Многоустойчивый элемент

 

ОП ИСАНИЕ

-ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Со<оз Советских

Соцмалмстнческмх

Республик (11) 603104 (6l) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 05.04.76 (2<)2341892/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Н 03 К 3/29

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изооретений и открытий (53) УДК 681.327 (088,8) (43) Опубликовано 15.04.78. Бюллетень №14 (45) Дата опубликования описания.12.05.78

Э. И. Павлюк, В, A. Погрибной и М, П. 0ырупьник (72) Авторы изобретения (7<) Заявитель (54) МЧОГОУСТОЙЧИВЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Изобретение относится к обпасти автоматики и вычиспитепьной техники и касается многоустойчивых элементов, предназначенных для использования в системах автоматического контроля, индикации и распознава- 5

<ия обоазов.

Известен многоустойчивый эпемеиг, содержащий избирательный усилитель, фазовый детектор, фильтр нижних частот, оптрон и lo преобразователь сопротивления в фазу, соединенные последовательно. Указанная схема позволяет получить дискретные уровни выходного постоянного напряжения, дискретную фазу выходной импульсной последователь- 15 ности и дискретные уровни яркости свече«ия источника света оптрона в зависимости от управля<ощей величины (11.

Однако эта схема имеет тот недостаток, что установпение дюбого из Я попожений равновесия многоустойчивого элемента происходит пиль за три — пять периодов опорной частоты, что заметно понижает быстродействие многоустойчивого элемента. Кро» ме того, все положения равновесия обпапают разпичным запасом устойчивости, что так— же является недостатком, так как при большом количестве таких состояний (<ч > 50) в ряде случаев наблюдается самопроизвопьный переход элемента с правипьного на неправильные — более высокие «ли низкие состояния равновесия, что понижает надежност< работы известного элемента. цепь изобретения — увеличение надежности работы.элемента — достигается тем, . что в многоустойчивый эпемент, содержащий пиковый детектор и последовательно соединенные согласующий каскад, источник света оптрона, оптически соединенный с фотоприемником оптрона, соединенным через линейный преобразователь сопротивление— напряжение с первым входом порогового устройства, второй вход которого соединен с опорным входом устройства, введены триггер с раздельным запуском и линейное зарядное устройство, причем единичный вход триггера соединен с выходом порогового устройства, а выход его — с управпя<он;икл входом пикового детектора, сигнальный

6031 04 спедуюший импульс частоты Nf не перебросит триггер 7 в нулевое сосгояние, бпа1 одаря чему ключ детектора 1 разомкнется и гем самым прекратится подач". пилообразногс напряжения на конденсатор. С помошью зарядного устройства 8 (генератора тока) конденсатор детектора будет пинейно заряжаться до следуюшего момента равенства с текушим значением пилообразного напряжещ ния частоты

При наличии внешнего воздействия, приводяшего к изменению освешенности фотоприемника или яркости свечения источника света оптрона, в пределах номинального зна15 чения для данного многоустойчивого элемента и превышаюшего величину, соответствуюшую единице дискретности (устойчивому состоянию) элемента, данный многоустойчивый элемент пройдет на соответствуюшее устой20 чивое состояние. Это вызвано тем, что при изменении освешения фотоприемника меняется (в данном случае линейно) его сопротивление, что приведет к пинейному .же изменению сдвига фазы выходных напряжений по25 рогового устройства 6 и триггера 7 относительно момента конца пилообразного напряжения (фиг. 2).

В результате этого изменится и уровень напряжения на конденсаторе детектора 1, что приЗ0 ведет в свою очередь, к линейному изменению силы света источника 3 и, следовательно, к линейному изменению выходного напряжения

Цр преобразователя 5. Вышеописанные процессы будут повторяться при вхождении эпе35 мента в новое устойчивое состояние.

На фиг. 2 в качестве примера показано положение выхоцных импупьсов устройства

6 и триггера 7 относкт цьйо момента конца пилы дпя пуншевого, третьего и шестого

0 (поспеднего) устойчивых состояний (соот 0 1. 1, .г, U в U в.

Указанным устойчивым состоянием соответ ствует сдвиг фазы ч р, Ч, Рвсоответствуюших импульсов относительно конца пило 5 образного напряжения.

Для того, чтобы обеспечить равный запас устойчивости дпя всех равновесных состояний, зарядное устройство 8 выпопнено в виде генератора тока, благодаря чему

0 напряжение на конденсаторе пикового детектора 1 возрастает.. по линейному закону.. вход пикового детектора соединен с опорнымм входом устройства, нулевой вход триг— гера соединен с тактовым входом устройг:тва, выход пикового детектора соединен со входом пинейного зарядного устрой-, с:òâà, выход которого соединен со входом сoi пасуюшего каскада.

