Управляемый фазовращатель Советский патент 1992 года по МПК G01R25/00 

VI

Ю

от

со о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении измерительных преобразователей, где необходимо прецизионное управление фазой синусоидального сигнала.

Известен управляемый фазовращатель, содержащий два цифроаналоговых преобразователя, блок сдвига фазы на 90°, сумматор, преобразователь напряжение - частота, блок управления реверсом, реверсивный счетчик импульсов, дешифратор и вычитающий регистр, в котором вход фазовращателя соединен непосредственно с аналоговым входом первого и через блок сдвига фаз на 90° - с аналоговым входом второго цифроаналогового преобразователя, управляющий вход фазовращателя через преобразователь напряжение - частота соединен с первым входом блока управления реверсом второй вход которого соединен с выходом дешифратора, а выход - е входом реверсивного счетчика импульсов, выход реверсивного счетчика импульсов соединен непосредственно с входом дешифратора и с цифровым входом первого цифроаналогового преобразователя, а через вычитающий регистр - с цифровым входом второго цмфроаналогового преобразователя, первый и второй входы сумматора соединены с выходами соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей, а выход - с выходом фазовращателя.

Недостатком этого .фазовращателя является низкая точность, обусловленная погрешностью формирования коэффициентов, пропорциональных sin (р и cos р.. требуемый угол сдвига фазы.

Кроме того, низкое быстродействие обусловлено инерционностью преобразователя напряжение - частота и реверсивного счетчика импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является управляющий фазовращатель, содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90°, сумматор, блок сравнения и инвертор, в котором сигнальный вход соединен непосредственно с первым вхо дом блока сравнения и е сигнальным входом первого.управляемого делителя напряжения, а через блок сдвига фазы на 90° - с сигнальным входом второго управляемого делителя напряжения, управляющие входы первого и второго управляемых делителей напряжения соединены соответственно с управляющим входом фазовращателя и выходом блока сравнения, а выходы - соответственно с первым и вторым входами сумматора, соединенного

своим выходом непосредственно с вторым входом блока сравнения и первым выходом фазовращателя, а через инвертор - с вторым выходом фазовращателя.

Недостатком известного фазовращателя является низкое быстродействие, обус- ловленное инерционностью блока сравнения.

Целью изобретения является повыше0 ние быстродействия фазовращателя.

Поставленная цель достигается тем, что в известный управляемый фазовращатель, содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90°, первый

5 сумматор и инвертор, в котором сигнальный вход соединен непосредственно с сигнальным входом первого, а через блок сдвига фазы на 90°-ссигнальным входом второго управляемого делителя напряжения, управ0 ляющий вход второго управляемого делителя напряжения соединен с управляющим, входом фазовращателя, а выход-с первым входом первого сумматора, второй .вход первого сумматора соединен с выходом вто5 рого управляемого делителя напряжения, а выход - непосредственно с первым, а через инвертор - с вторым выходами фазовращателя, введены источник опорного напряжения, второй сумматор и два квадратора, при

0 этом первый (прямой) вход второго сумматора соединен с выходом источника опорного напряжения, второй (инверсный) вход-с выходом первого квадратора, соединенного своим входом с управляющим входом фа5 зовращателя, третий (инверсный) вход - с выходом второго квадратора, а выход -с четвертым (прямым) входам, с входом второго квадратора и с управляющим входом . второго управляемого делителя напряже0 ния.

На фиг. 1 представлена структурная схема фазовращателя; на фиг. 2 - графики зависимости управляющего напряжения Uynp от требуемого угла р сдвига фазы.

5 Управляемый фазовращатель содержит блок 1 сдвига фазы на 90°, управляемые делители 2 и 3 напряжения, сумматоры 4 и 5, квадраторы 6 и 7, источник 8 опорного напряжения и инвертор 9. Сигнальный вход 0 фазовращателя соединен непосредственно с сигнальным входом делителя 2, а через блок 1-е сигнальным входом делителя 3. Управляющий вход фазовращателя соединен непосредственно с управляющим вхо5 дом делителя 2, а через квадратор 6 - с вторым (инверсным) входом сумматора 5, первый (прямой) вход которого соединен с выходом источника 8, третий (инверсный) вход - с выходом квадратора-7, а выход - с четвертым (прямым) входом, с входом квадратора 7 и с управляющим входом делителя 3. Первый и второй входы сумматора 4 соединены с выходами делителей 2 и 3 соответственно, а выход непосредственно - с первым, а через инвертор 9 - с вторым вы- ходом фазовращателя.

Принцип действия управляемого фазовращателя основан на реализации известного управления

Uo sin (cot + p) (Jo sin ft) t cos 95+

+ U0 cos o t sin p, (1) где Uo и w- амплитуда и круговая частота сдвигаемого по фазе сигнала;

t - текущее время;

Ј -требуемый угол сдвига фазы.

Для реализации управления (1) необходимо входной гармонический сигнал Ui (t) Uo sin a) t сдвинуть по фазе на 90°, т.е. преобразовать в сигнал U2 (t) U0 cos (о t Эту операцию выполняет блок 1.

Далее алгоритм требует соответствующего изменения амплитуды составляющих Ui (t) и Ua (t) в соответствии с косинусом и синусом угла р и последующего суммирования измененных по амплитуде составляю- щих. Функцию управляемого изменения амплитуд квадратурных составляющих выполняют делители 2 и 3, а функцию суммирования - сумматоры. Амплитуда составляющих должна изменяться в диапа- зоне 0 - Uo B соответствии с таблицей.

