Анализатор экстремумов Советский патент 1985 года по МПК G05B13/02 

11 Изобретение относится к автомати ке и измерительной технике и может быть использовано в автоматических регуляторах, в уетройствах ввода в цифровую вычислительную машину экст ремальных значений аналоговых сигна лов, а также в специализированных вычислительных устройствах обработк информации, предназначенных для нау ных исследований. Известен цифровой указатель экст мумов Cl3. Недостатками данного указателя являются неудовлетворительная и нерегулируемая точность фиксации экст ремума аналоговых сигналов, отсутствие контроля точек перегиба. Наиболее близким к изобретен) по технической сзгам ости является ук затель экстремума, содержащий дафференцирукщий усилитель, первый инвертор, второй инвертор, первый уси литель , второй усилитель, нуль-орган, первый пороговый элемент второй пороговый элемент, первый тригrepj второй триггер, первый элемент И, второй элемент И, одновибратор, первый длюч, второй ключ, третий однополупериодный выпрямитель, четверт однополупериодный выпрямитель, импульсный усилитель, элемент памяти, пятый однополупериодный выпрямитель, первый однополупериодный выпрямитель, второй однополупериодный выпрямитель 2 . Недостатком известного указателя является низ(кая помехоустойчивость вследствие наличия дифференциатора, в результате чего устройство не мож быть использовано в системах, где имеются помехи. Кроме того, устройство не дает возможности контролиро вать точки перегиба, что сужает область его применения. Целью изобретения является расти рение области применения путем обес печения возможности контроля точек перегиба. Поставленная цель достигается тем, что в анализатор экстремумов, держащий пять однополупериодных выпрямителей, нуль-орган, два ключа и первый элемент памяти, введены трехпозиционный релейный элемент, восемь ключей, три элемента памяти, шестой однополупериодный выпрямитель, второй нуль-орган два элемента сравнения, генератор тактовых импульсов и блок логики, причем входы первого и второго ключей соединены с входом трехпозиционного релейного элемента выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей через первый и второй однополупериодные вьтрямители соответственно, выход первого ключа соединен с первым входом первого элемента сравнения и вход1ами третьего и четвертого ключей, выходы которых соединены с входами пятого и шестого ключей через первый и второй элементы памяти соответственно, выход второго ключа соединен с первым входом второго элемента сравнения и входами седьмого и восьмого ключей, выходы которых соединены с входами девятого и десятого ключей через третий и четвертый элементы памяти соответственно, управляющие входы третьего, шестого, седьмого и десятого ключей соединены с прямым выходом генератора тактовых импульсов, с инвертирующим выходом которого соединены входы четвертого, пятого, восьмого и девятого ключей, второй вход первого элемента сравнения соединен с выходами пятого и шестого ключей, второй вход второго элемента сравнения соединен с выходами девятого и десятого ключей, выход первого элемента сравнения подключен к входам третьего и четвертого однополупериодных вьтрямителей и к входу первого нуль-органа, выход второго элемента сравнения подключен к входам пятого и шестого однрполупериодных выпрямителей и к-входу второго нульоргана, выход третьего однополупериодного выпрямителя соединен с выходом пятого однополупериодного выпрямителя и первым входом блока логики, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго нульорганов соответственно, и выход четвертого однополупериодного выпрямителя соединен с выходом шестого однополупериодного выпрямителя и четвертым входом блока логики. На фиг. 1 представлена блок-схема устройстваj на фиг. 2 - функциональная схема блока логики на фиг. 3 временные диаграммы работы устройства. Анализатор экстремумов содержит первый, второй, третий, четвертый и Пятыйоднополупериодные выпрямители 1-5, первый нуль-орган 6, первый и

второй ключи 7 и 8, первый элемент 9 Памяти, трехпозиционный релейный ;элемент 10, третий, четвертый, пятый шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый ключи 11-18, второй, третий и четвертый элементы 19-21 памяти, шестой однополупериодный выпрямитель 22,второй нуль-орган 23, первый и второй элементы 24 и 25 сравнения, генератор 26 тактовых импульсов и блок 27 логики.

Блок 27 логики содержит первый элемент ШШ-НЕ 28, первый триггер 29, третий триггер 30, первый элемен И 31, второй триггер 32, третий элемент И 33, элемент ИЛИ 34, второй элемент ИЛИ-НЕ 35, инвертор 36, четвертый триггер 37, второй элемент И 38, четвертый элемент И 39 и третий элемент ИЛИ-НЕ 40.

