Преобразователь интегральных параметров сигналов переменного тока в код Советский патент 1990 года по МПК G01R21/06 

где С - постоянная времени интегратора,

Для простоты анализа интервалом времени выборки и сброса ячеек 3 и 5 выборки-хранения пренебрегаем

о - и полагаем, что - 1. Тогда с

учетом того, что Ј 0 Т, из выражения (1) получим

и; -u.(tl) -л.

Это напряжение через аналоговый переключатель 7 поступает на вход преобразователя 8 напряжение-код, и на выходе последнего при поступлении тактирующего импульса, задержанного в первой линии 13 задержки на время 20, получается код

N; и;, + cj; -u,.tf -«г./;, о

где Ј 1 - текущая реализация погрет- ности преобразователя 8 напряжение-код.

Этот код записывается в память вычислительного блока 9.

Выходное напряжение интегратора 4 через ячейку 5 выборки-хранения поступает также на первый вход интегратора 6, на второй вход которого поступает импульс напряжения Р0 с выхо- да преобразователя 10 код-напряжение

Т

К моменту - + 2 Ј на выходе интегратора 6 устанавливается уровень напряжения

1

1, -Ј i и; - , at.

о

С учетом (2) из (4) получаем

и;, u{(tl) - .

Вторым тактирующим импульсом, поступающим с задержкой С0 с выхода второй линии 12 задержки, аналоговый переключатель 7 переходит во второе положение и напряжение U 71 поступает на вход преобразователя 8 напряжение- код, на выходе которого получается код

10

йК Я - Ni, - ,;

(7а)

.,

20

30 4Q

N N jf+4NJ - и,-(Сл) +/J. (76)

Код N, поступает на вход преобразователя 10 код-напряжение. Вторым импульсом от умножителя 14 частоты

I2T

в момент времени Ц гг- запускает-

ся ячейка 3 выборки-хранения, и на неинвертирующий вход интегратора 4 поступает импульс напряжения амплитуды U (t4) и длительности 0,

Поскольку на вторые входы интеграторов 4 и 6 от преобразователя 10 код-напряжение поступает импульс напряжения амплитуды. U (t, ) + сГ(, эквивалентный коду N), согласно выражениям (1), (2), (4) и (5) на выходах интеграторов 4 и 6 устанавливаются уровни напряжений соответствен.

ип -М , -

UM U; +Ј -u;(t.) .

С учетом (2) и (5) из последних выражений имеем

«о

45

;t U,(t,) -Л- J1; ; (8a) ;4 U,(tt)- . (86J

50

,,

Коды N и N lt получаемые на выходах преобразователя 8 напряжение- код при преобразовании напряжений U5ti и Uit, будут

U,-(tt) - + /i; (9a) U;(t7) - - 2J1 + ;.(9б)

(Здесь J1 - реализация погрешности преобразователя 8 напряжение-код, соответствующая второму такту.

В результате обработки в вычислительном блоке 9 кодов N 4 и М м полупим:

JN; N,f4- N |г - 2dN , i ; (Юа)

i - NJi-f UN; - u-(ta) +

(106)

+

N:

N;h + z( N

u.(tn) +

+ L

(136)

Корректированное значение цифрового эквивалента мгновенного значения U ;(t Л ) получается по алгоритму

N

П-1

- dN n U-,(t ft., )

(14)

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для повышения точности преобразователя интегральных параметров сигналов переменного тока в код. Целью изобретения является повышение точности. Цель достигается тем, что в преобразователь активной мощности в код введены первый и второй аналоговые переключатели 2, 7, вторая ячейка 5 выборки-хранения, второй интегратор, первая и вторая линии 13, 12 задержки, первый и второй элементы 2 ИЛИ 15, 11. Работа устройства основана на компенсационно-интерполяционном алгоритме преобразования мгновенных значений входных сигналов с коррекцией погрешности преобразования мгновенных значений измеряемого сигнала в темпе их внутрипериодного компенсационно-интерполяционного кодирования и цифровой обработкой результатов для получения более точных цифровых эквивалентов основных интегральных характеристик сигналов переменного тока. Кроме того, получение корректированных значений результатов внутрипериодных измерений мгновенных значений входных сигналов позволяет значительно расширять класс решаемых задач алгоритмическим методом. Устройство также содержит сумматор 1, первую ячейку 3 выборки-хранения, первый интегратор 4, преобразователь 8 напряжение-код, вычислительный блок 9, преобразователь 10 код-напряжение, выявитель 16 периода, умножитель 14 частоты. 1 ил.

