Линейно-импульсный формирователь

 

4 .-

ОЛИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Сова Советских

Социалистических

Республик (11) 625236

К АВТОРСКОМУ СВИДНЙЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено24.05.74 (21)2027660 j24 с присоединением заявки №

2 (51) М. Кл.

Н ОЗ К 5/08

Вкудврвтввнивй ивиитвт

Веввтв Министров МР ие дилан иввбрвтений и втирытий (23) Прноритет(43) Опубликовано 15.08.76.Бюллетень №30 (53) УДК62-50 (088.8) (45) Дата опубликования описания 08 1,т.@6 (72) Авторы изобретения Л. Ф. Ивин, Г, Я, Леденев, В. П. Самохин и Г. Н, Толстоусов (71) Заявитель (54) ЛИНЕЯНОИМПУЛЬСНЫГ ФОРМИРОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к системам ав- " томатического регулирования и управления, в частности к технике формирования сигнала, управляющего исполнительными органами системы, !

Известны линейно-импульсные формиро-. фатели, содержащие последовательно соединенные модулятор, компаратор и формирователь ступенчатого напряжения, выход которого подключен ко второму входу ком-: паратора, генератор опорной частоты, выходы которого соединены с первыми входа- ми фазоразделительного устройства, модулятора и формирователя импульсов сброса, второй вход которого подключен к выходу компаратора, а выходы фазоразделительного устройства - к первым входам двух триггеров. К недостаткам таких формирователей относятся его низкие динамические и точностные характеристики. Для достижения экономичности воздействие одного импульса формирователя выбирается минимально до пустимым с точки зрения типовых возмущений, действующих в системе. Поэтому ,пропесс ее успокоения оказывается длитель. ным и требует тем большего времени, чем меньше амплитуда приращений одного им,пульса. При этом огибка системы при действии возмущений в сторону увеличения ,ошибки может достигать значительной величины. Кроме того, в известных формирова телях из-за низкой помехозашишенности возможны ложные срабатывания исполнительных органов.

Для повышения быстродействия и точнос ти предлагаемый формирователь содержит нуль-орган, элемент Запрет, элемент ИЛИ, три элемента И, пороговое устройство, одновибратор и реверсивный счетчик, выходы которого". подключены к соответствующим входам нуль-органа, кодовые входы - к со,ответствующим выходам счетчика, а входы вычитания, установки нуля и управления записью кода - соответственно к выходам

20 компаратора, элемента "Запрет" и формирователя импульсов сброса, соединенного так,же со вторым входом элемента Запрет ! и первым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу

2в элемента ИЛИ, а второй его вход, а также

525236 вход установки нуля счетчикв — к первому выходу нуль-органа, втор и выход которого соединен с первыми входами элемента Запрет и второго элемента И, второй вход которого подключен ко входу компаратора, а выход - ко вторым входам фазоразделительного! устройства и к первому входу третьего элемента k., ко второму входу которого подсоединен через пороговое устройство выход формирователя ступенчатого щ напряжения, в выход третьего элемента И подключен ко входу одновибратора, выход которого соединен со вторым входом эле- мента ИЛИ, в выход элемента ИЛИ - со вторыми входами триггеров. И

Для повышения помехоэащишенности предлагаемый формирователь содержит делитель частоты, четвертый и пятый эле« менты И и третий триггер, первый вход ко торого соединен с выходом второго элемен $9 та И, в выход — с первыми входами чет вертого и пятого элементов И, вторые вхо ды которых подкачены соответственно к выходам делителя частоты и формирователя импульсов сброса, а выходы - ко вторым. 35 входам фаэораэделительного устройства и к первому входу делителя частоты, второй вход которого, а также второй вход третье го триггера соединены с выходом элемента ИЛИ. 36

Нв фиг. 1 дана структурная,схема описываемого формирователя; на фиг. 2 - вре1 менная диаграмма, поясняющая принцип его работы; нв фиг. 3 - реализуемая характеристика управления исполнительными органами и фвзоввя диаграмма, Формирователь содержит амплитудный модулятор 1, на вход С которого подключен; синхронизирующий сигнал опорного генератора 2, балансный диодно-регенеративный компаратор 3, нв вход Т установки порога которого подключен выход формирователя

4 ступенчатого напряжении, формирователь

5 импульсов сброса, фазоразделительное устройство 6, переключатель 7 режима, по- ® роговое устройство. 8, одновибратор 9 и двв, триггера 10 и 11, Формирователь 4 выполнен на счетчике

12, на счетный вход +1" которого подклю- чен выход компаратора 3, и преобрвзоввте- ле 13 код-аналог.

