Устройство для моделирования импульсного частотно-фазового дискриминатора Советский патент 1987 года по МПК G06G7/48 

11

Изобретение относится к вычислительной технике и лредназначено для использования при исследовании методами аналогового моделирования импульсных систем регулирования частоты с импульсным частотно-фазовым дискриминатором (ИЧФД), в частности для исследования влияния совпадений импульсов сравниваемых частот на его выходное напряжение и на характеристики системы в целом.

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применени за счет воспроизведения зависимости выходного сигнала от совпадений импульсов сравниваемых частот.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг, 2 - зависимость первого релейного сигнала U,(f) при из- менении сигнала разностной частоты uf (t) в областях значений - 2,; f j д (а) и /if 2Tcfэ (б)-, нафиг.З - форма BTojJoro импульсного сигнала Uj(t) ,на фиг.4 - импульсный сигнал Ug,(t) , соответствующий выходному сигналу ИЧФД при линейном изменении сигнала Cf (t) .

Устройство (фиг. 1) имеет вход 1. задания задающей частоты f(t), вход 2 задания регулируемой частоты f (t выход 3 по напряжению Ugjj,/c) и содержит блок 4 формирования разностной частоты, генератор 5 однополярного пилообразного напряжения частотой f(c), компаратор 6, интегратор 7, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 элементы сравнения, первый 12, второй 13, третий 14, четвертый 15 и пятый 16 ключи, элемент 17 неравнозначности, первый 18, второй,19 и тре тий 20 переключатели, первый 21 и второй 22 нуль-органы, дифференцирующие элементы 23 и 24, генера- тор 25 регулируемых по скважности прямоугольных импульсов частотой fjCt), первый 26, второй 27, третий 28, четвертый 29 и пятый 30 источники постоянных напряжений, инвертор 31 и блок 32 задания начальных условий .

Напряжения источников 26-30 пропорциональны, соответственно -2 и , 4 ir, 2 ir, 4 n и -2IT фазового рассогла- сования, у источников 26 и 27 относительно шины нулевого потенциала, а у источникоп 28-30 относительно выхода интегратора 7.

182

Разнополярные напряжения относительно шины нулевого потенциала на выходе инвертора 31 пропорциональны произведению 2Т разрешающая способность цифрового элемента сравнения моделируемого ИЧФД.

Например, блок 4 при разнополяр- ных входах 1 и 2 может быть выполнен на одном сумматоре, генераторы 5 и 25 - на интеграторах, компараторах, реле и источниках постоянного напряжения; элементы 8-11 сравнения и нуль-органы 21 и 22 - на компараторах; дифференцирующие элементы 23 и 24 - на конденсаторах; ключи 12-16 - на реле с замыкающими контактами; переключатели 18-20 - на реле с группой из замыкающего и размыкающего контактов, а элемент 17 неравнозначности - на двух таких реле и источнике постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В процессе моделирования напряжение, пропорциональное задающей частоте f(i:), поступает с входа 1 устройства на первый вход блока 4, на входы генераторов 5 и 25 и на вход инвертора 31. С входа 2 устройства напряжение, пропорциональное регулируемой частоте „ (с) , поступает на второй вход блока 4, с выхода которого напряжение , пропорциональное разностной частоте Af(t) f(c) - fp(c), подают на вход первого нуль-органа 21, на первый вход четвертого элемента 11 сравнения и на информационный вход интегратора 7, на вход ввода начальных условий которого подают напряжение от блока задания 32 начальных условий. С выхода интегратора 7 напряжение, соответствующее фазовому рассогласованию между импульсами сравниваемых частот f,(t) и fp(c), поступает на вход первого ключа 12, на первые входы первого 8 и второго 9 элементов сравнения, на входы третьего 28, четвертого 29 и пятого-30 источников, на вход второго нуль-органа 22, на первые входы третьего элемента 10 сравнения и первого переключателя 18, на второй вход компаратора 6, на первый вход которого подают опорное напряжение с выхода генератора 5. На выходе компаратора 6, т.е. на выходе 3 устройства, получают напряжение Ugj,|(t) (фиг. 4), соответствующее выходному напряже}шю моделируемого ИЧФД,

На вторые входы первого 8 и в.торо- го 9 элементов сравнения поступают от первого 26 и второго 27 источников напряжения, пропорциональные, соответственно, минимальному ((иц -21 и максимальному ц д,Р AT значениям фазового рассогласования. С выходов элементов 8 и 9 сравнения напряжения поступают на управляющие входы первого 12 и второго 13 ключей соответственно. С выхода источника 28 напряжение, пропорциональное первому промежуточному значениюq 2 ir фазового рассогласования, подают на второй вход третьего элемента 10 сравнения, на первый вход второго переключателя 19 и на вход -второго ключа 13. С выходов ключей 12 и 13 сигналы сброса результата интегрирования поступают на вход сброса интегратора 7. В результате гГри достижении сигналом результата интегрирования

tp (t) значений ,КС илис| д,ин -2 ir сигнал на выходе интегратора 7 релейно сбрасывается до промежуточных значений, соответственно, первого ц,длако 21Г или второго q;-JJ О фазового рассогласования.

