Цифровой нуль-орган

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Севетсннх

Соцналнстнческнк

Республик

<>798812 (61) Дополнительное к авт. свид-ву 9 335685 (22) Заявлено 09,1178 (21) 2681285/18-24 (51)М. Кл.з с присоединением заявки М (23) Приоритет

G F 7/04

Государственный комитет

СССР по деаам изобретений и открыти й

Опубликовано 23.0181. Бюллетень No 3

Дата опубликования описания 230131 (53) УДК 681. 325.5 (088. Р) (72) Авторы изобретения

Ф. М. Аллахвердов, Н. Г. Бабаев, Ю. В. Каллиников и К.А ° Гасанов Специальное конструкторское бюро радиофизического приборостроения научного центра "Каспий" AH

Азербайджанской CCP (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ НУЛЬ-ОРГАН

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для определения момента совпадения частот для последовательностей импульсов в быстродействующих системах управления и измерения.

По основному авт. св. Р 335685 известен цифровой нуль-орган, содержащий преобразователь код-временноЯ интервал, образованный вычитающим . счетчиком, генератором импульсов, тремя линиями задержки, триггером, вентилем, схемой ИЛИ и вентилями ввода кода в вычитающий счетчик, формирователь импульсов, схему совпадения и измеритель периода заданной частоты, образованной счетчиком импульсов, запоминающим регистром, вентилями ввода кода в регистр, схемой запрета и двумя линиями задержки, источник импульсов текущей частоты подключен к управляющему входу преобразователя и через последовательно соединенные первую, вторую и. третью линии задержки — к первому входу схемы совпадения, к второму входу которой подсоединен через формирователь импульсов выход преобразователя, входы вычитающего счетчика которого соединены через вентили

В„. ввода кода в вычитающий счетчик с выходами запоминающего регистра, входами подключенного через вентили ввода кода в регистр к выходам счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, сбросовый вход через последовательно включенные четвертую и пятую линии задержки — к выходу источника импульсов заданной частоты, соединенному с сбросовым входом запоминающего регистра через схему запрета, управляющий вход которой подключен к концу второй линии эа15 держки, причем управляеьые входы вентилей кода в регистр связаны с концом четвертой линии задержки (1).

Недостатком этого устройства является низкая точность в широком

20 диапазоне частот. Оно позволяет получить высокую точность только для медленно и монотонно изменяющейся текущей частоты, когда приращение периода незначительно. Для учета

25 динамики применяют формирователь импульсов, расширяющий один иэ сравниваемых по времени импульсов, величину длительности которого необходимо увеличить с ростом скорости

30 изменения периода текущей частоты, 798812 что снижает точность работы устройства. Особенно плохие результаты получаются для быстроиэменяющегося текущего сигнала в нижней части диапаэона изменения.

Г 5

Цель изобретения — увеличение точности в широком диапазоне частот.

Паст авленн ая цель дости гаетс я тем, что в цифровой нуль-орган введены fg умножители частоты, делители частоты, счетчики, сумматор частот, узлы вычитания частот, узлы перезаписи, управляемые делители частоты, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего управляемых делителей частоты, с первыми входами первого, второго и третьего множителей частоты и с входом первого делителя частоты, выход которого подключен к информационному входу счетчика, выходы которого соединены с входами первого узла перезаписи, выходы которого подключены к вторым входам первого, четвертого и 25 пятого управляемых делителей часто-, ты, первый выход первого- управляемого делителя частоты соединен с входами второго узла перезаписи, выходы которого подключены к второ- 3Q му входу третьего управляемого дели теля частоты, первый выход которого соединен с входами третьего узла перезаписи, выходы которого подключены к вторым входам второго управляе- З5 мого делителя частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу шестого управляемого делителя частоты, выход кбторого соединен с 4О первым входом второго узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу пятого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с вторым вхо- 45 дом первого умножителя частоты, выход которого подключен ко второму входу второго умножителя частоты, выход которого соединен с первым входом сумматора. частот, выход кото- Я рого подключен к первому входу устройства, выход второго узла перезаписи соединен с вторым входом шестого управляемого делителя частоты, второй выход первого управляемого де- у лителя частоты соединен с вторым входом сумматора частот и с первым входом третьего узла вычитания частот, первый выход которого подключен к третьему входу сумматора частот, а второй выход — к первому вхо- О ду четвертого управляемого делителя частоты и через второй делитель частоты к четвертому входу сумматора частот, второй выход третьего управляемого делителя частоты соединен с 6S вторыми входами первого и третьего узлов вычитания частот, первый выход четвертого управляемого делителя частоты подключен к второму входу второго узла вычитания частот и к второму входу третьего умножителя частоты, выход которого соединен с пятым входом сумматора частот, выход первого делителя частоты к второму входу устройства. Причем Каждый иэ управляемых делителей частоты состоит иэ счетчика, регистра и узла перезаписи, первый вход узла соединен с информационным входом счетчика, выход которого подключен к входу управления узла перезаписи и к второму выходу узла, второй вход узла соединен с входом регистра, выход которого подключен к первому выходу узла и к входу узла перезаписи, выходы которого соединены с входами счетчика.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит преобразователь 1 код-интервал, состоящйй иэ вычитающего счетчика 2, генератора