Первый, второй, третий, четвертый пять1й, шестой однополупериодные выпрямители могут быть реализованы в виде диодов, элементы 9, 19, 20 и 21 памяти - в виде конденсаторов, а инвертор 36 - в виде каскада на полевом транзисторе. Первый, второй, третий, чеТвертьй, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый ключи при работе устройства с медлен но изменяющимися аналоговыми сигналам могут быть построены на герконовых реле, а при работе с быстро изменяющимися аналоговыми сигналами - на аналоговых ключах. .

Анализатор экстремумов работает следующим образом.

При появлении сигнала Ugx(t), превышающего порог срабатывания трекпозиционного релейного элемента 10, на его выходе, в зависимости от полярности входного сигнала, появляется сигнал положительной или отрицательной полярности. Рассмотрим работу устройства, еслии(1) имеет вид, показанный на диаграмме 1 фиг.З Так как сначала на вход устройства поступил сигнал положительной полярности, то с выхода трехпозиционного релейного элемента 10 выходное напря жение положительной полярности чере первый однополупериодный выпрямитель 1 поступает на управляющий вход первого ключа 7. Первый ключ 7 замыкается и входное напряжение поступает на вход первого элемента 24 сравнения непосредственно, а через ключи 11 и 12 - на элементы 9 и 19 памяти, которые через ключи 13 и 14 подключаются к второму входу первого элемента 24 сравнения. Ключи 11 и 14 замыкаются во время действия импульса с прямого выхода генератора 26 тактовых импульсов, а ключи 12 и 13 замыкаются на время действия импульса с инверсного выхода генератора 26 тактоBbix импульсов, вследствие чего : Первый элемент 9 памяти во время действия прямого тактового импульса следит за изменением входного напряжени а во время действия инверсного тактового импульса оказьшается подключенным к второму входу первого элемента 24 сравнения. Второй элемент 19 памяти наоборот во время действия прямого тактового импульса оказывается подключенным к входу первого элемента 24 сравнения, а во время действия -инверсного тактового импульса следит за изменением входного напряжения. Таким образом, на первом элементе 24 сравнения в -и момент времени происходит сравнение входного сигнала положительной полярности с напряжением запомненным на элементах 9 и 19 памяти в предыдущий момент времени. Форма напряжения на втором входе первого элемента 24 сравнения имеет вид, показанный на фиг. 3 (диаграмма 2). Если входное напряжение растет, то в любой момент времени выполняется условие иf и и выходное напряжение первого элемента 24 сравнения имеет положительный знак, где L/H - . напряжение неинвертирующего, а U напряжение инвертирующего входов первого элемента 24 сравнения. Если прирост (спад) входного напряжения отсутствует, то выходной сигнал первого элемента сравнения равен 0. В случае спада входного напряжения, T.e. этот сигнал имеет отрицательный знак. С появлением положи- тельного уровня напряжения на выходе первого элемента 24 сравнения первый триггер 29 устанавливается в единичное состояние. С появлением на выходе первого нуль-органа 6 нулевого уровня, что соответствует нулевому выходному сигналу первого элемента 24 сравнения, а следователи но, и отсутствию прироста входного напряжения, импульс с выхода первого элемента ИЛИ-НЕ 28 устанавливает третий триггер 30 в единичное состояние, а первый триггер 29 - в нулевое состояние. Если после этого вход ное напряжение начинает расти, то сраба-швает повторно первый триггер 29 и на выходе третьего элемента И 33, а следовательно, и на выходе эле мента ИЛИ 34 появляется логическая 1, что указывает на наличие точки перегиба в диаграмме входного напряжения. С появлением логической 1 на выходе элемента ИЛИ 34 а выходе третьего элемента ШШ-НЕ 40 появляется логический О и третий три гер 30 устанавливается в нулевое сос тояние. Если критической точкой является не точка перегиба, а шина макс., то первый триггер 29. не сра j6aiWBaeT повторно, так как напряжени wa выходе первого элемента 24 срав- нения имеет отрицательную полярность Это напряжение через однополупериод шй выпрямитель 4 прикладывается к входу инвертора 36. С выхода инверто ра сигнал логической I устанавливает. ;второй триггер 32 в единичное состояние, вследствие чего на шине макс. появляется логическая 1, так Kait на входах первого элемента И 31 логические 1. С выхода третье го элемента ШШ-НЕ 40 логическим О третий триггер 30 устанавливается в нулевое состояние. В случае, если имеет место локаль ный мин. при положительном входном сигнале, то сначала срабатывает второй триггер 32. С приходом импульса на его выключение с выхода второго элемента ИЛИ-НЕ 35 срабатьшает четвертый триггер 37, а с началом воз растания входного напряжения - первый. триггер 29 и появляется логическая 1 на шине мин. С выхода третьего элемента ИЛИ-НЕ 40 логическим О четвертьй триггер 37 устанавливается в нулевое состояние. Аналогично работает устройство при отрицательном входном сигнале, только в этом случае блок 27 логики управляется от второго элемента 25 сравнения через однополупериодные выпрямители 5 и 22 и второй нульорган 23. Таким образом, в предлагаемом анализаторе все элементы, кроме блока логики и нуль-органов, использзлются с целью определения характер, изменения входного сигнала - его нарастания или убывания во времени, что обеспечивает распознавание ожИ даемого экстремума (максимум или минимум) и подготовку блока логики к выделению моментов достижения входным сигналом критических точек (максимума, минимума или точки перегиба) которое осуществляется блоком логики после появления на выходе работающего в данный момент нуль-органа нулевого потенциала в момент начала изменения входного сигнала в сторону нарастания или убывания, при этом ошибка фиксации критической точки обратно пропорциональна частоте следования импульсов с генератора тактовых импульсов, которая при использовании в качестве ключевых элементов аналогов} 1Х ключей может достигать сотни килогерц. Кроме того, с применением управляемого генератора тактовых иктульсов имеется возможность кавдом конкретном случае задавать необходимую точность фиксации крнтических,точек во входном сигнале, при этом удается устранить действие некоторых видов помех на анализатор. Экономическая эффективность при использовании предлагаемого анализатора экстремумов в адаптивном регуля торе технологических процессов по сравнению с базовым образцом, в качестве которого Принят разработанный в ЛСКТБ регулятор температуры программный П719-7, будет по.пучена за счет снижения ёебестоимости регулятора, увеличения выхода годной продукции и увеличения ее качества. Экономический эффект от использования объекта изобретения в адаптивном регуляторе технологических процессов составляет 400 руб. на один регулятор.

