Устройство для формирования сигналов рассогласования Советский патент 1988 года по МПК G05B1/01 

4 СО СП 1чЭ Oi

Изобретение опгосится к устройствам автоматики и контрольно-измерительной техники и может найти применение в устройствах для снятия дина- мическик и статических характеристик 1.1;нклических процессов при построении компараторов частоты, устройствах контроля и сигнализации, измерения девиации частоты, -а также в системах автоматического регулирования параметров э преобразуемых в частоту, в качест ве узла измерершя ошибки регулирования.

Цель изобретения увеличение быстродействия и рас лирение областгд пр: -шенения устройства.

На чертеже изобралсена функционапь- ная схема предлагаемого устройства.

Устройство содерзкит регистр 1 Дания перБьй счетчик 2 первьй Щ1ф роанапоговьй преобразователь 3, пре- образователь 4 параметра в чаатоту первьй 5 и второй 6 триггеры, второй счетчик 7э регистр 8 кратных отклоне.,.ниЙ5 дешифратор 9, цифровой индикатор 10, генератор 11 эталонной частоты, третий счетчик 12 и второй циф- роаналогоБьй преобразователь 13,

На чертеже введены также следую- щиг обозна гепия: Г7ц величина рас согласования в виде цифрового кода; йМц - ангалоговая величина рассогласования j Q i-ji разряд зна.ка рассогла- coBai -THj Fg, - частота входных сигна- лов устройства; &N,,g - величина по - рядка рассогласования в аналоговой и ЦР1ФРОВОЙ форме соответственно. Ng - код, соответствующий заданной величи

не параметра; N

Дел

код, определяю

ЩИ.Й коэффициент деления третьего счетчика, - частота генератора; fpii - частота счета.

Предлагаемое устройство работает следующим образомо

Заданная величина параметра, от™ носительно которой в устройстве формируются сигналы рассогласования, в ви:;де цифрового кода N подается на информационньш вход первого счетчика 2 с помощью регистра 1 задания кода через его информационные входы. Преобразователь 4 параметра в частоту вьфабатывает последовательпость вход ньс коротких импульсов с частотой

о -„

Fg,; , пропорщюнальнои действительной величине параметра. С генератора Г1 эталонной частоты импульсы с часто-- той f.,. поступают на счетньй вход

третьего счетчика 12, коэффи1щент деления которого является переменным и устанавливается в виде цифрового кода на входе установки козфшщента деления, а с выхода на счетный вход первого счетчика 2 по

0 5

0

0

5

дается частота счета: Коды NO и N,

-сц

К

Дел

дел

в зависимости от использования устройства задаются вручную - с помощью переключателей, программно или путем вычислений в специализированном контроллере.

Счетчик 2 является реверсивным и работает в одном из двзгк режимов - сложегше или вычитание - в зависимости от уровня логического сигнала на его входе выбора действия, кото- рьй определяется состоянием на выходе -первого триггера 5. При этом логическая единица задает действие сложения, логический нуль - вычитав ше. Входной сигнал с преобразователя 4 параметра в частоту (каждьй раз фронтой) записьшает в счетчик 2 по входу синхронизации код Ng и устанавливает в нуль выход триггера 5 через вход установки логического нуля, С этого момента в счетчике 2 начинается вычитание кода N импульсч

сами с частотой f связаны соотношением

f еч f г

N,

К.

Эти параметры

(1)

о ,eк

где Fg - частота, соответствующая заданной величине контролируемого параметра. При этом на информацио 1ном выходе счетчика 2 происходит изменегше кода NO в сторону уменьшения. Если F Fg, то к моменту прихода очередного входного импульса на выходе присутствует код uNj,, равньй остатку при вычитании кода, соответствукщего

входному сигналу кого кода NO

ВУ

f сч

NOV п- из задан- FBX -

(2)

Если при дальнейшем снижении входной

частоты F

ex

F.

то к моменту прихода следующего импульса Fg через

промежуток времени Т

5- на

4 будет код &Кц. О, а на выходе переполнения появляется потенциал логической единицы, которьй переводит выход триггера 5 в состояние логической единицы через вход установки логической единицы. Если Fg , , счетчик 2 Начинает работать в режиме сложения, код &1ч ц на выходе изменяется в сторону увеличения и равен в мо- -мент прихода импульса F,

,N,

N

вх

- К„

вх

м UF NO р вх

(3)

При F gj Fg на выходе триггера 5 присутствует логическая единица, и этот триггер выполняет функцию ана- ,лиза знака отклонения контролируемой величины от заданной. Очередной фронт импульса Fg записывает, воздействуя по входам синхронизаЕСии преобразователя 3 и второго триггера 6 соответственно, результаты сравнения кодов по модулю &Кц и знаку Q : ДНи, в

цифроаналоговьй преобразователь 3 по информационному входу, а знак отклонения р,,ц - на выход второго триг- гера 6 через его информационньй вход Триггер 6 выполняет функцию ячейки

логический уровень на выходе, соединенный с входом знака преобразователя 3, изменяется синхронно по фронту Fg . Поэтому на выходе преобразователя 3 вырабатьшается аналоговьй сигнал, амплитуда которого порпорцио- напьна коду &Нц, а полярность - знаку отклонения.