Исходя из выражений (76) и (Юа) 1пя получения корректированного зна- Цния цифрового эквивалента U,-(tf) достаточно вьтолнить алгоритм

N; -4Nl U,(t,)

Код «N j подается на вход преобра- ователя 10 код-напряжение и с посту- плением третьего выходного импульса умножителя 14 частоты в момент времеЗТни t. - происходит аналогичным

i л М

ббразом преобразование мгновенного

Значения ) входного напряжения 25 аналогового переключателя 2. Этот процесс повторяется периодически в течение периода Т.

С учетом приведенных выше алгоритмов преобразования при n-м внутрипе- риодном преобразовании мгновенного значения U, (t п) для выходных напря- )наний дифференциальных интеграторов Д и 6 не трудно записать: «-i

t

U

К началу второго цикла ройства импульсом от выяви риода аналоговый переключа танавливается в положение, ром на вход ячейки 3 выбор ния в течение периода Т к ся только выходное напряже UM(t) + U ((t) сумматора внутрипериодному преобразо обработке в М течках перио

п.Т

менты времени t h

М

(п

30

..., М) подвергаются мгнов чения напряжения Uc(t).

Работа устройства в соо ющих тактах преобразования ки Uc(t) происходит аналог дуре, изложенной выше для цикла работы,,

Поэтому корректированно цифрового эквивалента мгно значения U (t) в момент вр t n определяется как

Ш

tMt.-I/j-4 ; (Ha) 35 Nc 4Nc .Dc(tnH

- ь-иК- n- j +

+ 2)(116)

Соответствующие коды на выходе преобразователя 8 напряжение-код при этом будут:

ti-i

Nin i

U;(tn) - Z fj + f;- (f. ; (12a) J M J

N

In

U.(tn) - n-H)Pe- J- (п 4 -

- j + 2);., + rfj,(126)

Здесь «f n- реализация погрешности преобразователя 8 цапряжение-код при n-м такте

Обработкой этих кодов в вычислительном блоке 9 получим:55

ли ,

in-.- t.b-i+ 2)I

ЛКЬ, n-t }

(13а)

5

К началу второго цикла работы устройства импульсом от выявителя 16 периода аналоговый переключатель 2 устанавливается в положение, при котором на вход ячейки 3 выборки хранения в течение периода Т коммутируется только выходное напряжение Uc(t) UM(t) + U ((t) сумматора 1. При зтом внутрипериодному преобразованию и обработке в М течках периода Т в моп.Т

менты времени t h

М

(п 1, 2,

0

..., М) подвергаются мгновенные значения напряжения Uc(t).

Работа устройства в соответствующих тактах преобразования и обработки Uc(t) происходит аналогично процедуре, изложенной выше для первого цикла работы,,

Поэтому корректированное значение цифрового эквивалента мгновенного значения U (t) в момент времени t t n определяется как

(15)

В третьем цикле работы аналоговый переключатель 2 устанавливается в третье положение, тем самым преобразованию и обработке подвергаются мгновенные значения напряжения UM(t), пропорционального напряжению U(t) контролируемой цепи. По аналогичной процедуре получаются корректированные значения цифровых эквивалентов

4N UM(t

П-1

)

(16)

мгновенных значений UM(t) на каждом такте преобразования в течение периода Т„

Подвергая обработке по соответствующим подпрограммам полученные и запомненные в вычислительном блоке 9 согласно выражениям (14), (15) и (16) корректированные значения цифровых эквивалентов мгновенных значений напряжений U.(t), Uc(t) и UH(t) в М точках периода в соответствующих циклах работы устройства, можно получить цифровые эквиваленты практически любой собственной и взаимной интегральной характеристики напряжения и тока в контролируемой цепи. Б частности, наиболее широко используемые

интегральные характеристики определяются по алгоритмам:

1) квадрат действующего значения тока

м+1

4-Ј (NU -Л) Iм i -и (t „.,);

IIo-t

2) квадрат действующего значения

напряжения «

4 1 Т ОС - dlO

1 4

JEJMt „,) ;

3)активная мощность

.- hui Н 1rtu«(tn-i) ui(

4)действующее значение тока

Н-ПИй| ч-, -.

