Компенсатор квадратурной помехи для следящей системы переменного тока Советский патент 1984 года по МПК G05B11/06 

Изобретение относится к радиотех нике и автоматике и могчет быть использовано в следящих системах устройств различного назначения. Известно устройство подавления квадратурной составляющей сигнала, которое содержит двухполюсник, состоящий из двух параллельных цепей, каждая из которых содерли1Т транзисторный ключ и конденсатор, соединен ные последовательно и подключенные одним полюсом через входной резистор к источнику сигнала, а другим к общей шине устройства, и источник опорного напряжения СПУказанное устройство обеспечивает эффективное подавление квадратур ной помехи лишь при весьма большом значении постоянной времени двухполюсника. Так как устройство предста ляет собой интегрирующее звено в тр те усиления, то оно вносит существе ное запаздывание по фазе огибающей амплитудно-модулированного полезного сигнала, что приводит к недоггустимому ухудшению устойчивости и дин мической точности следящей системы, в состав которой входит это устройство. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является компенсатор квадратурной помехи для следящей системы переменного тока, содержащий усилитель, вход которого является входом компенсатора, последовательно соединенные и второй резисторы, первый двухполюсник, содержащий две параллельно включенные цепи, каждая из которых образована последовательным соединением ключа и конденсатора, управляющие входы ключей первого двухполюсника соединены с соответствующими выходами источника коммутирующего сигнала C2J. Известное устройство обеспечивает эффективное подавление (компенсацию квадратурной помехи лишь при весьма большом значении постоянной времени первого двухполюсника, представляющего собой пассивное дифференцируюiifee звено в цепи отрицательной обрат ной связи усилителя. Из теории авто матического регулирования известно, что пассивное дифференцирующее звено в цепи отрицательной обратной связи эквивалентно интегрирующему звену в цепи тракта усиления и при больших значениях постоянной времени двух562полюсника вносит значительное запаздывание по фазе огибающей амплитудномодулированного полезного сигнала, что существенно ухудшает быстродействне усилителя, что приводит к недопустимому ухудшению динамических параметров и устойчивости следящих систем, в состав которых входит известное устройство. Кроме того, суммируемь е на входе известного усилительного устройства напряжения квадратурной составляющей, поступающие от источника сигнала и с выхода усилителя через первьй двухполюсник, содержащий реактивные элементы (конденсаторы), сдвинуты по фазе друг относительно друга на некоторый угол не равный IT , вследствие чего известное усилительное устройство создает собственное квадратурное напряжение. Таким образом, недостатком известного усилительного устройства является низкая эффективность компенсации квадратурной составляющей сигнала и большая постоянная времени, т,а, низкое быстродействие. Цель изобретения - повышение эффективности компенсации. Поставленная цель достигается тем, что в компенсаторе квадратурной помехи для следящей системы переменного тока, содержащем усилитель, вход которого является входом компенсатора, последовательно соединенные первый и второй резисторы, первый двухполюсник, содержащий две параллельно включенные цепи, каждая из которых образована последовательным соединением ключа и конденсатора, управляющие входы ключей первого двухполюсника соединены с соответствующими выходами источника коммутирующего сигнала, между выходом усилителя и общей шиной включены последо- ; вательно третий резистор и второй двухполюсник, идентичный первому, управляющие входы ключей которого соединены с соответствующими дополнительными выходами источника коммутирующего сигнала, последовательно соединенные первый и второй резисторы, .средняя точка которьк соединена с входом первого двухполюсника, включены между входом и выходом усилителя, выход первого двухполюсника соединен с общей шиной, а вход второго двухполюсника является выходом компенсатора. 3 На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема компенсатора квадратурной помехи для следящей системы переменного тока; на фиг. 2 диаграммы напряжения, поясняющие работу предлагаемого компенсатора. Компенсатор.квадратурной помехи для следящей системы беременного то ка содержит усилитель 1, первый резистор 2, второй резистор 3, третий резистор 4, первый двухполнюник 5, второй двухполюсник 6, ключи 7 , конденсаторы 8 и источник 9 коммутирующего сигнала. Компенсатор работает следующим образом. Входной сигнал и„у (фиг.2сц), состойщий из синфазной П, , квадратурной и высших гармонических Ug составляющих, поступает на вход усилителя 1. С выхода усилителя 1 часть указанных составляющее, определяемая глубиной обратной связи, через второй резистор 3 поступает на входы ключей 7 первого двухполюс ника 5 и через, последние - на конденсатор 8. Управление ключами 7 осущестбляется управляющим напряжением, поступающим от источника 9 коммутирующего сигнала, обеспечиваю щего сдвиг напряжения на 90° относительно синфазной составляющей. На чальная фаза сигнала на управляющих входах ключей 7 выбрана так, что в течение нечетных полупериодов частоты кoм fyтиpyющeгo сигнала открыт один ключ 7, а в течение четньп: другой ключ 7 первого двухполюсника 5. В результате синфазная состав ляющая, ответвляющаяся в цепь отридательной обратной связи усилителя 1, удваивается по частоте и поступа ет на общую щину (фиг.. 25 и в). Квадратурная составляющая сигнала в течение нечетных полупериодов час тоты коммутирующего сигнала прикладывается к одному конденсатору 8, а в течение черных - к другому конд сдтору 8. В течение нечетных полупериодов несущей частоты опорного , напряжения происходит заряд одного конденсатора 8, а в течение четных другого конденсатора 8 до амплитудного значения квадратурного напряже ния Ujjg , При размыкании ключа 7 разряда конденсатора 8 не пр(Я1сходи Поэтому напряжение на конденсаторе 8 остается равным амплитудному значению квадратурной составляющей 564 и.,, .