Устройство для испытаний аналоговых функциональных элементов автоматических систем Советский патент 1988 года по МПК G05B23/02 

J

ш.

1

Изобретение относится к техническим средствам контроля и может быть использовано для динамических испытаний аналоговых функциональных элементов, систем автоматического управления и обработки данных с целью определения их динамических характеристик.

Цель изобретения - повьшение точности работы и упрощение устройства.

На чертеже представлена схема . устройства.

Схема содержит испытуемый объект I, источник 2 испытательных сигналов широкополосную линию 3 задержки, бло

4 выборки, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, регистратор 6, синхронизатор 7, формирователь 8 импульса модуляции, первый 9 и второй 10 элементы ИЛИ, первый И и второй 12 элементы И, первый 13 и второй 14 триггеры, компаратор 15, генератор 16 опорного ступенчатого напряжения (ген) с цироаналоговым преобразователем (ДАЛ) 17, реверсивньм счетчиком 18 и элементами И 19, первый элемент 20 задержки, третий элемент И 21, третий 22 и четвертый 23 триггеры, второй элемент. 24 задержки, третий 25 и четвертый 26, элементы ИЛИ, первый 27 и второй 28 формйрователи одиночз-гых импульсов, четвертый 29 и пятый 30 элементы И, элемент НЕ 31, двухразрядный счетчик 32, делитель 33 частоты, вход 34 сброса, вход 35 запуска.

В исходном состоянии устройства, в которое оно переключается по сигналу сброса, поступившему на вход 34, выходные нулевые сигналы триггеров 13 и .14 блокируют элементы И 11 и 12, .выходной единичный сигнал тригера 22 деблокирует элемент И 21, содержимое счетчика 18 становится равным, например, единице, что приводит к появлению.на выходе ЦАП 17 соответственно единичной ступени напряжения; делитель 33 устанавливается в положение, при котором до- ст игается требуемый коэффициент де- йения, триггер 23 переключается в положение, при котором его соответствующий выходной сигнал, например единичный, задает прямое направл е- 1ше счета реверсивного счетчика 18 и деблокирует элемент И 29, а второ выходной сигнал триггера 23 (нулево блокирует элемент И- 30, двухразряд

1411712

5

0

5

D

5

0

5

0

5

счетчик 32 устанавливается в нулевое состояние.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу запуска на входе 35 переключается триггер 14, и его изменившийся выходной сигнал деблокирует элемент И 12. Первым появившимся сигналом синхронизатора 7 (его порог срабатывания настроен на уровень, cooтвeтcтвyюш й началу изменения или началу периода испытательного сигнала источника 2), переданным через деблокированный элемент И 12, переключается триггер 13 и его выходной сигнал деблокирует элемент И 11. Периодически генерируемый испытательньш сигнал сравнивается в компараторе 15 с установленным выходным уровнем напряжения ЦАП 17, при равенстве или неравенстве которых компаратор вы,цает соответствующие сигналы.

Для испытаний объектов используют обычно образцовые мбно.гармонич.е;;: . ские (например, косинусоидальные) или импульсные (типа дельта-функции) периодически повторяющиеся сигналы с одним максимумом. При сравнении подобных сигналов с установленным выходным уровнем ген 16 компаратор 15 формирует прямоугольный импульс, соответствующий логическим значениям двоичных сигналов 0-1-0 (или наоборот). Источник 2 испытательных сигналов, компаратор 15 и ГСН 16 образуют узел регулируемой временной задержки. По мере изменения выходно-. го напряжения ГСН выходные сигналы компаратора 0-1 и 1-0 последовательно смещаются во времени относительно начала испытательного сигнала на

определенньш шаг, 1

В соответствии с сигналами компаратора осуществляется дискретизация сигнала на выходе испытуемого объекта. При этом испытательный сигнал используется одновременно для временной развертки сигнала на выходе испытуемого объекта с преобразованием его временного масштаба (стробоскопическим преобразованием)- Но так как испытательный сигнал может быть знакопеременным, например моногармоническим, то для осуществления временной развертки сигнала на выходе испытуемого объекта

в соответствии с полной длительностью испытательного сигнала в схеме использованы формирователи 27 и 28 импульсов. Формирователь 27 формирует импульсы в моменты времени равенства уровню ГСН испытательного сигнала при нарастании последнего, а формирователь 28 - при спадании испытательного сигнала. Передача импульса того или иного формирователя происходит через соответствующие элементы И 29 и 30, коммутиру- емые триггером 23.

