Модель частотно-импульсного модулятора

 

-"-т: —.;„,, „,, ОП И Е ">651365

Союз Соввтскмх

Соцналнстннеских

Республик

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТВДЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву2 (5l) М Кл (j 06 Ст 7/48 (223 Заявлено 20.01.77 (2! )2444585/18-24 с присоединением заявки №

ГОФударьтВкнньб кюмхтет ссср в делам кзобрвтеей а вткрмткй (23) Приоритет

Опубликовано05,03,79.5юллетень № 9 (53) УДК 683,.33Ý (088-8) . Дата опубликования описания 10.03.79

1 (72) Авторы изобретения И. В. Епифанцева, Н. Г. Жестков, В. П. Жуков, А А, Кривуля и С. В. Энтин (71) Заявитель

1 (54) МОДЕЛЬ ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСЙОГО МОДУЛЯТОРА!

Изобретение относится к автоматике.. и вычислительной технике, может быть использовано при исследовании на электронных аналоговых вычислительных машинах (АВМ) нелинейных импульсов систем автоматического управления с частот« но-импульсными моцуляторамй второго рода, прецназначенных цля управления обьектами как с большой, так и с малой инер ционностью (промьпиленное и судовое обору-, дование, всевоэм.ожные телеметрические системы, биокибернетические сйстемы и т. п.).

Известны устройства для моделирования на ABM частотно-импульсной модуляции в автоматических системах. В большин стве иэ них по частоте модулируется последовательность получаемых с генератора управляющих импульсов, и на выхоце по лучается частотно-импульсная nocneaosaтельность с постоянными амплитуцой и длительностью импульсов. Характеристика зависимости частоты импульсов от амплитуды вхоцного непрерывного сигнала

2 не проходит через начало координат. 3накопеременность этой характеристики может быть обеспечена лишь путем увеличения количества используемых в схеме элементов. Возможность изменения чувствительности ко вхоцному непрерывному сигналу также не прецусмотрена. Устройства такого типа отличаются сложностью настройки, так как содержат большое коли: ееоэво энеменеов, в ееотвосен нволнын (1).

Известна моксель частотно -импульсного модулятора (2), содержащая блок выдеее ления моцуля, соединенный с блоками задания нелинейности типа зоны нечувствительности, реле, управляющий вход которого подключен к выходу блока выделения модула, сумматор с цвоцным ограничителем в цепи обратной связи, инвертор, выход которого соецинен со входом интегратора и с первым вхоцом суммато- ра, и источник смещения. Недостаток мо дели заключается в .том, что она может быть использована для имитации работы частотно-импульсных модуляторов второ651365 4

В спецующий момент времени 4<, ког да значение +3.в, и, спецоватепьно, ® +ф х (йревышает зацанное значение: зоны

1-

Непрерывный вхоциой сигнал «+Q яоцается ма 6пек аыцеяеиня моцупя (БМ) 1 вьйсоц квторого соецинем со вхоцом бпо-. ка эацаиия нелинейности типа эоны нечувствйтейъяости, (БЗЯ)2. Яйхоц фЗЙ 2 соецинэн с первыми вхоцами блоков непннейности:(BH) 3 и 4, выходы которых соецийены с первым и вторым Мальцами интегратора 8; ко второму вхоцу БН 3 поцкпвчается + 100 в.

Выход интегратора 5 .соецинен со своим четвертым : входном через размыкаю. щий контакт реле 6 и с первым входом сумматора 7 с "Миоцным ограничителем (ДО) 8 в обратной связи. Выход Сумма тора 7 через компенсирующий циоц 9 поцкМючен ко входу ийвертора 10 и к оц« ному иэ йеподвижных"контактов "поляризованного реде ll, иа управляющий вхоц которого поцается сигнал «+Q>х . С переключающего контакта реле 11 снимаетcsi знакопеременный выходной частотно импульсный снгнап, Выход ннвертора 10 .Соединен с другим неподвижным контак45 го рсца с непопным сбросом интй рирую-. щего. элемента.

Цель .изобретения - повышение точности моцепи путем обеспечения режима работы частотно-импучЪсного модулятора второго рода с попйым обнупением инте грац йн.