Управление фазовращателем ведется по одной из составляющих - косинусои- дальной, т.е. напряжение Uynp управления, пропорциональное cos (p, подается с управ- ляющего входа фазовращателя на управляющий вход делителя 2. Напряжение, пропорциональное sin p, подается на управляющий, вход делителя 3. Оно формируется из напряжения Uynp с помощью совокупно- сти элементов из сумматора 5, квадраторов б и 7 и источника 8.

Это осуществляется следующим образом.

Сигнал Uynp Uynp.m cos р, где Uynp.m - максимальный уровень управляющего сигнала, с управляющего входа фазовращателя поступает на вход квадратора 6. На выходе квадратора 6 формируется сигнал Ue, пропорциональный квадрату поступающего на его вход сигнала

Ue - Кб Uynp Кб Uynp.m cos2 (p, (2) где ke - коэффициент передачи квадратора

б.

Сигнал Ue поступает на второй (инверс- ный) вход сумматора 5, на первый (прямой) вход которого с выхода источника 8 поступает сигнал Us постоянного уровня, определяемый равенством

Us ks Uynp.m,(3)

где ks - постоянный коэффициент.

На выходе сумматора 5 формируется сигнал Us, поступающий на его четвертый (прямой) вход, на вход квадратора 7 и на управляющий вход делителя 3.

На выходе квадратора 7 формируется сигнал U, пропорциональный квадрату поступающего на его вход сигнала

U7 k7Us,(4)

где k - коэффициент передачи квадратора 7.. : .

Сигнал Us на выходе сумматора 5 определится как алгебраическая сумма (с учетом того, что первый и четвертый, входы сумматора 5 прямые, а второй и третий - инверсные) сигналов, поступивших на его входы ,

Us Us - Ue - U + Us.

Полученное уравнение можно записать в виде

U7 Us-U6.

С учетом уравнений (4), (3) и (2) получим

k Us ks Uynp.m - ke Uynp.m. COS2 (p. (5)

Коэффициенты ke, ky и ke выбираются из условия

ke k ks.

Поэтому уравнение (5) можно записать

ввидег -422

Us Uynp.m -Uynp.m COS Ј

Uynp.m (1 - COSZ f) Uynp.m Sin p ИЛИ

Us Uynp.m Sin (p.

Таким образом, на выходе сумматора 5 и на управляющем входе делителя 3 формируется сигнал Us, пропорциональный cos (p.

В качестве делителей 2 и 3 целесообразно использовать аналоговые перемножители в интегральном исполнении, например перемножители типа 525ПС2Б. На них можно производить четырехквадратное умножение сигналов. Эти перемножители реализуют функцию

UBHx kUxUy.

где Ux, Uy - напряжения на входах умножителя;

k 0,1 -коэффициент передачи.

Если на один из входов подавать квадратурные составляющие Ui (t) и U2 (t), а на другой - напряжение управления Uynp и Us, то можно производить управляемое деление этих составляющих с хорошей линейностью и в широком диапазоне.

Напряжение управления при этом должно изменяться в пределах + Uynp.m, что соответствует диапазону изменения фазового сдвига рО... 180°. На фиг. 2 (график 1) приведена зависимость Uynp. f (9) с учетом уровней + Uynp.m ± 10B. Как видно из графика 1, для получения граничных фазовых

сдвигов 0 и 180°требуются конечные управляющие воздействия 10 и -10 В, т.е. в этих случаях на выход делителя 2 проходит составляющая входного синусоидального сигнала Ui (t) без изменения амплитуды с соответствующим знаком, а квадратурная составляющая 1/2 (t) на выход делителя 3 не проходит.

Для получения фазовых сдвигов (р в диапазоне от 0 до -180° необходимо сигнал с выхода сумматора 4 проинвертировать. Эту операцию осуществляет инвертор 9. При указанном диапазоне изменения фазового сдвига (р напряжение управления должно изменяться в пределах от-10 до 10 В. Зависимость Uynp. f (p) для этого случая приведена на фиг. 2 (график 2).

В известном фазовращателе формирование квадратурной составляющей управляющего сигнала осуществляется с помощью блока сравнения, включающего инерционные элементы, поэтому требуемое значение этой составляющей при изменении управляющего сигнала устанавливается с задержкой, обусловленной инерционностью блока сравнения. В фазовращателе формирование квадратурной составляющей управляющего сигнала осуществляется безынерционными элементами, поэтому сигнал на выходе фазовращателя устанавливается практически мгновенно. Это существенно повышает быстродействие фазовращателя.

Формула и зоб peteния Управляемый фазовращатель, содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90°, первый сумматор и инвертор, сигнальный вход устройства соединен с входами первого управляемого делителя напряжения и блока

сдвига фазы на 90°, выход которого соединен с входом второго управляемого делителя напряжения, управляющий вход первого управляемого делителя напряжения соединен с управляющим входом устройства, а

выход - с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго управляемого делителя напряжения, а выход соединен с первым выходом устройства и инвертором, выход

которого является вторым выходом устройства, о т л и ч г ю щи и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены источник опорного напряжения, вт.орой сумматор и два квадратора, при этом первый вход второго сумматора соединен с выходом источника опорного напряжения, второй - с выходом первого квадратора, соединенного своим входом С управляющим входом устройства, третий с выходом второго квадратора, а выход - с четвертым входом, с входом второго квадратора и с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения.

f fata.

WOtfLzpad

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение быстродейстия фазовращателя для того управляемый фазовращатель содержит блок 1 сдвига фазы на 90°, управляемые делители 2 и 3 напряжения, сумматоры 4 и 5, квадраторы 6 и 7, источник 8 опорного нэрряжения и инвертор 9. 1 табл., 2 ил.

Фиг,2