(разрядом конденсаторов в периоды, когда мгновенное значение квадратурного напряжения меньше напряжения на соответствующем конденсаторе, пренебрегаем), зарядный ток равен нулю. Следовательно, квадратурная составляющая сигнала, пропорциональная зарядному току, не пропускается к-общей шине усилителя следящей системы и на входе первого двухполюсника 5 представляет собой практически периодическую функцию прямоугольной формы (фиг. 2х). Разложение рассматриваемой функции в тригонометрический ряд имеет вид Пв.п| . SinSu)-fc SinStot Sinoit--T-ISПервая гармоника квадратурной составляющей сигнала показана на фиг. 2 г пунктиром. Квадратурная составляющая сигнала через первый резистор 2 цепи отрицательной обратной связи усилителя 1 поступает на его вход, обеспечивая селективную отрицательную обратную связь пс квадратурной составляющей сигнала. Сигнал обратной связи сохраняет практически форму квадратурной и высших гармонических составляющих входного сигнала и не содержит синфазной составляющей, так как среднее значение ее на входе первого двухполюсника 5, как видно из фиг. 25 и Б, равно нулю. В результате зтого синфазная составляющая сигнала усиливается с большим коэффициентом усиления, а квадратурная и высшие гармонические составлякнцие компенсируются сигналом отрицательной обратной связи на входе усилителя 1. В динамическом режиме работы усилителя 1, когда на его вход поступает, например, амшштудно-модулированный сигнал U gx rn S t cosvi/t амплитуда сигналов синфазной состайляющей (фиг. 25 и в) нечетных полупериодов несущей частоты не равны амплитудам сигналов четных полупериодов и среднее значение синфазной составлякйдёй сигнала на входе первого двухполюсника 5 не равно нулю. Здесь и sin И t - гармонический закон изменения огибакицей сигнала-, S2 - угловая частота огибакмдей сигнала, w - несущая угловая частота. Происходит интегрирование динамических приращений синфазной составляющей сигнала конденсаторами 8 первого двухполюсника 5, образующими с дервым резистором 2 отрицательной обратной связи усилителя 1 корректирующий контур воздействующий на огибающую несущей частоты примерно.так же, как интегрирующее звено постоянного тока на сигнал постоянного тока, совпадающий по форме с огибающей. Поскольку указан ньш контур является интегрирующим звеном в цепи обратной связи усилителя 1, то обуславливаемое им запав дьшание по фазе для огибающей приводит к положительному фазовому сдв гу огибающей амплитудно-модулирован ного сигнала при прохождении его через усилитель I. Далее сигнал с существенно уменьшенной квадратурной составляющей через третий ре зистор 4 поступает на второй двухполюсник 6, Коммутация ключей 7 вто рого двухполюсника 6 осуществляется в противофазе синхронно с сигналом напряжение синфазной составляющей на казвдом его конденсаторе 8 однополярно (как это имеет место на кон денсаторах 8 первого двухполюсника 5 для квадратурной составляющей сигаала)э а напряжение квадратурной составляющей сигнала в течение одно го полупериода коммутации разнополярно Поэтому в то время, когда один из ключей 7 замкнут, сопротивление цепочки второй двухполюсник 6 - общая шина усилителя 1 для квадратурной составляющей сигнала мало, а для синфазной составляющей сигнала велико., В результате квадратурная составляющая сигнала шунтируется, а синфазная составляющая сигнала проходит по тракту усиления без ослабления. Второй двухполюсник 6 обеспечивает подавление оставшейся квадратурной составляющей сигнала и необходимую компенсацию ранее полученного избыточного положительного фазового сдвига огибающей амплитудно-модулированного полезного сигнала. Применение предлагаемого устройства позволяет существенно повысить эффективность компенсации квадратурной составляющей сигнала и одновременно обеспечить формирование опережающего по фазе полезного сигнала. Кроме того, позволяет уменьшить содержание квадратурной составляющей сигнала и высших гармоник в выходном сигнале усилителя на 40-50%, повысить динамическую точность следящей системы на -33-40% и существенно упростить корректирующие устройства, следящей системы. Таким обра-, зом, предлагаемый компенсатор обладает повышенной эффективностью поавления квадратурной составляющей сигнала3 а также .улучшенными динамическнми характеристиками.

Фиг. 2

КОМПЕНСАТОР КВАДРАТУРНОЙ ПОМЕХИ ДЛЯ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий усилитель, вход которого является входом компенсатора, последовательно соединенные первый и второй резисторы, первый двухполюсник, содержащий две параллельно включенные цепи, каждая из которых образована последовательным соединением ключа и конденсатора, управляющие входы ключей первого двухполюсника соединены с соответствующими выходами источника коммутирующего сигнала, отличаю.щ и и с я тем, что, с.целью повышения эффективности компенсации, между выходом усилителя и общей шиной включены последовательно третий резистор и второй двухполюсник, идентичный первому, управляющие входы ключей которого соединены с соответствующими дополнительными выходами источника коммутирующего сигнала, последовательно соединенные i первый и второй резисторы, средняя (Л точка которых соединена с входом первого двухполюсника, включены между входом и выходом усилителя, выход первого двухполюсника соединен с общей шиной а вход второго двухполюсника является выходом компенсатора. 00 00 СП cr