С началом работы устройства для дискретизации выходного сигнала испытуемого объекта используются импульсы формирователя 27 и элемент И 29 оказывается деблокированным. Для того, чтобы схемы формирователей были идентичны, на входе формирователя 28 включен элемент НЕ 3.

Первый импульс формирователя 27, появившийся после переключения триггера 13 и деблокирования элемента И 11, проходит через элемент И 1 и через элемент ИЛИ 9 поступает на входы сброса триггера 13 и 14, Эти триггеры переключаются в исходное состояние и вновь блокируют элементы И 1 1 и 1 2 .

Формирователем 8 периодически формируются короткие импульсы для дискретизации в блоке 4 выборки испытательного сигнала, переданного через объект 1. Дискретизация осуществляется в моменты времени относительно начала испытательного сигнала и на его уровне, определяемом установленным выходным напряжением ГСН 16.

Передача испытательного сигнала на вход испытуемого объекта задерживается щирокополосной линией 3 на время задержки формирования и передчи импульса дискретизации в блок выборки. Эта задержка обусловлена инерционностью, т.е. суммарной задержкой компаратораJ формирователей 8,27 (28), элементов 26 и 29 (ЗО).

С задержкой в элементе 20 на.время, необходимое для установления напряжения на выходе блока выборки, по сигналу компаратора (точнее; импульсом, сформированным из переднег или заднего фронта этого сигнала) запускается АЦП 5. Но благодаря блокировке элемента И 11, несмотря на периодически формируемые компарато

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

7 24

ром сигнала сравнения, в цепь запуска АЦП передается только один какой- то сигнал из последовательности.этих сигналов сравнения. Передача на выход элемента И I1 очередного сигнала и последующий очередной запуск АЦП задерживаются при этом на время, необходимое для выполнения предыдущего цикла аналого-цифрового преобразования и регистрации, и синхронизированы с Началом появления текущего испытательного сигнала или началом периода этого сигнала. Такой асинхронный режим взаимодействия позволяет применять медленно действующие и простые АЦП и регистратор независимо от частоты генерации испытательных сигналов.

По сигналу конца измерения АЦП запускается регистратор 6, и в нем фиксируется текущее кодированное дискретное значение испытательного сигнала, измеренное на выходе-испытуемого объекта.

Каждым определенным числом п сигналов конца измерения АЦП одновременно с началом п-го цикла регистрации по сигналу делителя 33 к содержимому счетчика 18 прибавляется единица и выходное напряжение генерато- .ра 16 увеличивается на одну ступень.

Число п определяется коэффициентом пересчета делителя 33. Благодаря этому реализуется режим п- разового накопления одних и мгновенных значений испытательного сигнала, измеренных на выходе испытуемого объекта, т.е. в блоке выборки. с возможностью их последующей дополнительной статистической обработки. Таким образом, дополнительно повы- щается точность определения характеристик испытуемого объекта.

Сигналом конца регистрации, пере- данньм через деблокированный элемент И 21 и элемент ИЛИ 10, выполняется очередной запуск устройства и описанньй цикл дискретизации очередного текущего мгновенного значения испытательного сигнала, его кодирование и регистрация повторяются аналогично описанному.