5)действующее значение напряже

;- fij--|jЈtrMtM j ,

6) среднее значение тока 1 М

7 I IM- /I 14 у

Ni

тт ,

1«. -ло

H.iui(t-);

7) среднее значение напряжения

мм

.-НУ- -о

..

MLu(t- )8

8) полная мощность

4е

9) реактивная мощность 4-1 (4)2 - (н)« ;

1582145Ю

10) коэффициент мощности

N N N|

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Количество тактов М внутри периода Т выбирается на основании априорной и статистической информации о дифференциальных и спектральных параметрах сигналов UM(t) и U,(t).

Наряжу с широкими функциональными возможностями, наращиваемыми в основном программным способом, в предлагаемом устройстве получено комплексное решение проблемы повышения точности цифровых измерений интегральных характеристик сигналов переменного тока. Последние в связи с необходимостью выполнения нелинейных преобразований (квадратирования, умножения, извлечения квадратного корня и т.п.) трудно поддаются коррекции. В предлагаемом устройстве достигнута коррекция систематических погрешностей цифровых измерений на этапе преобразования мгновенных значений входных сигналов и ф.шьтрация случайных погрешностей измерений на этапе дискретного усреднения предварительно скорректированных цифровых эквивалентов мгновенных значений.

Динамические погрешности могут быть ограничены в допустимых пределах рациональной технической реализацией функциональных узлов и обеспечением соответствующих временных и частотных соотношений при выборе параметров f, 130и 2 .

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить преобразование сигналов переменного тока с достаточно высокими показателями по быстродействию (за счет ис кльзо- вания метода внутрипериодных измерений и цифровой обработки мгновенных значений преобразуемых сигналов), точности (благодаря идентификации и коррекции погрешности преобразователя напряжение-код в реальном масштабе времени), стабильности (а счет компенсационного способа преобразования информации) и уровню исполнения (благодаря сбалансированному сочетанию аппаратных и программных средств обработки информации). К этому следует добавить многофукнционало- ность и гибкость структуры предлагаИ1582145

мого устройства, достигаемые в осовном программным способом.

во пе яч пе и во ро те пр ро вы ед ко кл пе С но ло ны ан зо вы ны го ля бл хо то 30 хо ки по яч из го пе хо к ко

Формула изобретения

Преобразователь интегральных па- рйметров сигналов переменного тока в кЬд, содержащий выявитель периода и умножитель частоты, входы которых объединены и подключены к шине конт- ро лируемого напряжения, сумматор, первую ячейку выборки-хранения, тактирующий вход которой соединен с выходом умножителя частоты, первый ин- те|гратор, первый вход которого соеди не н с выходом первой ячейки выборки- хранения, а вход сброса - с выходом выявителя периода, последовательно соединенные преобразователь напряжение-код и вычислительный блок, дополнительный тактирующий вход которого подключен-к выходу выявителя периода преобразователь код-напряжение, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены второй интегратор, вторая ячейка выборки-хранения, первый и второй аналоговые переключатели, первый и второй элементы 2ИЛИ, последовательно соединенные первая и вторая линии задержки, при- чф входы сумматора подключены к источникам напряжения и тока контролируемой цепи, а выход - к одному из вводов первого аналогового переключателя, два других входа которого соединены с соответствующими входами сумматора, выход первого аналогового переключателя подключен к входу пер

12

0

,

вой ячейки выборки-хранения, выход первого интегратора через вторую ячейку выборки-хранения соединен с первым входом второго интегратора и с одним из входов второго аналогового переключателя, другой вход которого подключен к выходу второго интегратора, вход преобразователя напряжение-код соединен с выходом второго аналогового переключателя, кодовые выходы вычислительного бока соединены с входами преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к объединенным вторым входам первого и второго интеграторов, вход Сброс второго интегратора совместно с тактирующим входом первого аналогового переключателя, дополнительными тактирующими входами второго аналогового переключателя и преобразователя напряжение-код соединены с выходом выявителя периода, а основные тактирующие входы второго аналогового переключателя, преобразователя напряжение-код и вычислительного блока объединены и подключены к выходу второго элемента 2ИЛИ, входы кот торого соединены соответственно с вы- 0 ходами первой и второй линий задержки, а выход первой линии задержки подключен к тактирующему входу второй ячейки выборки-хранения и к одному из входов первого элемента 2ИЛИ, другой вход которого совместно с входом первой линии задержки подключен к выходу умножителя частоты, а выход - к тактирующему входу преобразователя код-напряжение.

0

5

5