SU690504A1 - Интегрирующее устройство - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к аналоговым cpcjj,ствам автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в электронных Моделирующих устройствах и системах автоматического управлени , например, движущимис  объектами, когда требуетс  определить значение периодической функции по скорости изменени  ее аргумента, а в некоторых случа х и номер периода, в котором находитс  значение этого аргумента.

Известны интегрирующие устройства, содержащие два одинаковых интегрирующих конденсатора , один из которых включает в НС-цепь рещающего усилител , в то врем  как другой с помощью дополнительно введенного сумматора разр жают до нул  или до граничного напр жени  U . Каждый раз, когда выходной сигнал усилител  достигает любой из указанных границ (О или УН ), конденсаторы мен ют местами при помощи схемы управлЙ1идинтегрирующего устройства. Тем самым обеспечиваетс  скачкообразное изменение выходного сигнала интегрирующего устройства 1.

Основными недостатками таких устройств  вл ютс  уменьшение возможного масштаба выходного сигнала, сложность схемы управле1га  а.также необходимость в двух прецизионных конденсаторах, что увеличивает вес и габариты устройства. Кроме того, различие в фактических отклонени х елгкостей двух конденсаторов от номинала может вызвать дополнительные погрешности интегрировани , поскольку эта отклонени  не могут быть скомпенсированы подстройкой сопротивлени  резистора RC-цепи; этот недостаток можно устранить лииа за счет еще большего усложнени  схемы - введени  второго входного резистора и элементов переключени  входных резисторе.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению  вл етс  интегрирующее устройство, содержащее накопительиый конденсатор, формирователь зар дного тока , вход и выход которого  вл ютс  соответственно входом и выходом устройства, и двухуровневый компаратор, вход которого соединен с выходом формировател  зар дного тока, а выХоды подключены ко входам реверсивного счетчика 2. Недостатком этого устройства  вл етс  также заниженный масштаб выходного сигнала и вследствие этого недостаточно высока  точность. Кроме того, необходимость применени  токоограничивающих резисторов приводит к снижению быстродействи . Цель изобретени  - повышение быстродействи  и точности работы устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство содержит последовательно включенные элемент ИЛИ, подсоединенный входами к соответствующим вь1ходам дв тсуровневого компаратора , триггер со счетным входом и блок переключени , коммутационные выводы которого подключены соответственно к накопительному конденсатору и к токовым выводам формировател  зар дного тока, подсоединенным к дополнительному непереключаемому режимному конденсатору. . На фиг. 1 представлена блок-схема интегрирующего устройства; на фиг. 2-6 показаны варианты исполнени  формирователей (цепей или устройств) зар дного тока и выходного сигнала . ;..: Устройство содержит формирователь 1 зар д кого тока и выходного сигнала со входом 2, выходом 3 к токовыми вьшодами 4 и 5, нако пительный конденсатор 6, узел управлени  7, включающий двухуровневьй компаратор 8 с раз дельньпи  выходами, элемент ИЛИ 9, триггер 10 со счетным входом и блок 11 переключени . Интегрирующее устройство может бый. дополнено непереключаемым конденсатором 12, и в :этом случае вводитс  токоогранитавающий редастор 13, а также реверсивным двухсторонним счетчиком 14. Формирователь 1 зар дного тока и выходного сигнала в простейшем виде (фиг. 2) пред:Ставл ет собой пассивную церь, содержащую .только входной резнстфр 15 RC-цепи, выходной сигнал при этом снимаетс  непосредственно с накопительного конденсатора. Такой формирова тель может быть применен лишь в тех случа х, когда уровни входного сигнала во много раз больше уровней вькодного сигнала и требовани к точности низкиб. Точность работы формирова тел  может быть несколько повышена введением перед его выходом буферного каскада разделительного , или масштабного усилител  16 (фиг. 3). Существенное повышение точности да ет замена входного резистора на генератор или усилитель тока-17 (фиг. 4 и 5). Наиболее совер шенным формирователем, обеспечивающим выс кую точность,  )вл етс  операционный усилитель il8 со входным резистором 15 (фиг. 6), зар дна  цепь этого формировател  заключена между