На фиг. 1 показана структурная схема многоустойчивого эпемента; HB фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие его работу.

Многоустойчивый элемент вкпючает в себя пиковый детектор 1, согпасуюший каскад 2, источник 3 света оптрона, фотоприемник 4 оптрона, пинейный преобраэоватепь 5 сопротивление-напряжение, пороговое устройство 6, триггер 7, линейное зарядное устройство 8.

Схема многоустойчивого элемента работает спедуюшим образом.

На один иэ входов порогового устройства

6 поступает опорное пилообразное напряжение частоты ., на второй вход порогового устройства подается уровень постоянного напряжения с линейного преобразоватепя 5.

1епичина постоянного напряжения на преобразователе 5 зависит от яркости свечения источника света оптрона 3, и характеристики выход-вход фотоприемника оптрона 4.

Импульсы с выхода блока 6 поступают на вход установки единицы триггера 7. На вход установки нуля этого же триггера подается опорное прямоугольное напряжение частоты Щ, . Частоты f и Щ условно когерентны. Выходное напряжение триггера 7 поступает на управлягощий вход пикового детектора 1, разрешая или запрешая поступление на конденсатор детектора 1 опорного пилообразного напряжения частоты +

К выходу пикового детектора подкпючено 4 зарядное устройство 8, производящее пинейный заряд емкости. Выходное напряжение детектора 1 через каскад 2, снужаший для согласования по мощности детектора 1 и источника 3, поступает на источник 3 света оптрона.

Выходное напряжение 05 преобразоватепя 5 поступает на второй вход устройства

6, me сравнивается с пилообразным напряжением частоты. На входе устройства 6 5 появпяется импульс U a тех случаях, когда становится. равным текущему значению пилообразного напряжения. Передний фронт импульсаЧ0 устанавливает триггер 7 в единичное состояние. На время существования и апря жен ия Uy конденсатор детектора 1 ока-" зывается подкпюченным к источнику пилообразного напряжения. B резупьтате этого конденсатор С пинейно разряжается с.помошью г|илообраэного напряжения до тех пор, пока 60 где Q (0) - некоторое напряжение на конденсаторе 8 в момент, соответствуюший началу пипообразного напряжения, оно не должно превышать

603104

XN — bO

<+ ®

1„т — ток, вырабатываемый генератором тока.

Параметры пинейного зарядного устройства (коэффициент k) выбраны таким образом, чтобы за период частоты f напряжение на конденсаторе не увеличилось более, чем на величину, соответствующую

10 половине единицы дискретности. Дпя нормапьной работы предлагаемого ОМУЭ необходимо, чтобы общий коэффициент передачи детектора 1, каскада 2, источника 3, фотоприемника 4, преобразователя 5 бып равен единице, бпагодаря чему поддерживается равенство Г5 = U . Приведенное выражение справедливо дпя отрезка времени, когда ключ пикового детектора разо кнут. При

его замыкании напряжение на конденсаторе равно текущему значению пийообразного напряжения, приложенного к конденсатору.

Выходное сопротивление источника пипообразного напряжения достаточно мапо и впиянием зарядного устройства на выходное нап- 25 ряжение конденсатора в этом случае можно пренебречь. Предположим,что (0) таково, что равенство Ug =>g достигается в момент времени междуна и(я+1)-м импупьсами частоты Xf (n=O,1,2..., Х вЂ” номе- з0 ра импупьсов, спедуюшие от момента, соответствующего начапу пилообразного напряжения). Заметим, что нулевому устойчивому состоянию соответствует 3T -mA импульс частоты, g — My сОстОянию — ° 35 (Я- q) -ый импульс, а М -ному устойчивому состоянию — нулевой импульс частоты

И . Пороговая схема 6 срабатывает, триггер 7 перебросится в единичное состояние и ключ блока 1 замкнется. К моменту по- 40 явления (+1) импульса напряжение на

1конденсаторе равно

С окончанием (f1+1) -го импупьса триггер 7 установится в нулевое состояние. Равенство 5=1 нарушится, импульс U< на выходе пороговой схемы упадет.до нуля, и кпюч блока 5 разомкнется. В этом случае нап 50 ряжение ча конденсаторе блока 1 при пТ Ф

4t 4 1 изменяется по закону и к концу периода Т становится равным

Найдем зависимость между и и начапь- 60 ным напряжением U< 0) . Напряжение, на выходе порогового устройства 1 может появиться не ранее момента равенства напряжения U и линейно уб.: ваюшего иипообразного напряжения U, онредепяемого по формуле (1).

