Способ формирования сигнала,калиброванного по коэффициенту гармоник Советский патент 1987 года по МПК G01R23/20 

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для формирования сигнала с задранными калиброванными значениями коэффициента гармоник.

Цель изобретения - повьшзение точности формирования и уменьшение ниж негр предела задания калиброванных значений коэффициента гармоник.

Коэффициент гармоник определяется 0 выражением

5

к 00%.

(1)

где A - амплитуда К-й гармоники,

К 1,2,...

Числитель формулы (1) можно представить в виде

I1 Г

Гог 2 I 4 г гт

UrW-ft,- m«t-A,c.ose6j doi-j 1

где f.. (об) - кусочно-ступенчатый сигнал, аппроксимирующий г ар монический сигнал;

А„ ,А

а

- квадратурные составляющие амплитуды AJ первой гармоники кусочно-ступенчатого сигнала f (ot-) . При условии нечетности сигнала, т.е. f/(2T-oi) - fr(«i), АХ А, AU О, ив случае, если в сигнале отсутствуют четные гармоники, т.е. f J. (fr+ot) - fpCci), выражение (2) имеет вид

Пусть уровни f изменяются равномерно с шагом h так, что f; i h. Тогда окончательно

- (/.; arc6in pj (21-1)

где

(9)

fTh

Р - -4я

П

Точки переключения «:; обоспечива j ют максимальное значение амплитуды первой гармоники при фиксированном значении Кр.

4 1 ff-(oi) - А sinciTd следует из выражения (9), па J - раметр л может меняться при данном

(3) 40Р в пределах Обозначим через f; начеяие сигна-,

° 2:: (10)

ла на интервале ot; sc,, , где od; СО tj , uoi; oi.;.,. (фиг.2„г), т.е.

ffM f; при oi; об : (V.-,(4)45

С учетом соотношений (3) и (4) вьфажение (1) записьшается в виде

.,.

..о А,

где Р - число участков аппроксимации на четверть периода;

к; )%oi;- 1,

о 5 о6р+, -2 Считают значения f

заданными и

определяют узлы аппроксимации из условия мин К при условии,

В то же время калсдому значению из этого диапазона соответствует определенное значение коэффициента гармоник К, причем, как показывает анализ графиков К(и),посчитанных на ЭВМ для разных значений Р, зависи- 50 мости Kj. (ц) на большей своей части имеют линейный характер. При некотором значении ц |Uon(P) коэффициент гармоник К принимает наименьшее возможное при данном Р значение. Оптимальное значение „(Р) нахоЭ(Кг)

3oii

55

дят из условия

о, тогда

ч то амплитуда первой гармоники А, фиксирована,

В выражении (5) обозначают

Г « ilfjftoc; - i;;ff(ot;., -oi;) ,

i«.

(6)

Тогда

К

(7)

4 Г

Л Tlf

Для определения значений оС; составляют функцию Лагранжа

L Г -9 А, ,

где неопределенный множитель

Лагранжа. , р

cos«i,4,).

9 L Из условия --- О находят

Эоб

25

arc8in - (,-.,-.,.)

(8)

Пусть уровни f изменяются равномерно с шагом h так, что f; i h. Тогда окончательно

(/.; arc6in pj (21-1)

где

(9)

fTh

Р - -4я

Э(Кг)

3oii

о, тогда

nt -l.(el. (° 8 г (ju)

При K 1 формулы (7) и (11) при- приводятся к следующим асимптотическим соотношениям:

К (р) -i9i .

МИН Г-,

46 р р

и.пт(Р)

1

2Р

,

Таким образом, выбирая значение Р таким, чтобы обеспечить достижение наименьшего требуемого значения К, получают возможность изменением вели чины ftj , т.е. изменением точек переключения по формуле (9), получить все значения К „(Р). Диапазоны изменения К могут перестраиваться изменением числа участков аппроксимации Р.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 импульсов, выход которого соединен с первым входом делителя 2 частоты, вторым входом соединенного с первым выходом программного блока 3, реверсивный счетчик 4, выходы разрядов которого подключены к соответствующим входам упругоаналогового преобразователя 5, опорный вход которого подключен к выходу источника 6 образцового напряжения, дешифратор 7 и усилитель 8, выход которого соединен с выходной клеммой 9 устройства. Программный блок 3 вьшолнен в виде клавишного .устройства 10, счетчика 11 импульсов, шифратора 12 и постоянного запоминающего устройства СПЗУ) 13.

Генератор 1 импульсов служит для формирования периодической последовательности импульсов стабильной частоты (фиг.2, а). Для формирования сигн лов f (ot ) в частотном диапазоне ген

г

ратор 1 импульсов может быть вьшол нен перестраиваемым.