)

Фи-.

АНАЛИЗАТОР ЭКСТРЕМУМОВ, со;держащий пять однополупериодных выпрямителей, нуль-орган, два ключа и первьй элемент памяти, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения области применения путем . обеспечения возможности контроля точек перегиба, в Herd введены трехпозиционный релейный элемент, восемь ключей, три элемента памяти, шестой однополупериодкый выпрямитель, второй нуль-орган, два элемента сравнения, генератор тактовых импульсов и блок логики, причемвходы первого и второго ключей соединены с входом трехпозиционного релейного элемента,, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей через первый и второй однополупериод ные выпрямители соответственно, выход первого ключа соединен с первым входом первого элемента сравнения и входами третьего и четвертого ключей. выходы которых соединены с входами пятого и шестого ключей через пер- ч вый и второй элементы памяти соответственно, выход второго ключа соединен с первым входом второго элемента сравнения и входами седьмого и восьмого ключей, выходы которых соединены с входами девятого и десятого ключей через третий и четвертый элементы памяти соответственно, управляющие входы третьего, шестого, седьмого и десятого ключей соединены с прямым выходом генератора тактовых импульсов, с инвepтиpyюшJ м выходом которого соединены входы четвертого, пятого, восьмого и девятого ключей, вто- 3 рой вход первого элемента сравнения (Л соединен с выходами пятого и шестого ключей, второй вход второго элес мента сравнения соединен с выходами Девятого н десятого ключей, выход первого элемента сравнения подключен к входам третьего и четвертого однополупериодных вьшрямителей и к входу i первого нуль-органа, выход второго элемента сравнения подключен к входам пятого и шестого однополупериод00 ных выпрямителей и к входу второго | нуль-органа, выход третьего одно полупериодного выпрямителя соединен с выходом пятого однополупериодного выпрямителя и первым входом блока логики, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и вто рого нуль-органов соответственно, и выход четвертого однополупериодного выпрямителя соединен с выходом шестого однополупериодного выпрямителя и четвертым входом блока логики.

I I I

8

-a