Система экстремального регулирования квадрупольного масс-спектрометра Советский патент 1993 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к цифровой контрольно-измерительной технике и системам автоматического управления и может быть использовано при построении анализато-- ров экстремумов функций, систем экстремального регулирования и цифровой регистраци информации, например, в квадг рупольных (монопольных) масс-спектрометрах, ультразвуковых установках и следящих системах.

Известен экстремальный регулятор, содержащий последовательно соединенные блок определения знака приращений входного сигнала, триггер знака, счетный |риггер реверсов, интегратор, блок формирования сигнала момента изменения знака скорости управляемой координаты, выходом соединенный со вторым входом триггера знака. Недостатками известного устройства являются: ограниченность применения, низкое быстродействие и устойчивость регулирования, которые вызваны

принудительными реверсами при появлении импульсных помех в процессе поиска глобального максимума.

Наиболее близким к изобретению является экстремальный регулятор, содержащий датчик показателя качества, генератор импульсов, блок формирования приращений, первый, второй, третий и четвертый элементы И, блок памяти знака предыдущего приращения, первый и второй элементы задержки и исполнительный механизм.

Недостатками этого устройства являются малое быстродействие и низкая устойчивость регулирования при воздействии импульсных помех и появлении локальных экстремумов.

Целью изобретения является повышение быстродействия и устойчивости.

С этой целью в устройство, содержащее блок формирования приращений, первый, второй, третий и четвертый элементы И, генератор тактовых импульсов, триггер елеXI

ю ел

Ј.

ю

жения за знаком приращений, исполнительный механизм, первый и второй элементы задержки, причем первый и второй выходы блока формирования приращений подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, а инверсный выход триггера слежения за знаком приращений подключен ко второму входу первого Элемента И, дополнительно введены задат- кода числа допустимых приращений, за- датчик кода начала поиска экстремума, счетчик приращений, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, пятый элемент И, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, кнопка Пуск, переключатель режима работы, переключатель поиска экстремума, триггер управления прохождением тактовых импульсов, триггер реверсирования развертки, исполнительный механизм выполнен в виде реверсивного счетчика, выход переполнения которого подключен к R - входу триггера управления прохождением тактовых импульсов, вход занесения - к S-входу триггера управления прохождением тактовых импульсов и к выходу кнопки Пуск, информационный вход - к выходу задатчика кода начала поиска экстремума, управляющие входы сложения и вычитания - к выходам соответственно третьего и четвертого элементов И, информационный выход - ко входу цифроаналогового преобразователя, Ьыход которого подключен ко входу квадру- польного масс-спектрометра, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы Конец преобразования и информационный которого подключен соответственно к первому и второму входам блока формирования приращений, а синхронизирующий вход - к выходу второго элемента задержки, вход которого подключен к первым входам соответственно третьего и четвертого элементов И и к выходу пятого элемента И, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу генератора тактовых импульсов и к выходу триггера управления прохождением тактовых импульсов, вторые входы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к прямому выходу и инверсному выходу и D-входу триггера реверсирования развертки, счетный вход и S-вход которого подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя режима работы, управляющий вход которого является входом переключения режима работы системы, первый информационный вход-к общей шине, второй информационный вход- ко входу первого элемента задержки.

к выходу счетчика приращений, к счетному входу триггера слежения за знаком приращений и к выходной шине Строб, а третий выход-к информационному входу переключателя поиска экстремума, управляющий вход которого является входом переключения поиска экстремума системы, а первый и второй выходы - соответственно к S-входу и R-входу триггера слежения за знаком приращений, D-вход которого подключен к его инверсному выходу и к третьему входу блока формирования приращений, четвертый вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, пятый вход - к прямому

5 выходу триггера слежения за знаком приращений и ко второму входу второго элемента И, выход которого и выход первого элемента И подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход кото0 рого подключен к вычитающему входу счетчика приращений, информационный вход которого подключен к выходу задатчика кода числа допустимых приращений, а вход занесения подключен к выходу элемента