3 импульсов, линий 4-6 задержки, триггера 7, вентиля 8, схемы ИЛЙ 9 и вентилей 10 ввода кода в вычитающий счетчик, формирователь 11 импульсов, схеиу 12 совпадения, измеритель 13 периода заданной частоты, состоящий из счетчика 14 импульсов, запоминающего регистра 15, вентилей

16 ввода кода в регистр 15, схемы

17 запрета и линий 18 и 19 задержки, умножители 20-22 частоты, делитель

23 частоты, счетчик 24, сумматор 25 частот, узлы 26-28 вычитания частот, делитель 29 частоты, узлы 30-32 перезаписи, узел 33 перезаписи, управляемые делители 34-39 частоты, каждый из которых состоит из счетчика 40„ узла,33 перезаписи и регистра 41, шины 42-48 управления, входную шину

49, выходную шину 50.

Устройство работает следующим образом.

Из каждого импульса последовательности сигнала текущей частоты f (t) формируются на выходах 42-48 сигналы, управляющие последовательностью работы блоков устройства. С выхода генератора 3 импульсы опорной частоты Ез поступают на входы счетчиков

40 управляемых делителей 34, 35 и 37 частоты, на входы делителя 23 частоты, умножителей 20-22 частоты и через вентиль 8 на входы вычитающего счетчика 2. В делителе 23 частоты опорная частота делится на постоянный коэффициент К, являющийся коэффициентом умножения устройства. В управляемых делителях 34, 35 и 37 частоты опорная частота делится на переменные коэффициенты, записываемые в виде параллельного кода в регистры 41 после окончания каждого периода те798812 кущей частоты. Импульсы, следующие с частотой Fz = -- с выхода делителя

23, поступают на вход счетчика 24, где они суммируются в промежутке времени, равном закончившемуся периоду текущей частоты и формируемому путем подачи на управляющий вход 42 сигналов управления после прихода каждого импульса текущей частоты.

На выходах счетчика 24 в момент опроса образуется код, пропорциональный закончившемуся периоду текущей частоты. Этот код перед обнулением счетчика 24 через узел 30 перезаписи по сигналу на шине 48 управления записывается в регистры 41 управляет.х делителей 34, 36 и 39 частоты. Перед 1$ обнулением регистра 41 управляемого делителя 34 частоты, находящийся в нем код, пропорциональный предыдущему (i-1)-ому периоду Т„ (, перезаписывается через узел 31 переза- 20 писи в регистры управляемых делителей 35 и 38 частоты. Перед обнулением регистра управляемого делителя 35 частоты его код, пропорциональный (1-2)-ому периоду Т„ g, переэаписывается по сигналу на входе 44 через узел 32 перезаписи в регистр управляемого делителя 37 частоты.

Таким образом, после окончания 1-го периода текущей частоты Йт(t) в регистрах управляемых делителей 34,35 30 и 39 частоты записывается код N

38 частоты записывается код N>,, в регистрах управляемого делителя 37 частоты — код NT,- < . Ha выходах уп- 35 равляемых делителей 34, 35 и 37 частоты соответственно обраэовываются частоты Рт() =;ф ; — kf (t„); Гт (;„)

)с.1т-(), т.е. увеличейнйе в Й раз частотй, соответствующие мгновенным значениям текущей частоты в трех соседних периодах Т„, Т.(q и Т 1. g °

Импульсы с частотами F (t„") и F>(t ) с выходов управляемых делйтелей 34 и 35 частоты поступают на входы уз- 45 ла 26 вычитания частот, на информационном выходе которого образуется последовательность импульсов,со средней частотой аГ (t> ) = FT (t< )—

-Ft (t< „) = kaf (t;), пропорциональ- 50 ной приращению текущей частоты за время 1-го периода. На знаковом выходе узла 26 вычитания частот формируется сигнал знака приращения

91QN b Гт (tvj ), соответствующий знаку производной текущей частоты в i-oM периоде. Соответственно импульсы с частотами Fy(t q) и F (t 2) с выходов управляемых делителей 35 и 37 частоты поступают на входы узла 27 вычитания частот, на выходе которо- 40 го образуется последовательность импульсов-со средней частотойеУт(й 1 1)=

k (t „1), пропорциональной приращению текущей частоты эа время (1-1)-го периода. В управляемом делителе 36 И частоты частота b,F(t ), поступающая с выхода узла 26 вычитания частот, делится на коэффициент Ит1 . На выходе управляемого делителя 36 частоты образуется последовательность импульсов с частотой Fy(t )= — f (t )