С выходов четвертого 29 и пятого 30 источников напряжения, пропорциональные ( -21Г Air, поступают на вторые входы, соответственно, второго 19 и первого 18 переключателей, на управляющие входы которых поступает с выхода генератора 25 напряжение второго сигнала управления U(t) прямоугольной формы, скважность которого выбирают пропорциональной отношению длительностей импульсов .сравниваемых частот (фиг. 3). Сигналы с выходов первого 18 и второго 19 переключателей подают на управляющие входы, соответственно, третьего 14 и четвертого 15 ключей, на входы которых, соответственно, через дифференцирующие элементы 23 и 24 поступают сигналы с выходов третьего элемента 10 сравнения и второго нуль- органа 22. Сигналы с выходов ключей 14 и 15 поступают на вход пятого ключа 16, на управляющий вход которого с выхода элемента. 17 неравнозначности поступает напряжение первого сигнала управления U,(uf) (фиг. 2), вырабатываемое по сигналам первого нуль-органа 21 и четвертого элемента 11 сравнения, наличие которого имитирует факт совпадения импульсов сравниваемых частот ) и fp(c).

Одновременно сигнал с выхода элемента 11 подают на управляющий вход третьего переключателя 20, на информационные входы которого от инвертора 31 поступают разнополярные напряжения, пропорциональные произведению 2Tcf(t). .

С выхода ключа 16 сигнал сброса результата интегрирования поступает на вход сброса интегратора 7 в исходное положение. При наличии сигнала, если сигнал результата интегрирова

ния достигает значении Cf«p « 0) ,

21Г (или

tfnp ратора

то сигнал на выходе интег- 7 релейно сбрасывается в за20 висимости от состояния сигнаша U2(t), соответственно, (илис; р р ) или дo f7p О (илиср, -2 ir) фазового рассогласования.

В результате на выходе 3 устройст25 ва вырабатывается импульсное напряжение. Ugy(c), соответствующее выходному напряжению моделируемого ИЧФД, описываемое следующей системой уравнений:

30и при Cf (с)

О при qi (t)

UB.X()

(f (c)i(i)

tf(t)-,

tf(t)

c

-o

t;

при t 0

(2)

I uf(c)dt + C|f, при t;, :t i;., C; i 1,2,3,..,

40

uf(t) f,(c) - fp(t)j

(3)

c .

5

МНИ

If „f 2ТГ при сс(с; ) q

,

макс

9

M nJ 0 при q (ti) .

о /

(4)

-2 ;гз

CQ 0 при с 0 i

n

,v-f

..(5)

tn

J fj(t)dt+ C., при г„., V,:t t. n 1,2,3,.., ,

cl 0 npи((t„) Q «o,.c 21Г. (6)

где и„ - максимальное напряжение

выходного сигнала Ug,(c);

н фазовое рассогласование между импульсами сравниваемых частот и его экстремальные значения;

задающая и регулируемая

частоты;

разностная частота}

10

-положительная линейная пилообразная функция и ее максимальное значение;

- длительность импульса сиг- 15

нала );

- момент времени, когда М (с;) AT или q (t; )

-момент времени, когда 20 .У(Ч) 21Г;

начальные условия шагов интегрирования;

t;, tn

-соответствующие моменты времени начала и окончания i-ro и п-го шагов интегрирования;

-первое и второе промежуточные значения ) .

В случае учета влияния совпадений мпульсов на выходное напрях ение

cfT

F

Г

Urt,, при -2fcf «i & f (t) -c 0 0 при 0 Д f(t)

когда

u f(t),;

и„. при 0 - Д f(c) когда

О при fCc) s ОJ uf(t)- 2r,f|)

1де , U - максимальные значения напряжений первого и, (uf) и второго и(с) сигналов управления. Знаки при 2 IT в (8) зависят от принятого соответствия между направлениями сбросов результата интегрирования tp (t) с промежуточных значений ,, Ч iTp состоянием сигна- ла ) (наличием или отсутствием его) .

Таким образом, устройство воспроизводит совокупность уравнений (1)- (6.) , (8). и (9) , описывающих выходное напряжение ИЧФД с учетом совпадений импульсов сравниваемых частот. При отключении выхода пятого ключа 16 от входа сброса интегратора 7 вы

.) моделируемого НЧФД эта система уравнений должна быть дополнена следующим уравнением релейного изменения начальных условий шагов интегрирования, отражающим возможность опрокидывания регулирования:

q) I „,.„ ,.Гг..