690504 выходом и входом усилител , т.е.  вл етс  его епью обратной св зи. Ит1тегратор работает следующим образом. Цепи установки начального значени  интеграла Хо, которое не должно выходить за предеы полупериодов ±ir (или ±л (1 +6), где 5 «1, обеспечивают необходимый зар д коненсатора 6 в любом из двух состо ний блока П. С момента отключени  цепей установки хо начинаетс  процесс интегрировани  скорости изменени  аргумента - величины x(t), представленной сигналом и,, подаваемым на вход 2 формировател  1 зар дного тока и выходного сигнала. Когда значение интеграла (t) достигает значени  +  или -тг, уровень сигнала на выходе 3 формировател  и сравниваетс  с одним из уровней срабатывани  двухуровневого компаратора 8, устанавливаемых опорными напр жени ми ±Uo, и с соответствующего выхода компаратора через элемеит ИЛИ 9 на триггер 10 поступит дискретный сигнал, от которого триггер изменит свое состо ние и переключит блок 11. Обкладка конденсатора 6, котора  до этого соедин лась с выводом 4 формировател , отсоединитс  От-него, и соединитс  с выводом 5, а друга  обкладка конденсатора, наоборот, отсоединитс  от вьгеода 5 и соединитс  с выводом 4 формировател . В результате такого переключени  величина ), представленна  сигналом , снимаемым с выхода 3 формировател , изменит свой знак, т.е. совершит скачок величиной 27г. Если входной сигнал интегратора будет сохран ть свой знак, то направление скачков останетс  тем же, а если из 1енитс  знак входного сигнала, то изменитс  и. направление следующего скачка. Описанные выше переключени  должны производитьс  блоком И строго синхронно, чтобы не могли возникнуть даже кратковременные короткие замыкани  между обкладками конденсатора и выводами 4 и 5 подключени  формировател  1. Если специально корригироватьабсолютное значение уровней, срабатывани  компаратора в сторону увеличени  до 7г(1 + 6), то устойчивость работы (исключение возможности возникновени  зуммерного режима) повыситс , так как будет гарантировано, что при переключении блока II не возникнет состо ни , при котором, за счет неточности элементов, сраэу же по в тс  услови  обратного переключени . Однако при таком; корригировании величина скачка составит 27г(1 + 5)j т.е. не будет равна периоду, а превысит его, что недопустимо, ведение включйшого между вьшодами 4 и 5 формировател  1 дополнительного непереключаемого конденсатора 12, емкость которого во много раз меньше емкости основного конденсатора 6, приведет К частичному уменьшению абсолютного значени  напр жени  между точками 3 и 4 формировател  1 При переключении основного кондеисатора . Это позволит уменьшить величину скачка и сделать ее равной 27г, если абсолютное значение выходного сигнала после скачка составит 7г(1-5), дл  чего дополнительный конденсатор 12 должен иметь емкость Сд 5 Со,(1) где Со - емкость основного конденсатора 6. Отметим, что некоторое увеличение диапазона отрабатьшаемых интегратором сигналов до ±7г(1 + 5) может быть полезным и с точки зрени  установки начального значени  интеграла, Поскольку источники соответствуюших сигналов также могут выдавать их в диапазоне, нес4 колько превышающем точное значение одного периода. Следует учитывать, что в расчетную величину посто нной времени RC-цепи интегратора, св зывающую масштабы сигналов на его входе и выходе, должна входить емкость С параллельного соединени  конденсаторов, т.е. значение С Со(1 +6)(2) Требовани  к точности работы дополнительного конденсатора 12, ввиду малого вли ни  согласно формуле (2), могут быть .значительно снижены по сравнению с требовани ми к основному конденсатору 6. Вес и габариты дополнительного конденсатора также во много раз меньше, чем основного. Поскольку введение неперекпючаемого конденсатора 12 вызывает при переключени х скачок напр жени  не только на зтом конденсаторе , но и небольшой скачок на основном конденсаторе , в цепь поспедаего следует ввести токо;ограничивающий резистор 13. Однако величина его сопротивлени  в этом случае может быть вз та во много раз меньшей, чем в интеграторах, работающих с полной разр дкой интегрирующего конденсатора. Поэтому отмеченное ранее отрицательное последствие от введени  токоограничивающего резистора окажетс  не существенным . Если в интегратор ввест реверсивный двухсторонний счетчик 14, на входы прибавлени и вычитани  которого будут поступать дискретные сигналы с обоих выходов двухуровневого ком гпаратора 8,то такой счетчик будет подсчитывать номер N периода, в котором находитс  значение вычисл емого аргумента периодической фуЕжиии Это расшир ет функциональные возможности интегратора. В таком исполнении его можно использовать в комбинированных (гибридных) :вычислительных устройствах, в которых примен етс  смешанное цифроаналоговое представление переменных, поскольку аналогова  часть такого представлени   вл етс  периодшшской функцией представл емой величины. Эффективность изобретени  состоит в том, что предложенный интегратор позвол ет производить неограниченное йо времени интегрирование и одновременно получать наибольший из возможных масштаб выходного сигнала. Кроме того, гарантируетс  устойчивость работы интегратора без ухудшени  точности, а также расшир ютс  его функциональные j возможности . рмула изобретени  Интегрирующее устройство, содержащее накопительный конденсатор, формнроватйль зар дного тока, вход и выход которого  вл ютс  соответственно входом и вь1ходом устройства, и двухуровневый компаратор, вход которого соединен с выходом формировател  зар дного тока, а выходы подключены ко входам реверсивного счетчика, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и точности работы устройства, оно содержит последовательно включенные- элемент ИЛИ, подсоединенный входами к соответствующим выходам двухуровневого компаратора, триггер со счетным входом и блок переключени , коммутациО1шые вьшоды которого подключены соответственно к накопительному конденсатору и к то-, ковым вьгеодам формировател  зар дного тока, подсоединенным к дополнительному неперекп чаемому режимному конденсатору. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 308436, кл. G 06 G 7/18, 1972. 2.Коган Б. Я. Электронные моделирующие устройства и их применение дл  исследовани  систем автоматического регулировани , М., Физматшэ, 1959, с. 77, рис. 306 (прототип).

. i

. .

-X59 5«4 .

.:4..,..

r 6:

ic

J3

LJj:l -i 4 . 2 5

17 fS

3 г

O ff

Фиг.5

.

(4

П

; LbC±30i/2 .

I

Из-H

u :Фиг л

15 К/

iJ

уг.б