Для этого в устройство цопоанитепьно введены цва бпока йеаинейности, комцейсирующий цноц и попяризовайное репе, причем выхоц бпока зацания нединейнос-: ти типа зоны. нечувствительности поцкпю чеи к первым вхоцам блоков неаинеййости, вйхоцы которых соответственно под ключены ко второму и третьему ихоцам интегратора, вйхоц которого чбрйк размыкающий контакт рене соединен с четвертым вхоцом ййтегратора и йепосрец- ственно со вторйм вхоцом сумматора, выход которого через компенСирующий циоц поцключеи ко входу smeprope, и вход и выхоц" инвертора соэци иены соответбтвен но c,ÿåïoäâèæèèìè контактамн попяризо. ванна о репе, нерекпкиавщий контакт ко торого подключен к выкоцу моцепи, цричем уйравляющий ахэ@ пойярьзованного репе связан со вхоцом моцепи. Второй вход первого бпока нелинейности а третий вх-оц сумматора поцкпючежд к источнику смещения, а втэрвй вхоц второг о блок& нюни нейности Ййязан с ВыхО@м ин» вертора.

Схема моцепи изобрщкена йа чертеже, том реле 11, вторым вхоцом БН 4 и третьим входом интегратора 5.

Прецлагаемая модель моделирует частотно-импульсные модуляторы второго рода с полным сбросом, преобразующие входной непрерывный сигнал в частотноимпульсный с постоянной амппитуцой и длительностью импульсов, Она содержит источник смещения 12.

М Прн этом модель обеспечивает возможйость воспроизвецення любой формы, прохоцящей через начало координат цвухпопярной характеристики зависимости час-. тоты вьжоцного частотно-импульсного

cia íàëà от амплитуды вхоцного непрерывного. Процесс преобразования напряжения в частоту импульсов происхоцит в прецпагаемом устройстве следующим образом.

B и омент времени t,:- когда на вхоце устройства появпяетсянепрерывный вхоцной сигнап + Цз„ф О, на управлявший вхоц реле 6 с BM 1 поступает сигнал +Щ„фО.

Ой вызывает срабатывание prie 6 и размйкание его контакта в цепи гпубокой отрицательной обратной связи с выхоца-.. интегратора на его четвертый вход., нечувствительности "устпойства к непрерывному входному сигнапу, с бпока БЗК 2 на

BH 3 пбступает сигиап +ф „/,который преобразуется в этом бпоке в функцию

+ЩЦ „ „ )и цодается sa первый вход интегратора 5. На выхоце интегратора на. чинает раоти по абсеаютнай вепичиие напряжение - В

8 момент: времени tg величинами становится равной уатавке срабатывайия схемы восйроизвецения релейной характеристики, которую составпяют сумматор 7 с циоцным ограничителем 8 в обратной связи, циоц 9 н инвертор 10. Величине уставкн опрецепяется величиной напряжения на втором вхоце сумматора 7 и его коэффициентом усипения по этому вхоцу;

В результате этого на вых оце сумматора 7 появляется сигнаи +Цц „в вице прямоуГойьного импульса, а на выходе . инвертора Ю - сигнал -Uä „, поступающие на непоцвижные контакты реле 11.

С переключающего контакта реле ll npu положительном значении вхоцного непрерывного сигнала+ О „ подаваемого на управляющий вхоц реле 11, снимается

+О„„„а прн отрицательном его значении

У имя

65136

С появлением сигнала -Ц м„на выхоце ннвертора 10 на входах интегратора 5, кроме сигнала 1(!Пв„! „) по - прежне.му поступающего на его первый вход, . понвлнетсЯ сигнал -1(П т, э ф1„„„ остУпаю-5 щий на его вход и полностью компенсирующий сигнал +j(IO+„) ) и сигнал =Q„„, пос-. тупающий. на третий вход. Таким образом, оказываются задействованными каналы отрицательной обратной связи с выхоца 1О .инвертора 10 на вход интегратора 5. вследствие чего напряжение - Q> на выходе последнего начинает уменьшаться по абсопютной вепичине.