1 — fo-ò 1.Р пропорциональной среднему значению первой .производной по времени текущей частоты в i- ом периоде. В управляемом делителе 38 частоты частота

4F(t„ 1), поступающая с выхода узла

27 вычитания частот делится йа коэффициент Ит,„< . На выходе управляемого делителя 38 частоты образуется последовательность импульсов с частотой Fz(t„ )= и (t „), пропорциональной средйему значению первой производной по времени текущей частоты в (i-1) -ом периоде. Импульсы с частотами „FT(t;) и F (t<< ) с выходов управляемых делителей 36 и 38 частоты поступают на входы узла 28 вычитания частот, на выходе которого образуется последов ательность импульcog со средней частотой аЕ (t )

К <

1 — f (t„.), пропорциональной прираУо щению среднего значения первой производной текущей частоты за время i-ro периода.

В управляемом делителе 39 частоты частота .ЬГт (t ) делится на коэффици-! ент NTj. На его выходе образуется последовательность импульсов с частотой, FT (t ) = р f (t ), пропорциональной среднему значению второй производной по времени в i-oM периоде текущей частоты. Импульсы с частотой Рт(„ ) с выхода управляемого делителя 36 частоты поступают на вход умножителя 22 частоты. В умножителе

22 частоты частота F (t ) интегрируf ется на временном интервале текущего (1+1) -ro периода. На выходе умножителя 22 частоты образуется последовательность импульсов со средней частотой a F (t) = ЕЕ (t „.) t, пропорциональной текущему приращению текущей частоты, зависящей от ее скорости изменения, т.е, от первой производной текущей частоты.

Импульсы с частотой F (t„ ) с выхода управляемого делителя 39 частоты поступают на вход умножителя

20 частоты и на его выходе образуется последовательность импульсов со средней частотой Р = < f (t„) t.

Эта частота поступает на вход умножителя 21 частоты и на его выходе образуется последовательность импульсов со средней частотой Ь F> (t)

1, Z а

Йтд(t>) t. Частота bF (t„) с выхода узла 26 вычитания частоты поступает на вход делителя 29, с вьтяода которого частота F . посК а Х тупает на вход сумматора 25 частот, на другие входы которого поступают частота LF (t) — с выхода умножителя

2 2 частоты, частота a F> (t ) — с выхо-. да умножителя 21 частоты, частота

Fт-(t; ) — с выхода управляемого де798812 лителя 34 частоты и сигнал знака

sign ь Ет (tq ) — с выхода узла 26 вычитания частот. Эти частоты с учетом

)сигнала знак а приращения текущей частоты s qw FT (t„) алгебраически суммируются сумматором 25 частот и на

его выходе образуется последовательность импульсов умноженной на К текущей частоты на (1+1) -ом периоде

F,(т-Ä)=к(1 Н,;1

Частота на выходе сумматора 25 частот соответствует умноженной в К раэ текущей частоте, скорректированной по значениям методической и динамической погрешностей, зависящих от приращения и производных первого и второго порядков текущей частоты на, закончившемся периоде. Импульсы час-тоты Р (Т -+ ) с выхода сумматора 25 частот эайускают преобразователь

1 код-временной интервал, на выходе которого формируются импульсы времени, равные уменьшенному в К раэ периоду заданной частоты f>. Формирование этих импульсов происходит следующим образом. Каждый импульс заданной частоты f, пройдя через схему 17 запрета, обнуляет запоминающий регистр 15, затем, задержавшись, в линии 18 задержки, открывает вентили 16, через которые код из счетчика 4 импульсов перезаписывается в запоминающий регистр 15, и задержавшись в линии 19 задержки, обнуляет счетчик 14 импульсов, который. начинает заполняться импульсами с частотой F0 = — с выхода делитеfo ля 23 частоты. Так как обнуления счетчика 14 импульсов производятся через каждый период заданной частоты, то к моменту опроса на его выходах образуется код N»= - Тэ, пропорциональный периоду заданной частот, который хранится до окончания следующего периода в запоминающем регистре 15. Каждый импульс частоты

Г (Т„-+ ) с выхода сумматора 25 частот устайавливает триггер 7 через схему

ИЛИ 9 в положеняе, закрывающее выходным сигналом .вентиль 8, затем, Задержавшись в линии 4 задержки, он фбнуляет вычитающий счетчик 2, задержавшись в линии 5 задержки, он открывает вентили 10, через которые код переэаписывается иэ запоминающего регистра 15 в вычитающий счетчик

2, и, наконец, задержавшись в линии

6 задержки, он поступает на схему 12 совпадения и на второй вход триггера

7, перебрасывая его в положение, открывающее вентиль 8, через который на вход вычитающего счетчика 2 начинают поступать импульсы с частотой йо с выхода генератора 3 импульсов.