5 ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока формирования приращений, пятый и шестой выходы которого являются соответственно выходами

0 Код максимума и Код минимума системы, вход кнопки Пуск подключен к общей шине. Кроме того, блок формирования приращений содержит мультиплексор, компаратор, первый и второй элементы И, первый и

5 второй элементы ИЛИ, регистр максимума и регистр минимума, выходы которых являются соответственно пятым и шестым выходами блока и подключены соответственно к первому и второму информационным вхо0 дам мультиплексора, входы занесения - третьим и четвертым выходами блока и подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, информационные входы подключены ко второму входу

5 блока и к первому информационному входу компаратора, второй информационный вход которого подключен к выходу мультиплексора, первый и второй выходы являются соответственно первым и вторым

0 выходами блока и подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к первому входу блока, третьи входы - соответственно к пятому и третьему

5 входам блока, выходы - к первым входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к четвертому входу блока, а управляющий вход мультиплексора подключен к третьему входу первого элемента И.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы; на фиг.2 - эпюры напряжений основных узлов системы.

Система экстремального регулирования квэдрупольного масс-спектрометра содержит блок 1 формирования приращений, первый 11, второй 12, третий 22, четвертый 23, пятый 25 элементы И, элемент ИЛИ 13, элемент 14 ИЛИ-НЕ, счетчик приращений 15, задатчи к кода 16 допустимого числа приращений, триггер слежения за знаком приращений 17. первый 18 и второй 24 элементы задержки, переключатель 19 режима работы системы, переключатель 20 поиска экстремума, триггер 21 реверсирования развертки, генератор тактовых импульсов 26, триггер управления прохож дением тактовых импульсов 27, кнопку Пуск 28, реверсивный счетчик 29, задатчик кода начала поиска экстремума 30, цифроанало- говый преобразователь (ЦАП) 31, объект регулирования - квадрупольный масс-спектрометр 32, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 2.

Блок 1 формирования приращений содержит компаратор 3, регистр 4 максимума, регистр 5 минимума, мультиплексор 6, первый 7 и второй 8 элементы И, первый 9 и второй 10 элементы ИЛИ,

Первый и второй входы блока 1 соединены соответственно с выходом Конец преобразования и информационным выходом АЦП 2. Третий вход блока 1 соединен с прямым выходом триггера 17 слежения и первым входом второго элемента И 12. Четвертый вход блока 1 соединен с выходом первого элемента задержки 18, а пяти вход - с точкой соединения инверсного выхода и D-входа триггера слежения 17 и с первым входом первого элемента И 11. Первый и второй выходы блока 1 соединены соответственно с вторыми входами первого 11 и второго 12 элементов И. Третий и четвертый быходы подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ-НЕ 14. Пятый и шестой выходы блока 1 являются информационными и подключены соответственно к выходным шинам Код максимума и Код минимума системы.

Выходы первого 11 и второго 12 элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 13, выход которого подключен к входу Еычитания счетчика приращений 15, информационный вход которого соединен с выходом задатчи- ка 16 допустимого числа приращений. Выход элемента ИЛИ-НЕ 14 соединен с. входом занесения счетчика приращений 15, выход которого является выходной шиной Строб и соединен с входом первого 18 элемента задержки, вторым входом переключателя 19 режима работы и счетным входом триггера 17 слежения за знаком приращений. S-вход и R-вход которого соединены 5 соответственно с первым и вторым выходами переключателя 20 поиска экстремума, управляющий вход которого соединен с третьим выходом переключателя 19, первый вход которого подключен к общей шине.

0 Первый и второй выходы переключателя 19 режима работы соединены соответст венно с S-входом и счетным входом триггера 21 реверсирования развертки. Прямой и объединенный с D-входом инвер5 сный выходы триггера 21 реверсирования развертки соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И 22, 23, вторые объединенные входы которых соединены соответственно с

0 . входом второго элемента задержки 24 и выходом пятого 25 элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора 26 тактовых импульсов, а второй вход - с прямым выходом триггера 27 управления про5 хождением тактовых импульсов. Выход кнопки Пуск 28 подключен ко входу занесения реверсивного счетчика 29 и S-входу триггера 27 управления, Н:вход которого соединен с выходом переполнения реверсив0 ного счетика 29, входы сложения и вычитания которого соединены соответственно с выходами третьего 22 и четвертого 23 элементов И.