Так как отклонение UNц пропорционально относительному изменению час-- тоты на входе устройства, что следует из эквивалентных соотношений (2) и (3), то сигналы на вьхходе &Ыц счетчика 2 и выходе uN преобразователя 3 являются сигналами рассогласования и могут быть использованы в качестве информац онных сигналов в устройствах контрольно-измерительной техники и системах автоматики. При этом информация о величине и знаке отклонения обновляется синхронно с входными сигналами, поступающими с преобразователя 4 параметра в частоту.

Если изменение частоты AF невелико, то и величина рассогласования

9526 &N

30

ц также непелика, но последняя возрастает за счет одновременного увеличения частоты счета ., и заданg ного кода Ng до пределов, определяе - мых граничной частотой генератора 11 эталонной частоты и разностью регистра 1 задания и счетчика 2 (которые должны быть равны) соответственно.

10 Таким образом, в устройстве возможна регулировка чувствительности по отклонению параметра. Тогда в случае наибольшей чувствительности даже при незначительных JsF на выходе

15 преобразователя -3 присутствует кван тованный по уровню аналоговый сигнал, что дает возможность использовать устройство, например, для визуального контроля девиации частоты от одно20 го периода к друго гу, а также для снятия переходных характеристик объекта при динамических испыта1тях или исследованиях на устойчивость. Это возможно благодаря достаточно вы25 сокому быстродействшо преобразователя 3, которое определяется (в основном) временем установления выходного сигнала, равным десятым долям пли единицам микросекунд.

Рассмотрим отдельно работу устройства в случае,, когда входная часто0

0

та Fgj( сравш тельно низкая. Макси мальньй код N, который может быть записан в счетчике 2 в виде NO и получен на его выходе в результате анализа - .c определяется разрядностью регистра 1, счетчика 2 преобразователя 3 а именно п: :bN ,с,кс 2 - 1. Когда F « в , на выходе переполнения счетчика 2 появляется положительный сигнал (которьй через триггер 5 переводит этот - счетчик в режим суммирования), причем первьй раз - через время

TO

45

J

F:

начиная с момента последнего

импульса F, время

ъ%

второй раз - через

Т Т.

.

2 fc4

-. (4)

Если к этому моменту не пришел оче- редной импульс Fg, на выходе формируется ложньй код йNц рассогласования. Но путем пересчета сигналов, поступающих с выхода переполнения на вход второго счетчика 7, производитс я учет действительной величины клонения bN по модулю и результат с выхода через информационный вход носится в регистр 8 кратных отклонений с каждым импульсом входного сигнала Fgj. J постулающего на вход синхронизации регистра 8. При этом происходит сброс счетчика 7 по входу установки логического нуля.,, поэтому анализ порядка отклонения .параметра - в виде кода u.N - производится также в течение каждого периода входного сигнала. Данная информация поступает с выхода регистра 8 на вход дешифра°I тора 9д а с выхода последнего - на

j 1ТИФРОВОЙ индикатор 10.

Величина действительного отклоне-j ния параметра от заданного uN при

низкой входной частоте (Г равна

S X

aiMg мМц

где йЫц п

(а-1)

код на выходе счетчика: 2 (а ni 01, aez) I , а - число на пдфро.вон индикэ.- торэ lOg равное котгачест- ву Ш П1 /льсов на выходе переполнения счетчика 2 течение перио.да входного сигнала.

, При этом щлфры нуль и единица има- I зот особое З1шчен1-1е: визуальное отоб- i ражение знака отклонения аналогично состоянизо на. выходе второго триггера 6s т,е нуль соответствует превышению входной частоты по сравнению с заданной (Р„ F,-)

пульсами, поступаклцими с преобразователя ц параметра в частоту. В зависимости от конкретного применения устройства используется цифровая или аналоговая форма (или и та и другая одновременно) сигналов рассогласования входной и заданной величин параметра. Например, в системе автомати10 ческого регулирования сигналы с выхода преобразователя 13 используют в качестве управляющего с приоритетом более высокого уровня по отношению к сигналам с выхода преобразователя 3

15 Это обеспечивает вывод регулируемого объекта в ну:«ньш релшм в рабочую зону захвата при значительных отклонениях от установившегося рабочего ре.