Обозначив через t момент равенства этих напряжений, получаем

11= Е (,„) еЙ (5) где Е ()- функция цаибопьшего цепого, содержащегося в аргументе (функция Литье).

Момент находим из соотношения гДе 17 = NU0 т =ит,.

Из выражений (4), (5), (6) попучдем

%tyke 1+ — е- V pgy / о

ЖИ ипи x() =1" — + Е (Х(0)) (7)

I+C

1 где Ж= +m С k7

,+ кт, 9

Х вЂ” безразмерная величина, характеризук— шая напряжение на емкости пиково! о детектора;

g — безразмер: ый коэффициент, характеризующий скорость нарастания нацряж»ния на этой емкости.

Выражение (7) явпяется уравнением точечного преобразования величины Х(0) в вепечину Х(Т), Это уравнение отражает динамику предлагаемого устройства и позволяет находить напряжение на конденсаторе в дискретные моменты времени, кратцы периоду Т.

Вычислим по уравнению (7) вепичину Х в момент времени t.= 2Т

Это уравнение с учетом (7) приводится к виду

Если параметр X выбрать иэ усповия

6031О4 8 и учитывая то, что левая часть неравенства

1 откуда Ж епт. >

10 откуда следует, что при 4 Т наступает стационарный режим и многоустойчивый элемент оказывается в одном из Я возможных состояний равновесия.

Таким образом, время установпения элемента в соответствующем дискретном состоянии не превышает периода 7= 1.o.i мер же этого состояния заВисит от вепичины напряжения U (Q), Неравенство (9) является необходимым условием при выборе параметра 2С .

Оценим область допустимых изменений начапьных условий, при которых многоустойчивый элемент остается в прежнем устойчивом состоянии.

Йпя этого положим

}йк} g -, р

Этим достигается повышение надежности работы многоустойчивого эпемента.

- 1- + E (l- )+е(у(рп+ьк). RN ЖИ

Для того, чтобы многоустойчивый элемент после вариации начальных условий остался в прежнем устойчивом состоянии, необходимо и достаточно выполнение спедуюше- 0 го соотношения

Е (1 - — ++K, (01)+ +AX) -Е (х(О)) у условием чего является неравенство

1>1 - — +>y>g

1+ Ж

) из которого получаем

ЖИ ИИ

1+ Ж

> Ь > — (i- — ) ° ИЦ 50

1+ Ж

Последнее соотношение показывает, что обпасть допустимых. изменений начальных условий не зависит от того, в каком иэ

55 возможных состояний находится многоустойчивый элемент, то есть все состояние эпемента равноценно с точки зрения устойчивости его работы.

Еспи попожитепьные и отрицательные отклонения вепичиныйХ равновероятны, то (9) всегда меньше единицы

<(< - Е (к(о)) "-К (х(о>). (Ю)

Сопостааляя Выражения (8), (9), (Д р) приходим к соотношению х(2. 7 }"- х(<), (1x) х(о) = х(т)+@к.

Из уравнения (7) имеем х(1 } = А - +Я(x(1 ) cga) =

ВСЯ

+ параллетр X целесообразно выбирать из условия

+on,> ф0 2.

При таком выборе параметра Ж область допустимых отклонений начальных условий опредепяется неравенством то есть любые изменения начального нанряжения на конденсаторе, не превышающие величины что практически равно половине единицы дискретности, не приводят к изменению состояния элемента.

Формупа изобретения

Многоустойчив и эпемент, содержащий пиковый детектор и поспедоватепьно соединейные согласующий каскад, источник света оптрона, оптически соединенный с фотоприемником оптрона, соединенным через пинейный преобразователь сопротивление-напряжение с первым входом порогового устройства, Второй вход которого соединен с опорным входом устройства, о т и и ч а ю шийся тем, что, с цепью увеличения надежности работы элемента, в него введены триггер с раздельным запуском и пинейное зарядное устройство, причем единичный вход триггера соединен с выходом порогового устройства, а выход его - с управляющим входом пикового детектора, сигнальный вход пикового детектора соединен с опорным входом устройства, нулевой вход триггера соединен с тактовым входом .устройства, выход пикового детектора еоединен со входом линейного зарядного:устройства, выход которого соединен со входом -согласующего каскада.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

L. Авторское свидетельство СССР

N 422079, кп. Н 03 К 3/28, 1972.