Формирователь 5 выполнен в виде счетчика опорных!импульсов нв двух триггерах

l 4 и 1 5, на входы Я установки нуля которых также подключен выход компаратора 3.;

Фазорвзделительное устройство 6 содержит двв элеМента И 16 и 17, нв первые входы которых подключены противофазные выходы генераторе 2. Выходы фазораэделительного устройства подключены ко входом

S установки состояния 1 триггеров 10 и 11, к мощным выходам которых подключе-,. ны исполни.. ельные органы j системы.

Кроме этого, формирователь содержит

;реверсивный счетчик 18, на вход вычитания . -1" которого подключен выход компаратора, 3, на входы установки кода 0" - выходы ,счетчика 12, а на вход синхронизации С— выход формирователя 5. Выход реверсивно--t го счетчика подключен на вход нульоргана

19 (схемы совпадения по нулевому коду).

Логический блок содержит также элемент:"Запрет 20, три элемента И 21-23 и

:элемент ИЛИ 24, в в помехозащищенном режиме еше два элемента И 25 и 26, делитель 27 частоты и триггер 28. Рвходы установки состояния "О, б — входы установки состояния 1", С - входы синхронизации, знаками обозначены динамические входы, эквивалентные дифференцированию сигнала, знаками 0 - инверсные выходы.

Формирователь работает следующим образом;

При входном сигнале, величина которого превышает исходный порог срабатывания компаратора 3, последний генерирует выходные импульсы по одному на период опорного генератора 2 и сйнхронные, в звви симости от полярности входного сигнала, с передним или задним фронтом напряжения опорного генератора. Выходные импульсы компаратора 3 поступают на входы установки нуля триггеров 14 и 15 формирователя 5 импульсов сброса, а. также на входы счетчика 12, реверсивного счетчика

18 и элемента И 22. Нв вход Т установки порога срабатывания компврвторв 3 посL тупает сигнал с выхода преобразоват :ля код-аналог 13, имеющий ступенчатую форму. Пока суммарный сигнал первоначальной установки порога срабатывания компаратора 3 и поступающий от преобразователя 13 меньше входного сигнала устройства, на входы формирователя 5 пеочередно поступают импульсы компарвторв 3 и опорного генератора 2, под действием которых переключается триггер 14, а триггер 15 остается в нулевом положении.

По мере увеличения числа импульсов компвраторв 3 возрастают код нв счетчике 12, напряжение на выходе преобразователя 13, и, следовательно, порог срабатывания компарвторв. Через некоторое количество собственных импульсов компврвтор 3 запирается нв вход формирователя 5 приходят двв импульса опорного генератора 2 подряд и триг гер 15 переключается в состояние 1", т. е.

"° формируется . импульс сброса по которо«му код счетчика 12 переписывается в ре

1щего устройства при большей величине сигнала преобразователя 13.

Выходной сигнал элемента И 22 поступает также на вход фазоразделительного устройства 6, подключенного к противофа ным выходам опорного генератора 2 (см.

1 иг, 2, б), а выходным сигналом элемента

И 23- запускается с задержкой Гр одновибратор 8. После селекции по фазе управляю« ший импульс, например, с выхода элемента

И 16 (см. фиг. 2, в) переключает триггер

10 в состояние 1, а последний включает исполнительные органы системы, работа которых создает воздействие (см фиг. 2,e), стремяшееся уменьшить входной сигнал.

Одновременно формируется вторая ступенька на выходе преобразователя 13,!еапираюшая комцаратор 3. Следовательно, в момент времени - импульс компаратора не формируетси, на вход формирователя, Ь. поступает второй подряд имйульс1опорного генератора и триггер 15 переключается в состояние 1» т. е. формируется импульс сброса, который, воздействуя на вход С, реверсивного счетчика 18, переписывает в aего код счетчика 12, в данном случае соответствующий двум импульсам компаратора 3, и поступает на динамический вход

1 элемента И 21. Далее он не проходит, так как на втором, входе элемента И 21 нулевой сигнал. После записи в реверсииный счетчик 18 кода на инверсном выходе схемы совпадения 19 формируется сигнал "1, который, воздействуя на динамический вход счетчика 12, устанавливает его и преобразователь 13 в нулевое состояние. Импульс на выходе одновибратора 9 (см, фиг, 2, и) формируется с задержкой То относительно момента ф и, проходя через элемент ИЛИ 24, устанавливает триггеры 10 и ll в нуле» вое состояние, отключая исполнительные органы системы.

Так как на выходе преобразователя 13 образуется нулевой сигнал, компаратор 3 в момент времени 1 генерирует импульс, который устанавливает в нулевое состояние триггеры 14 и 15 и выходной сигнал формирователя 5, Если в результате воздействия исполни тельных органов системы входной сигнал продолжает возрастать то в момент времени снова,включаются исполнительные ор— ганы на время . Последнее зависит от работы элемента И 23, управляемого пороговым устройством 8 и срабатывающего в данном случае при напряжении преобразователя 13, содержащем не менее трех ступенек. В момент времени t< из-за продолжа щегося возрастания входного сигнала формируется четвертый, считая с момента tg!