На выходе вычитающего счетчика 2 имSO

Формула изобретения

N.ляемых делителей частоты, с первыми входами первого, второго и третьего ф5 умножителей частоты и с входом пер5

45 пульс обнуления сформируется через интервал времени, = - — = — „, равный и э т. уменьшенному в К раз периоду заданной частоты. Импульс с выхода вычитающего счетчика 2, расширяясь в формирователе 11 импульсов, поступает на второй вход схемы 12 совпадения. Если период частоты Г (Т„ + ) больше Т )К, то импульс с выхода счетчика успевает сформироваться. Если же период частоты Рт (Т„+ ) меньше э/K, то импульс на выходе вычитающего счетчика 2 не успевает сформироваться, так как раньше приходит следующий импульс частоты F>(Т +q), вновь запускающий преобразователь 1. Когда период частоты Гт(Т„. „) станет равным С который соответствует частотеГ = - =К .

% т о на схему 11 совпадения импульсы э ©э приходят одновременно и на ее выходе формируется сигнал совпадения сравниваемых частот. Если сигнал обнуления запоминающего регистра 15 и сигнал перезаписи кода через вентиль 10 приходят одновременно, то срабатывает схема 17 запрета и сигнал на обнуление запоминающего регистра 15 задерживается до перезаписи кода иэ него.

Из-за сравнения умноженного в К раз периода заданной частоты с периодом умноженной в К раз текущей частоты, скорректированной по значению приращения за закончившийся период и производных первого и второго порядка

IIo времени текущей частоты, что позволяет экстраполировать значение текущей частоты на текущем периоде в зависимости от характера изменения этой частоты в закончившемся периоде, предлагаемое устройство позволяет в К раз увеличить точность определения момента совпадения сравниваемых частот и расширить область применения его для функций изменения текущей частоты во времени по нелинейному закону, имеющему первую и вторую производные, и охватывающему большинство функций изменения сигналов в промышленных системах управления и измерения.

1. Цифровой нуль-орган по авт.св.

Р 335685, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне частот, в него введены умножители частоты, делители частоты, счетчики, сумматор частот, узел вычитания частот, узлы перезаписи, управляемые делители частоты, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего управ798812 ного дели тел я частоты, выход которого подключен к информационному входу счетчика, выходы которого соединены с входами первого узла перезаписи, выходы которого подключены к вторым входам первого, четвертого и пятого управляемых делителей час тоты, первый выход первого управляемого делителя частоты соединен с входами второго узла перезаписи, выходы которого подключены к второму входу третьего управляемого делителя частоты, первый выход которого соединен с входами третьего узла перезаписи, выходы которого подключены к вторым входам второго управляемого делителя частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу шестого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с первым входом второго узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу пятого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом первого умножителя частоты, выход которого подключен к второму входу второго умножителя частоты, выход которого соединен с первым входом сумматора частот, выход которого подключен к первому входу основного устройства, выход второго узла перезаписи соединен с вторым входом шестого управляемого делителя частоты, второй выход первого управляемого делителя частоты соединен с вторым входом сум« матора частот и с первым входом третьего узла вычитания частот, первый выход которого подключен к третьему входу сумматора частот, а второй выход - к первому входу четвертого управляемого делителя частоты и че-, > рез второй делитель частоты к четвертому входу сумматора частот, второй выход третьего управляемого делителя частоты соединен с вторыми входами первого и третьего узлов вычитания !

О частот, первый выход четвертого управляемого делителя частоты подключен к второму входу второго узла вычитания частот и к второму входу третьего умножителя частоты, выход которого соединен с пятым входом сумматора частот, выход первого делителя частоты подключен к второму входу устройства.

2. Нуль-орган цо п.l, о т л и © ч а ю шийся тем, что в нем каждый из управляемых делителей частоты состоит иэ счетчика, регистра и узла перезаписи, причем первый вход узла соединен с информационным входом счет« чика, выход которого подключен к

2$ входу управления узла перезаписи и к второму выходу узла, второй вход узла соединен с входом регистра, выход которого подключен к первому выходу узла и к входу узла перезаписи, 3О выходы которого соединены с входами счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 335685, кл. G 06 F 7/04, 24.11.69.

798812

Составитель В ° Белкин

Редактор Л. Кеви Техред М.Коштура Корректор Ю. Макаренко

Заказ 10048/66 Тираж 756 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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