лсима,; а также дополнительное динами- FO )уг) ч-ское регзшироЕатше в условиях значительных по величине воз1-г, щага.дих факторов динамического характера. (.5)При выходе на и относите.пьно равных условиях функциониро25 ваыия основным сиг 1алом рассогласования является аналоговая величина с выхода прербразователя 3. В системе с цифровьм Ш1И цифроаналоговь&1 способом упрарления и коммутаций .вместо

30 указанных аналоговых величиз-; используются цнфрозые сигналы рассогласования Д N/. i, и порядка отклонения uNn35

а единица, наоборот ,. Таким образоМу если на цифровом ин l;икaтope 10 нуль или единица; на вькоде счетчика 2 - действительный код отклонения параметра от заданногоэ и он может бытг. использован как единственньй. Если на индикаторе число больше единицы, то действительное отклонение находится по о(5) о

Выход счетчика. 2 (й.Нц,) и выход регистра 8 кратных отклонений (uN,,) представляют собой выходг ые цифровые коды устройства. Каждьй .из них также преобразуется в аналоговую величину (uNq5 Nj,(,) с помощью преобразователей 3 и 13 соответственно. При этом 1нформация с выхода регистра 8 передается на информаирлонньй вход преобразователя 13 и переписьшается в последний по входу синхро шзации ш

40

Такиг-1 образом, совокунность двух видов сигналов рассогласования (лНц, u-Np) иовьнпает достоверность анализа. и расширяет область прш-{ененияо В- системе это используется для ввода в нутгсньй режим динa жчecкий KoppeKjj H, а также для точного регулирования с сохранением высокой чувствительности и широкого диапазона. Это обеспечивает также надежность и гибкость .g регулирова1ШЯа расишряет область применения .устройства в различных системах. Достоверность анализа везшчины отклонения параметра от заданного значения дает возможность применения устройства в предельных регуляторахэ устройствах аварийной автоматики, а отображение порядка отклонения с помоп5ью цифровой иьщика- дии дополнительно обеспечивает ви- зуальный контроль за состоянием объекта (пульт опс-фатора) , что дает возможность реализации полуавтоматического управления и регулировки по параметру самим оператором.

50

5

0

Такиг-1 образом, совокунность двух видов сигналов рассогласования (лНц, u-Np) иовьнпает достоверность анализа. и расширяет область прш-{ененияо В- системе это используется для ввода в нутгсньй режим динa жчecкий KoppeKjj H, а также для точного регулирования с сохранением высокой чувствительности и широкого диапазона. Это обеспечивает также надежность и гибкость g регулирова1ШЯа расишряет область применения .устройства в различных системах. Достоверность анализа везшчины отклонения параметра от заданного значения дает возможность применения устройства в предельных регуляторахэ устройствах аварийной автоматики, а отображение порядка отклонения с помоп5ью цифровой иьщика- дии дополнительно обеспечивает ви- зуальный контроль за состоянием объекта (пульт опс-фатора) , что дает возможность реализации полуавтоматического управления и регулировки по параметру самим оператором.

0

1A3Q5

Формула изобретения Устройство для формирования сигналов рассогласования, содержащее ре - гистр задания, выход которого подключен к информационному входу первого счетчика, вход синхронизации которого соединен с преобразовате- jisM параметра в частоту и входом установки логического нуля триггера, ю .вход установки логической единицы которого соединен с выходом переполнения первого счетчика, второй счетчик, генератор эталонной частоты, подклкг- ченный к счетному входу третьего 15 счетчика, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия и расширения области применения устройства, введены первый и второй цифроаналоговые преобразователи, вто- )Q рой триггер, регистр кратных отгатонений, дешифратор и цифровой индикатор, причем выход третьего счетчика соединен со,счетным входом первого счетчика.

8

зход сиихро1Т11зац11И которого подключен к входу установки логического нуля второго счетчика, входам сикхроннза- ции первого и второго цифроаналого- Ъых преобразователей, второго триггера и регистра кратных отклонений, выход переполнения первого счетчика подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого подключен к информационному входу регистра кратных отклонений, выход которого соединен с информационным входом второго цифроаналогового преобразователя и входом дешифратора, выход которого соединен .с цифровым индикатором, а выход первого триггера соединен с входом выбора действия первого счетчика и информационным входом триггера, выход которого подключен к входу знака первого цнфроапапого- вого преобразователя, информационньш вход которого соединен с информационным выходом первого счетчика.

Изобретения относитсй к автоматике и контрольно-измерительной технике и может найти применение в устройствах для снятия динамических и статических характеристик циклических процссов при построении компараторов частоты, устройствах контроля и сигнализации, измерения девиации час тоты, а также в системах автоматического регулирования параметров,преобразуемых в частоту, в качестве узла измерения ошибки регулирования. С целью увеличения быстродействия, и расширения области пр:1менения устройства в него дополнительно введены два синхронных цифроаналоговых преобразователя, один из которых быстродействующий с временем установления менее 1 мкс, а также регистр кратных отклонений, цифровой (возможно мат- ричньй) индикатор и синхронньп триггер знака отклонения. В данном устройстве величина отклонения параметра от заданного значения представляется в виде совокупности цифровых кодов и аналоговых значений. Величина рассогласования вырабатывается в течение каждого периода входного сигнала, что дает возможность контролировать процессы, соизмеримые с периодом входного сигнала. 1 ил. to (Л