В момент времени 4 когда йатря жение на выходе интегратора 5 достига ет уровня отпускания схемы воспроизведения релейной характеристики, ойреце- ляемого величиной напряженияУи п и «оэффиииентом опожительной обратной свя зи с выхода инвертора 10 на третий вход сумматора 7, импульс íà выходе инвертора 10 исчезает, напряжение3

ИМИ . вс становится равным нулю, Величина промежутка времени отtя

Ао Ф и, следовательно, дпительность нм пульса зависит таким образом с одной стороны от уровня отпускания, с другой стороны - от скорости изменения ц ЯФ определяемой суммарным напряжением на вхоцах интегратора 5. Уровень отпуска- ния (как и уровень срабатывания) остаатсщ п стоян"ым в ир дел х одного. исае- 3 дуемого динамического процесса, хотя при необходимости может и варьироватЬся от процесса к процессу. Следовательно, требование постоянства цпительности импульсов выходного -частотно-нмпулыного сигнала может быть выполнено при

49. условии поддержания постоянства скорос- ти изменения напряжения - U, что цостигается при постоянстве суммарного на- пряжения на входах интегратора 5 в те45.

Чение времени существованиями О. Для имп попучения 05=соп Ь в предлагаемой мо цепи сигналЦ(ВВ„Д®,),зависящий от ампли-. туды D „„перемейная составляющая суммарного входного напряжения интегратора

50, 5, полностью компенсируется сигналом

4 1ж4м) Uèìü.

Скорость изменения выходного напряжения интегратора 5 постоянна, так как определяется только величинами коэффициента усиления по его третьему входу, и амплитуды 0имп, которые в пределах одного исследуемого динамического процесса остаются постоянными, хотя при

5 необходимости могут и варьироваться от процесса к процессу.

АмплитуцаЮим, определяется уровнем ограничения, настраиваемого с помощью диодного ограничителя 8, включенноГD в обратную связь сумматора 7.

Диод 9 служит для компенсации погрешности и ограничения нулевого уровня

Д03 и включается так, чтобы в промежутках времени, когда О„щ„О, запирать на выходе сумматора 7 напряжение помехи со знаком, противопопожным по отношению к знаку +Ци,Тем самым поиед вышается точность моделирования выход ного частотно-импуаьсного сигнала.

; Гакйм образом, 8 прецпагаемой моце пи имитируется преобразование непрерыв ного сигнала в частотно-импульсный с постоянной амплитудой и длительностью. импульсов.

Начиная с момента,, когда Ц,®и0, на вйходе интегратора S снова остается тоцько сигнап + @в„ эн). как до появце нияз,м,ФО нанряжеййе на его выходе начинает нарастать, т. е. процесс повторяется и продолжается цо тех пор, пока входной непрерывный сигнап +tJ „ и, следовательно, + ) Q,, не станет равным зацанному значейию зоны нечувствитель-, ности или меныне.

B этот момент fg напряжение на выходе ЦЗН 2 становится равным нулю, интегрирование прекращается, и на выходе интегратора 5 напряжение — 9> остается постоянным go тех пор, пока, „1 1,.I,„

В тот же момент 4 обесточивается катушка реле 6, вследствие чего через его размыкающийся контакт замыкается цепь глубокой отрицательной обратной связи с выхода ийтегратора 5 на его четвертый вход, и напряжение на выходе этого интегратора списйвается" к нулю со скоростью, обратно пропорциональной сопротивлению цепи обратной связи, т. е. практически мгновенно. . При последующем изменении вхоцного непрерывного Сигнала +Ц „до значений, меньших зацанной величийй эоны нечувствитепьности, папряженйе -U> осТаехся равным нулю, а с момента времени

t, z когда входной непрерывный сигнал увеличивается цо значений, при которых ! эх1 1Пв„ н процесс идет, как былоописано выше цля промежутка времени с дои .

Таким образом, в предлагаемом устройстве имитируется полный сброс инте1365

Ф х

30 т л к-; - ." оФ е -о (®ап ои ; У 6о

ppSpyитего ееемеете мЗФ, мооеоеруемо" го" частотно-импульсного моцулятора втoроого ро ца.

В Мокахо Бн 3 и 4, как уже было отмечеиоо, происходит преобразование сигнала +. )Uэх эн в 43(tU®„t>„) и "ЩИвх)3 1

«З „соответствеино. Виц фуйкцни ЦЯ „t> ) определяется заданной формой Мрактерй6тйкн зависимости 4

" (>,<)

В общем "сйучае цлят моцелти " часттотнтоИМмПУтЛЬСНОГО МОДУЛЯтОРа ВТОРОГО Раца ВЫ, раженйе

r piani нуфп+ 1 п4

А ими о

1 связывает параметры ° информационной ха рактернстики частотно-импульсного сигнала фи „- частота следования нмпульc0s, Т„-,длительность импульсов) c ггарамвтрами схемы модели частотно -импуль свого моцулатора второго рода (А congf-" !.