5252 6

5 вепсивный счетчик 18. При этом на инверс- ном выходе нуль-органа 19 формируется сигнал 1", который по динамическому входу

2 счетчика 12 устанавливает на нем нулевой код и, следовательно, нулевое напряжение на выходе преобразователя 13 и ис ходный порог срабатывания (компаратора " 3.

Компаратор 3 снова начинает генериро- вать импульсы, и далее процесс повторяется.

Таким образом, при постоянном входном 1О сигнале на выходе пр образователя 13 формируется напряжение ступенчатой формы, число ступенек которого равно количеству

Ф импульсов компаратора 3 между импульсами сброса, а период в число указанных )5 ступенек раэ больше периода опорного напряжения генератора 2. При этом,непосредственно перед импульсом сброса на ревер1сивном счетчике 18 образуется нулевой код, так как за.|исанное в него на предшест- йО Ъующем периоде число импульсов компара1 тора 3 сохраняется на последующем nepuolee и полностью вычитается. Никакие сигна

1 лы на управление исполнительными органа ми системы в данном случае не формируют- 25 ! вся.

Действительно, сигнал 1 на выходю ,элемента И 22, который после последующей обработки управляет включением исполнитель. ных органов, не формируется, так как нет ЗО совпадения сигналов компаратора 3 и нульоргана 19, поскольку компаратор при нуле« вом коде реверсивного счетчика и неизменяющемся входном сигнале заперт. Сигнал 1 на выходе элемента 21, управляющий З выключением исполнительных органов сис» емы, не формируется, так как нет совпаде-,,ния сигнала 1 на инверсном, выходе нуль(органа. 19, который возникает при коде реверсивного счетчика 18, отличающемся от @ нулевого, и импульса сброса.

П сть в момент времени to входной сигнал (см. фиг, 2, а) начинает возрастать от ана);чения, соответствутощего одному;.мпульсу ! компаратора 3 (см. фиг. 2, в) между импульсами сброса (см. фиг, 2, д), первый из .которых формируется также в момент времеI ни t0. По первому импульсу компаратора Э в момент времени t< формируется первая

1 y eHbKa на BbIx0Ae реобраэо тели 13 5О ,(см. фиг, 2, г), устанавливается нулевой ,код реверсивного счетчика 18 и на выходе

;нуль-органа 19 формируется сигнал 1», поступающий на вход элемента И 22. В мо-! мент времени t на выходе компаратора 3 з . формируется второй импульс, который про,ходит через элементы И 22 и 23, так как ,на втором входе последнего присутствует сигнал 1 с инверсного выхода порогового устройства 8 (см. фнг, 2, ж), срабатываюимпульс компаратора 3. Однако еще до этог срабатывает пороговое устройство 8, блокируя работу элемента И 23 и, следователь- но, запуск одновибратора.

В данном случае исполнительные органы переходят в режим работы с зоной опережения и включены до тех пор, пока скорость изменения входного сигнала не иэ»менит Г; знак и не цоявится отрицательное приращение числа импульсов компаратора Э В на интервале следования импульсов сброса.

В момент времени1 на реверсивном счетчике 18 остается еще один импульс, а на инверсном выходе нуль-органа 19 и входе, элемента И 21 — сигнал 1 . Поэтому им }Ь пульс сброса проходит через элемент И 21: и элемент ИЛИ 24 и выключает триггеры

10 и 11 и исполнительные органы системы в

Таким образом, при входном сигнале, 0 меньшем некоторой величины, заданной настройкой порогового устройства 8, система работает в позиционно-импульсном режиме. Длительность импульсов определяет ся параметрами одновибратора 9, и формируются они только при увеличении входного сигнала.

При входном сигнале, большем той же величины, устройство формирует многопоро -овую опережающую характеристику управ- @ пения исполнительными органами.

Выход нуль-органа 19 подключен через элемент Запрет 20 ко входу К установки нуля реверсивного счетчика 18, для того, чтобы исключить воздействие импульсов компаратора на реверсивный счетчик при его нулевом коде. Элемент Запрет 20 блокируется импульсом сброса для обеспе- чения перезаписи кода счетчика 12. 40

Для повышения помехозащищенности пдре ключается переключатель 7 режима. В этом случае сигнал на включение исполнительных органов на выходе элемента И 22 переклю-1

1 чает триггер 28 в состояние элементов И 26 и 26 и на вход делителя 27 частоты

i 45 постуцают импульсы сброса. Если и течение

К ппееррииооддоовв, где K- коэффициент деления делителя 27, подтверждается факт увеличения входного сигнала, т. е. на выходе эле-, I бд мента ИЛИ 24 не формируются импульсы выключения исполнительных органов, однов-I ременно устанавливающие в нулевое состоя- ние делитель 27, то его выходной сигнал проходит через элемент И 26 и выдочает исполнительные органы системы.