Когда текущий установленный уровень напряжения генератора превысит амплитуду испытательного сигнала, сигнал на выходе компаратора перестает изменяться. Поэтому с передачей сигнала синхронизатора через деблокированный элемент И 12 на -вход триггера 13 последний при этом переключается , но ввиду отсутствия сигнала компаратора остается в этом положении. Выходные сигналы элемента И 2 подсчитывает двухразрядный счетчик 32. До превьшения напряжением ГСН 6 амплитуды испытательного сигнала этот счетчик сбрасывается каждьм раз в нулевое состояние одновременно с переключением триггеров 13 и 14 вы- ходным сигналом элемента И 11. Если элемент И 12 оказывается деблокированным и счетчик 32 начинает подсчитывать количество следующих один за ругим сигналов синхронизатора, то два таких сигнала, подсчитанных счетчиком 31, являются признаком того, что компаратор 15 зафиксировал пре- вышение текущим установленным уров- нем генератора амплитуды испытательного сигнала. При этом выходной сигнал счетчика 32 (признак числа 2 в этом счетчике) переключает- триггер 23. Изменившиеся выходные сигналы этого триггера блокируют при этом элемент И 29, деблокируют элемент И 30 и переключают счетчик 18 через соответствующий элемент И 19 на счет в обратном направлении, т.е. в режим вычитания.

Кроме того, выходной сигнал счетчика 32, с задержкой в элементе 24, необходимой на установление сигналов триггера 23, передается через элемент ИШ. 25 на счетный вход счетчика 18. При этом напряжение ГСН 16 уменьшается на одну ступень. Одновременно сигналом элемента 24, переданным через элемент РШИ 9, переключаются в исходные состояния счетчик 32 и триггеры 14 и 13, сигналы которых блокируют эл ементы И 11 и 12 соответственно. Далее устройство продолжает работать описанным выше образом, но теперь Напряжение генератора в каждом цикле последовательно уменьшается, а импульсы дискретизации формируются при спа.1

117.12 6

а также один из сигналов триггера 23, являющийся признаком знака испытательного сигнала - его нарастание или спада. Вместе с тем, счетчик 18 подсчитывает, количество ступеней опорного напряжения и соответствующее числ.о дискретизуемых мгновенных значений испытательного сигнала на вы.10 ходе объекта до и после амплитудного значения этого сигнала. По сигналу обнуления этого счетчика, соответствующему регистрации п-го отсчета последнего из мгновенных значений

15 испытательного сигнала на первом уровне квантования, переключается триггер 22. Нулевым сигналом этого триггера блокируется И 21 и запрещается очередной запуск устройства

20 текущим сигналом конца регистрации. При этом устройство прекращает работу до поступления нового сигнала сброса и последующего сигнала запуска .

По разности истинного мгновенного значения испытательного сигнала на входе объекта и соответствующего дискретного значения этого сигнала

на выходе объекта можно определить временную задержку испытуемого объекта, а по совокупности указанных значений испытательного сигнала можно путем последующей обработки определить полные динамические характеристики испытуемого объекта,такие как АЧХ, ФЧХ, .переходную.

Формула изобретения

1. Устройство для испытаний аналоговых функциональных элементов автоматических систем, содержащее источник испытательных сигналов, широкополосную линию задержки, блок выборки, аналого-цифровой преобразователь, регистратор, синхронизатор, формирователь импульса модуляции, компаратор и генератор опорного ступенчатого напряжения, первый инфор

Изобретение относится к средствам контроля и может быть использовано для динамических испытаний аналоговых функциональных элементов. Цель изобретения - повышение точности работы устройства и его упрощение. Устройство содержит источник 2 испытательньгх сигналов, широкополосную линию задержки 3, блок выборки 4, АЦП 5, регистратор 6, синхронизатор 7, формирователь 8 импульса модуляции, элементы ИЛИ 9, 10, 25, 26, элементы И 11, 12, 21, 2-9, 30, элемент НЕ 31, триггеры 13, 14, 22, 23, компаратор 15, генератор 16 опорного ступенчатого напряжения, элементы задержки 20, 24, формирователи 27, 28 импульсов, двух разряд- ный счетчик 32, делитель частоты 33, Генератор 16 имеет ЦАП 7, реверсивный счетчик 18, элементы И 19. Устройство позволяет уменьшить случайную составляющую дискретизации, сигналов, снизить погрешность измерений и исключить влияние шумов блока регулируемой временной задержки. Кроме того, устройство обеспечивает асинхронный режим взаимодействия блоков,очто позволяет использовать медленно действующие АЦП и регистратор. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с 9

дании испытательного сигнала в момен- 50 мационный выход которого соединен

ты времени, соответствующие переключению компаратора из 1 в О.