1-

№ пульсы стабильной частоты от генератора I Частоты поступают на делитель 2 частоты, предйазначенньй 55 для задания точек ot; формируемого сигнала. Импульсы с выхода делителя 2 частоты должны следовать неравномерно (фиг.2 г) по определенной

21

-

JO

15

20

0 35

ае

I

50

55774

программе. Поэтому он вьшолнен перестраиваемым -по коэффициенту деления, а программа перестройки задает-, ся автоматически программным блоком 3 в зависимости от требуемого коэффициента гармоник и числа участков аппроксимации формируемого сигнала. С клавишного устройства 10 программного блока 3 управляющий сигнал, пропорциональный числу Р, подается на дешифратор 7, выходным сигналом которого устанавливается режим работы реверсивного счетчика 4. При формировании положительного полупериода сигнала на выходе дешифратора присутствует положительный потенциал фиг.2 в) и реверсивный счетчик 4 находится в режиме суммирования. С выхода делителя 2 частоты импульсы подаются на счетный вход реверсивного счетчика 4, код которого, преобразуется посредством упругоаналогового преобразователя 5 в пропорциональное напряжение. Режим работы реверсивного счетчика 4 изменяется с приходом каждых Р импульсов на его вход, а полярность выходного напряжения упругоаналогового преобразователя 5 изменяется сигналом, поступающим на его управляющий вход вход полярности с дешифратора 7 через каждые два входных импульса счетчика 4. В результате на выходе упругоаналогового преобразователя 5 формируется кусочно-ступенчатый сигнал со строго заданным калиброванным значением коэффициента гармоник, который через усилитель 8 со встроенным аттенюатором поступает на выход калибратора.

Программный блок 3 работает следующим образом.

На клавишном устройстве 10 вначале устанавливаются коды величин |1| и Р, определяющие минимальное значение коэффициента гармоник. При дальнейшей работе калибратора значение величины Р остается фиксированным, а установка необходимого значения коэффициента гармоник осуществляется изменением параметра |Ц . Причем паре значений |ii и Р соответствует одно, строго определенное значение коэффициента гармоник.

В исходном состоянии счетчика 11 на выходе шифратора 12 образуется адрес ячейки ПЗУ 13, в которой записывается коэффициент пересчета делителя 2 частоты, соответствующий пер5132

вому интервалу дискретизации сигнала ff. (о) .По окончании первого, второго и последующих интервалов дискретизации выходные импульсы делителя 2 частоты последовательно увеличива- ют содержимое счетчика на единицу к тем самым через дешифратор 12 меняют адрес ячейки ПЗУ 13, из которой считьюается очередное значение коэф- .фициента пересчета делителя 2 часто- ты, соответствующее очередному интервалу дискретизации сигнала.

Содержимое счетчика 11 последовательно увеличивается вплоть до последнего, 4 Р-го на данном периоде сигнала f.. (ot), интервала,, по окончании которого счетчик 11 устанавливается в исходное состояние. Для задания этого момента времени на его вход подается код числа Р от клавишного уст - ройства 10.

Формирование второго, третьего и последующих периодов выходного сигнала f г (|Л) происходит аналогично.

Формула изобретения

Способ формирования сигнала, калиброванного по коэффициенту гармоник , основанньй на формировании из гармонического сигнала полигармони- ческого сигнала с заданными амплитудами и частотами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения нижнего предела задания калиброванных значе7 6

НИИ коэффициента гармоник, полигар- моническиё сигнал формируют в виде кусочно-ступенчатого сигнала, аппроксимирующего с заданным приближением гармонический сигнал, при зтом период кусочно-ступенчатого сигнала дискре- тизируют неравномерно по длительности, а уровни аппроксимации гармонического сигнала на каждом интервале дискретизации устанавливают равно - мерно, причем количество участков аппроксимации гармонического сигнала и интервалы дискретизации по времени выбирают в зависимости от требуемого значения коэффициента гармоник К, определяемого в соответствии с математическим выражением

К.

4Г

1Г А

рм

где Г f;(tu,- ti)-co ;

А I - амплитуда гармонического сигнала с частотой ь ;

fj - значение гармонического сигнала на i-м участке аппроксимации;

( t;) - i-й интервал дискретизации по времени периода кусочно-ступенчатого сигнала;

Р - количество участков аппрок- симации гармонического сигнала на четверти его периода .

Способ формирования сигнала, калиброванного по коэффициенту гармоник, реализован в устройстве, содержащем генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, программный блок 3 в виде клавишного устройства 10, счет чика 1 импульсов, шифратора 12 и пос тоянного запоминающего устройства 13, реверсивный счетчик 4, упругоаналого- вьш преобразователь 5, источник 6 обг разцового напряжения, дешифратор 7, усилитель 8. Цель - повышение точности формирования и уменьшение нижнего предела задания калиброванных зна чений коэффициента гармойик Kj,. Она достигается тем, что полигармонический сигнал (С) формируют в виде кусочно-ступенчатого сигнала (КСС), аппроксимирующего с заданньм приближением гармонический С, при этом период КСС дискретизируют неравномерно по длительности, а уровни аппроксимации гармонического С на каждом интервале дискретизации устанавливают равномерно. При этом количество участков аппроксимации гармонического С и интервалы дискретизации по времени выбирают в зависимости от требуемого (Л значения ил. ее N9 чЗ к|