-усачевка срабатывания, О ©met- коэффнннеи» усиления по первому входу инте-. гратара 8) н с амплитудой входного не прерывного еигrrarra Ю>х. Из этого вы»

- режеин» следует, что

8 цйи схемы на положительный и отрицательный входной непрерывный си3 нал, чтЬ позволяет существенно сократить затра- ты времени, необходимого цля комплектации и настройки модели на требуемый режим и упростить его эксплуатацию.

Наконец, по тем же причинам уменьшаютси погтрешностй воспр оизвецения протцесса преобразования непрерывного сигнала в частотно-импульсный и, сггегговательно, rrosirrrrаетсч точнссть моделиро-вания частотно- импульсного модулятора второго раца. Ввецение в схему поляри -. зованного реле обеспечивает получение наряду с парафазным выходным импульсййм сигналбм также двухполярного, из-. меняющего знак r3 зависимости от знака входного непрерывного сигнала. Тем са мым обеспечивается получение знакойе- ременной харайтемристики, зависимости часутооты sidxoitioi»o частотно-импульсного сигнала от амплитуды входнОго непрерынного.

Использование в предлагаемом уст ройстве прйнципа компенсации вместо прерывания для исключения,влияния на цлиterri;rroc s иййульсов входного нецрерыв» ного" сигнала позволяет сиять ограниче- ние по верхней границе частотного диа® пазона прерызающего релейного элемента. Тем самым обеспечивается расщире«

we рабочего цитепазона мотцели по чжтоте, ."ойрвделяемого только полосой пропус кения ОперайиОнных усилителей конкрет-. ной АИМ, используемой для реализации его схемы. !

3наченйя этой фурии carr& " по дискретным значениям Ц к,взятым в цйаПНЗОне нзмЕМЬНн т 6 уме, y rr .. до 6-.@,. еее,ц(°

Таким образом, в предлагаемой моде» лн обесиечивается возможность aapbrrpo вання формм характеристики зависимости, 1н®н Р{И@„ ) путем соответствующего изменения вйца нелинейной функции

@,) g ) p воспроизводим ой

883 rr 4. йклвчениет в блок выделения модуля

5М 1 таким образом,, что.йа вход его поцается сигнал Т Зх,а выход его соте- . цинен со входом блока БЗЙ 2, позволяет .получить существенный. положительный эффект. Прежце: всего при оперировании с однополярным сю налом исключаются омреции отладки симметричности реек

Ф ормула изобретения

Моцель частотно-импульсного модулятора, содержащая блок выделения модуля, соециненный с блоком зацання нелиней ности типа зоны нечувствительности, репе, управляющий вход которого подклияен к выходу блока вЫделения модуля,. сумматор с цйоцным ограничителем s цепи обратной связи, инвертор, выхоц которого соединен со вхоцом интегратора и с пер- вым вхоцом сумматора, и источник смещения, отличающаяся тем, что,. с целью повышения точности, в. нее дополнительно введены цва блока нелинейности, компенсирующий циоц и поляризованное реле, причем выхоц блока зацания нелинейности типа зоны нечувствитель.ности подключен к первым входам блоков нелинейности, выходы которйх cooraeT9 65 1365, . 10

l ственно подключены ко второму и третье-. эованного реле связан со вхоцом модели му входам интегратора, выхоц которого второй вход первого блока нелинейности

l через размыкающий контакт реле соецинен и третий вход сумматора подключены к с четвертым вхоцом интегратора и непос- источнику смещения а второй вход вторбрецственно со вторым входом сумматора, 5 го блока нелинейности связан с выходом выхоц которого через компенсирующий инвертора. циоц подключен ко входу инвертора, а Источники информации, принятые во вход и выхоц инвертора соединены соот- внимание прй экспертизе ветственно с неподвижными KoHTBKTQMB . 1. Авторское свидетельство СССР поляризованного реле, переключающий 10 М 417804, кл. Я 06 Cj 7/48, 1972. контакт которого подключен к выходу мо - 2, Авторское свидетельство СССР дели, причем управляющий вхоц поляри- % 500583, кл. g 06 Cj 7/48, 1974.

Составитель И. Лебедев !

Редактор B. Федотов Техреи И. Асталош Корректор М. Йемчик

Заказ 809/47 Тираж 779 ПодпЩ=ное

ЦНИИПИ Государственного комйтета СССР по цепам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул . Проектная, 4