С

(г;) Cf-:7 21,. при Cf(t;) , (7)

ми«,2 л пр

где с- - момент времени, когда Cp(t;)

2 или а (t; ) 0. Выбор знака при 2 п зависит от того, какой из двух совпавших импульсов сравниваемых частот воспринят элементом сравнения - импульс задающей или импульс регулируемой частоты. Совпадающими считают импульсы, у которых временной сдвиг меньше разрешающей способности (. цифрового элемента сравнения ИЧФД.

При этом устройство реализует уравнение (7) в виде

0

,-...u,M),.,o.l,)J

npHtfCti) 0 Тр 2 п

(8)

А«И 2

Ч пр -

ryi AElj i. и„, V

при q (t, ) tpw;

нн

f

U,«j 0;

когда

45

ходное напряжение (c) устройства не зависит от совпадений импульсов сравниваемых частот.

Формула изобретения

Устройство для моделирования импульсного частотно-фазового дискриминатора, содержащее первый, второй, третий и четвертый элементы сравнения, первый ключ, пер вый, второй и третий источники постоянных напряжений и интегратор, выход которого подключен к первым входам первого, второго и .третьего элементов сравнения, соединенных вторыми входами с выходами соответственно первого, второго и третьего -источников постоянных напряжений, выход первого элемента сравнения подключен к управляющему входу первого ключа, информационный вход и выход которого соединены соответственно с выходом интегратора и с входом его сброса в исходное состояние, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения за счет вое- произведения зависимости выходного сигнала от совпадений импульсов сравниваемых частот, оно содержит блок формирования разностной частоты, генератор однополярного пилообразного напряжения, компаратор, второй, третий, четвертый и пятый ключи, элемент неравнозначности, первый, второй и третий переключатели, два дифференцирующих элемента, генератор регулируемых по скважности прямоугольных импульсов, четвертый и пятый источники постоянных напряжений, первый и второй нуль-органы, инвертор и блок задания начальных условий, подключенный выходом к входу ввода начальных условий интегратора, информационный вход которого соединен с первым входом четвертого элемента сравнения, с. входом первого нуль-органа и с выходом блока формирования разностной частоты, первый вход которого соединен с входами запуска генератора регулируемых по скважности прямоугольных импульсов и генератора однополярного пилообразного напряжения и является входом задания задающей частоты устройства, а второй вход - с входом задания регулируемой частоты устройства, выход генератора однополярного пилообразного напряжения подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход является выходом устройства, один из выводов третьего

5 О о

5

источника постоянного напряжения подключен к первому информационному входу второго переключателя и через второй ключ, подсоединенный управляющим входом-к выходу второго элемента сравнения, - к выходу первого ключа, первый информационный вход первого переключателя подключен непосредственно, а вторые информационные входы первого и второго переключателей соответственно через пятый и четвертый источники постоянных напряжений подключены к выходу интегратора, выходы третьего элемента сравнения и второго нуль-органа через соответствующие дифференцирующие элементы подключены к управляющим входам соответственно третьего и четвертого ключей, выходы которых объединены и через пятый ключ соединены с выходом второго ключа, информационные входы третьего и четвертого ключей подключены к выходам соответственно первого и второго переключателей, управляющие входы которых соединены с выходом генератора регулируемых по скважности прямоугольных импульсов, управляющий вход пятого ключа подключен к выходу элемента неравнозначности, первый вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, а второй - с выходом четвертого элемента сравнения и с управляющим входом третьего переключателя , один информационный вход которого подключен непосредственно, а другой через инвертор - к входу задания задающей частоты устройства, а выход - к второму входу четвертого элемента сравнения, вход второго нуль- органа соединен с первым входом третьего элемента сравнения, свободный вывод третьего источника постоянного напряжения подключен к выходу интегратора.

Риг. i

,f/ uf-zt.f/2t fl

1fj

Vuz. 2

Ui (ufl

u.,(&f)

Щ

.f

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования при исследовании методами аналогового моделирования импульсных систем регулирования частоты с импульсным частотно-фазовым дискриминатором, в частности для исследования влияния совпадений импульсов сравниваемых частот на его выходное напряжение и на характеристики системы в целом. Цель изобретения - по- вьшение точности и расширение области применения за счет воспроизведения зависимости выходного сигнала от совпадений импульсов сравниваемых частот. Устройство содержит блок формирования разностной частоты, генератор однополярного напряжения частотой f-i.(t) , компаратор, интегратор, четыре элемента сравнения, пять ключей, элемент неравнозначности, три переключателя, два нуль-органа, дифференцирующие элементы, генератор регулируемых по скважности, прямоугольных импульсов частотой л(с), блок начальных условий интегрирования. Устройство воспроизводит совокупность уравнений, описывающих выходное напряжение дискриминатора с учетом совпадений импульсов сравниваемых час- . тот. 4 ил. § (Л

f((ilus,,(i)

fittiti

(

йг.4

Редактор Н.Бобкова

Составитель А.Маслов

Техред Л.Олийнык Корректор И.Муска

Заказ 5696/45Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва., Ж-35, Раушская наб, , д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4