В к аждом цикле параллельно с кодом АЦП регистрируется текущий код счетч1-1ка 18, который соответствует истинному мгновенному значению испы- .тательного сигнала на выходе источника 2 в момент дискретизации испытательного сигнала на выходе объекта

с первым входом компаратора, второй информационный выход - с первым информационным входом регистратора, вход сброса является входом сброса устройства, второй вход компаратора, вход синхронизатора и информационный вход широкополосной линии задержки связаны с выходом источника испытательных сигналов, управляющие входы

7

широкополосной линии задержки и блока выборки подключены к выходу формирователя импульса модуляции, выход широкополосной линии задержки является выходом устройства для подключения испытуемого объекта, информационный вход блока выборки служит для ввода в устройство реакций объекта, а выход соединен с информационны входом аналого-цифрового преобразователя, информационный и управляющий выходы которого связаны соотгзтст- венно с вторым информационным и первым управляющим входами регистратора отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы и упрощения устройства , в него введены первый, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, первый, второй, третий четвертый и пятый элементы И, первый второй, третий и четвертый триггеры, первый и второй элементы задержки, первый и второй формирователи импульсов, элемент НЕ, двухразрядный счет- чик и делитель частоты, информационный вход которого связан с управляющим выходом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход, единичные входы третьего и четвертого триггеров и первый вход первого элемента ИЛИ являются входом сброса устройства, управляющий вход аналого цифрового преобразователя соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого и второй вход первого элемента ИЛИ подключены к выходу первого элемента И, первый вход которог соединен с прямым выходом первого триггера, а второй вход и вход фор- мирователя импульса модуляции связаны с выходом четвертого элемента ИЛИ первьй и второй входы которого подключены соответственно к выходам чет вертого и пятого элементов И, первые входы которых соединены соответст- ,венно с выходами первого и второго формирователей импульсов, а вторые входы - соответственно с прямым и инверсным выходами четвертого триггера которые связаны соответственно с первым и вторым управляющими входами генератора опорного ступенчатого напряжения , управляющий выход которого подключен к нулевому входу третьего триггера, прямой которого соединен с первым входом третьего эле

ВИНИЛИ

Заказ 3653/43

м )о , 15 , 20 , 25ЗО - о40 , -. 45 , 50 55

411712 8

мента И, выход которого связан с первым входо второго элемента ИЛИ, второй вход которого является входом запуска устройства,второй вход третьего элемента И подключен к управляющему выходу регистратора,второй управляющий вход которого соединен с прямым выходом четвертого триггера, нулевой вход которого и вход второго элемента задержки связаны с выходом двухразрядного счетчика, счетный вход которого и единичный вход первого триггера подключены к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом синхронизатора, второй вход - с прямым выходом второго триггера, -единичный вхрд которого связан с выходом второго элемента ИЛИ, а нулевой вход, вход сброса двухразрядного счетчика и нулевой вход первого триггера - с выходом первого элемента ИЛИ, третий вход которого и первый вход третьего элемента ИЛИ подключены к выходу второго элемента задержки, второй вход третьего элемента 1-ШИ соединен.

с выходом делителя частоты, а выход - с установочным входом генератора опорного ступенч атого напряжения, выход компаратора связан с вк.о- дом первого формирователя импульсов и с входом элемента НЕ, выход которогб подключен к входу второго формирователя импульсов,

Подписное