положении переключатели

17 и 20, вызывает синхронное изменение напряжения U,„со скоростью, в

К раз меньшей скорости изменения напряжения UAg (значение К задается сумматором 4), При достижении напряжения Ug положительного или отрицательного порога компаратора 14 на соответствующем его импульсном выходе появляется логическая единица. В результате этого на выходе элемента

ИЛИ 25 также появляется логическая единица, которая переводит переключатели 9 и 20 в нижнее положение, При этом блок 15 слежения-хранения переходит в режим хранения и одно в временно запускается генератор 27 импульсов, который изменяет код в счетчике 2. В результате этого напряжение U A < на выходе цифроаналогового преобразователя 3 скачком изменяется (на один шаг квантования).

На выходе сумматора 4 также появляется скачок напряжения Up, который усиливается усилителем 19 и вызывает срабатывание компаратора 24, Однако, на выход интегратора этот скачок не передается, так как блок 15 слеженияхранения при этом по сигналу U 6 с выхода элемента И-НЕ 16 находится в режиме хранения и поддерживает выходное напряжение Бьы равным значению, предшествовавшему данному переключению.

В образовавшемся контуре (интегрирующий усилитель 1 — сумматор 4 усилитель 19) за счет действия отрицательной обратной связи напряжение

U A> íà выходе аналогового интегратора

5 16351 изменяется в сторону уменьшения абсолютной величины, При этом за счет малой величины петли гистерезиса ком" паратора 14 по импульсным выходам на

5 этих выходах появляются логические нули. Однако на выходе элемента ИЛИ

25 логическая единица сохраняется за счет нахождения компаратора 24 в сработанном состоянии. Поэтому напряжение 04И продолжает изменяться до тех пор, пока напряжение на выходе усилителя 19 не окажется близким к нулю, При этом происходит выключение компаратора 24, на выходе элемента ИЛИ 25 появляется логический нуль> первый переключатель 9 переходит в верхнее положение, а блок 15 слежения-хранения переключается в режим слежения, в результате чего начинается новый 20 цикл работы устройства.

За каждый цикл работы в счетчике

2 фиксируются величина и знак приращения входного напряжения U>, т,е. осуществляется квантование интеграла 25 входного сигнала по уровню, В счетчике 2 формируется цифровой код, который с помощью цифроаналогового преобразователя 3 преобразуется в эквивалентное напряжение U A<, пропорциональное интегралу от входного сигнала Ббх

Формируемое блоком 15 слеженияхранения напряжение U>b,< равно сумме напряжений UA u U L„A и также про35 порционально интегралу от входного сигнала U . Однако в то время как напряжение UuAn изменяется ступень- ками, выходное напряжение U и за счет сигнала U сглаживается таким образом, что независимо от величины шага квантования цифроаналогового преобразователя 3 напряжение сохраняет свою непрерывность.

При сбое реверсивного счетчика 2 .. импульсов на выходе цифроаналогового преобразователя 3 возникает скачок напряжения, который через сумматор 4 и усилитель 19 вызывает срабатывание второго компаратора 24 и появление логической единицы на выходе элемента

ИЛИ 25. При этом блок 15 слеженияхранения переводится в режим хранения первый переключатель 9 — в нижФ 55 нее положение, а также запускается генератор 27 импульсов, Импульс с выхода генератора 27 переключает реверсивный счетчик 2 импульсов.

99

На выходах интегрирующего усилителя 1 и усилителя 19 устанавливаются напряжения насыщения разной полярнос" ти. Поэтому ком 14 срабатывает таким образом, что на выходе элемента

2И-ИЛИ 26 появляется логическая единица. Этот сигнал поступает на вход

29 перестройки ггнератора 27 и переводит его на повышенную частоту следования импульсов, которые поступают. на счетчик 2. Это вызывает быстрое изменение напряжения U „и до момента смены ". нака выходных напряжений сумматрра 4 и усилителя 19. При этом компаратор 24 переключается и на выходе элемента 2И-ИЛИ 26 появляется логический нуль, по которому генератор

27 имгульсов переводится на нормальную частоту следования импульсов ° После этого на выходе интегрирующего усилителя 1 устанавливается такое напряжение, при котором напряжения на выходах сумматора 4 и усилителя 19 близки к нулевому уровню. При этом компараторы 14 и 24 выключаются, на выходе элемента ИЛИ 25 появляется логический нуль, блок 15 слеженияхранения переходит в режим слежения, первый переключатель 9 — в верхнее положение, а аналого-цифровой интегратор — в режим интегрирования.

В режиме записи начальных условий аналого-цифровой интегратор работает при подаче управляющего сигнала U<.

При этом переключатель 17 устанавливается в нижнее положение, а блок 15 слежения-хранения переходит в режим слежения, На выходе аналого-цифрового интегратора (на выходе блока 15 слежения-хранения) устанавливается напряжение U,„= У . Если напряжение

U>b „ íå равно сумме напряжений U

24. После этого происходит установление напряжений UgAp u UAg таким же путем, как и при востановлении информации. После снятия сйгнала U процесс записи начальных условий заканчивается и аналого-цифровой интегратор переходит в режим интегрирования.

Формула изобретения

Аналого-цифровой интегратор, содержащий последовательно соединенные интегрирующий усилитель и компаратор, 99

Oi6

4ыю иг.2

Составитель С.Белан

Техред А.Кравчук

Редактор А.Лежнина

Корректор В. Гирняк

Заказ 757 Тираж 387 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,!01

7 1Ü351 знаковый выход которого подключен к входу управления направлением счета реверсивного счетчика, выход которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу интегрирующего усилителя, а выход через масштабный усилитель соединен с первым информационным входом первого переключателя, блок слеженияхранения, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, а информационный вход подключен к выходу первого переключателя, управляющий вход которого является входом управления записью начальных условий, и второй переключатель, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения интегратора, 20 в него введены усилитель рассогласования, второй компаратор, элементы

ИЛИ, 2И-ИЛИ и генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, а .входы 25 записи и перестройки частоты подключены соответственно к выходам элементов

ИЛИ и 2И-ИЛИ, первые и вторые входы которых соединены с первым и вторым потенциальными выходами первого компаратора, а третьи и четвертые входы подключены к первому и второму выходам второго компаратора, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом элемента И-НЕ и управляющим входом второго переключателя, первый информационный вход которого подключен к информационному входу интегратора, а выход соединен с входом интегрирующего усилителя, выход масштабного усилителя подключен к входу второго компаратора и второму информационному входу вторс го переключателя, второй вход элемента И-HE соединен с входом управления записью начальных условий, выход блока слежения-хранения является выходом интегратора и пЬдключен к третьему входу сумматора и первому входу усилителя рассогласования, второй вход которого является входом задания начальных условий, а выход подключен к второму информационному входу первого переключателя.