: Если в течение указанного времени сфор мируется хотя бы один сигнал выключения исполнительных органов, то делитель 27 и триггер 28 переводятся этим сигналом в нулевое состояние.

36, Таким образом, ложные увеличения вход-: ного сигнала B данном случае не приводят x ! ложным включениям исполнительных органов и экономичность системы по расходу энер-" гии исполнительными органами и ресурсу возрастает.

На фиг. 3 представлены характеристика управляющего сигнала с зоной опережения и тремя позиционными импульсами и фазовая диаграмма, Пусть входной сигнал в исходной точке отрицателен и изменяется со скоростью., Так как при абсолютном уменьшении входного сигнала исполнительные органы системы не включаются, первое их включе"ние происходит после изменения полярнос-, ти входного сигнала и досгижения им вели» чины Q, равной первому позиционному порогу. В этой точке исполнительные орга ны включаются на время 70, вследствие чего скорость изменения сйгнала уменьшается на величину 4Я„.Такое же уменьшение . скорости происходйт s точках Я и ф .

Если исходное значение скорости велико,. то иходной сигнал продолжает возрастать и в точке исполнительные органы вклюИ ,чаются снова и выключаются на ближайшем опережающем пороге.

В рассматриваемом случае этот порог равен величине ф„, так как воздействие исполнительных органов оказалось недостаточным для успокоения системы на опережающем участке gq ... gn .

После выключения исполнительных органов в точке а входной сигйал уменьшается с л постоянной скоростью Я», проходит через нуль, становится снова отрицательным, и в точках- -я -п включаются, исполнительные органы на времяТ,, работа которых как и раньше уменьшает абсолютное значение скорости на Ь ои каждой из указанных. точек.

В точке-ф исполнительные органы включаются по характеристике с зоной опережения и выключаются в точке-< 5, т. е. входной сигнал уже не выходит за ее пределы.

Далее входной сигнал начинает изменяться, но уже со скоростью фь, переходит через нуль, и в точках $<,с и ф снова включаются исполнительные органы на время Г .

В результате последнего импульса скорость изменяет знак и система переходит в одноимпульсный режим работы с минимальными скоростями и входным сигналом, I изменяющимся в пределах от-$ до+,т„е. первых позиционных импульсов.

525236

Формула изобретения

1. Линейно-импульсный формирователь, содержаший последовательно соединенные модулятор, компаратор и формирователь ступенчатого напряжения, выход которого подключен ко второму входу компаратора, генератор опорной частоты, выходы которого соединены с первыми входами фазора:-ьделительного устройства, модулятора и Я формирователя импульсов сброса, второй вход которого подключен к выходу компаратора, а выходы фазоразделительного устройства — к первым входам двух триггеров, отличающийся тем, что, с )5 целью повышения быстродействия и точности формирователя, он содержит нуль-орган, элемент "Запрет, элемент ИЛИ, три элемента И, пороговое устройство, сдновибратор и реверсивный счетчик, выходы которогоЮ подключены к соответствующим входам нуль-органа, кодовые входы — к соответствующим выходам счетчика, а входы вычитания, установки нуля и управления записью кода — соответственно к выходам компаратора, элемента Запрет и формирователя импульсов сброса, соединенного также со вторым входом элемента Запрет" и первым входом первого элемента И, выход которого погклочен к первому входу элемента ИЛИ, а второй его вход, а также вход установки нуля счетчика — к первому выходу нуль-органа, второй выход которого соединен с первыми входами элемента Запрет и второго элемента И, второй вход которого подключен ко входу компаратора, а выход— ко вторым входам фазоразделительного устройства и к первому входу третьего элемента

И, ко второму входу которого подсоединен через пороговое устройство выход формирователя ступенчатого напряжения, а выход третьего элемента И подключен ко входу одновибратора, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ, а выход элемента ИЛИ вЂ” со вторыми входами триг геров.

2. Формирователь по и. 1, о т л и ч а ю— ш и и с я тем, что, с целью повьпнения помехозашищенности, он содержит делитель частоты, четвертый и пятый элементы И и третий триггер, первый вход которого соедьп ен с выходом второго элемента И, а выход — с первыми входами четвертого и пятого элементов И, втор-;е входы которых подключены соответственно к выходам делителя частоты и формирователя импульсов сброса, а выходы — ко вторым входам фазоразделительного устройства и к первому входу делителя частоты, второй вход которого, а также второй вход третьего триггера соединены с выходом элемента ИЛИ.