Информационный выход задатчика ко5 да начала поиска экстремума 30 соединен с информационным входом реверсивного счетчика 29, выход которого подключен к информационному входу ЦАП 31, выходом соединенного с входом объекта регулирова-0 ния 32, выход которого подключен к инфор- мационному входу АЦП 2. Вход синхронизации АЦП 2 соединен с выходом второго элемента задержки 24.

Кроме того, второй вход блока 1 соеди5 нен с информационными входами регистра 4 максимума, регистра 5 минимума и первой группой (А) информационного входа компаратора 3, вторая информационная группа (В) которого соединена с выходом мульти0 плексора 6. Управляющий вход мультиплексора 6 соединен с третьим входом элемента И 7 и является третьим входом блока 1, Первый и второй информационные входы мультиплексора 6 соединены со.ответствен5 но с выходами регистра Л максимума и регистра 5 минимума и являются пятым и шестым выходами блока 1. Входы занесения регистра 4 и регистра 5 подключены соответственно к выходам первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ и являются третьим

1 четвертым выходами блока 1, Первый зход элемента ИЛИ 9 соединен с выходом первого элемента И 7, а второй вход объединен с вторым входом элемента ИЛИ 10 и является четвертым входом блока 1, Первый вход элемента ИЛИ 10 соединен с выходом второго элемента И 8, третий вход которого является пятым входом блока 1. Первый и второй выходы компаратора 3 соединены соответственно с вторыми входами первого 7 и второго 8 элементов И и являются первым и вторым выходами блока 1. Первый вход блока 1 подключен к объединенным первым входам первого 7 и второго 8 элементов И блока 1.

Система работае1 следующим образом.

В исходном состоянии системы в задат- чик 16 кода числа допустимых приращений заносится единичный код, а в задатчик 30 кода начала поиска экстремума - нулевой код. При включении системы сигналом Начальная установка (на фиг,1 не показан) обнуляются регистры 4 и 5, триггер управления 27 и реверсивный счетчик 29, а триггеры слежения 17 и реверсирования развертки 21 устанавливаются в единичное состояние.

Система работает в двух режимах: Развертка и Слежение, задаваемых переключателем 19 режима работы, причем основным является режим Слежение,-при котором реализуется поиск глобального максимума или глобального минимума и экстремальное регулирование объекта, а в качестве функции показателя качества (ФПК) используется выходной сигнал масс- спектрометра.

Для реализации режима поиска и еле жения за глобальными экстремумами ФПК - интенсивности атомной единицы массы (а.е.м.) - необходимо в режиме Развертка просмотреть весь масс-спектр анализируемых веществ или газов, определить наибольшую длительность локальных экстремумов и задать число допустимых при- Ьащений с целью автоматического Игнорирования локальных экстремумов, ко- |орые могут возникать при воздействии на системсу импульсных помех и наводок.

Переключатель 19 режима работы устанавливается в положение Развертка, а к выходу усилителя постоянного тока масс спектрометра подключается осциллограф с полосой пропускания не менее 0-100 МГц. Нажатием кнопки Пуск 28 взводится триггер управления 27 прохождением тактовых импульсов. Единичный сигнал с выхода триггера 27 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 26 через пятый 25 элемент И. Тактовые импульсы через третий 22 элемент И поступают на вход

сложения реверсивного счетчика 29, увеличивая его содержимое. Нарастающий выходной код реверсивного счетчика 29 поступает на вход ЦАП 31, с выхода которого возрастающее линейное напряжение развертки подается на вход генератора высокой частоты масс-спектрометра, с выхода усилителя постоянного тока которого снимаются сигналы интенсивности масс-спект0 ра. .

С помощью осциллографа оператор просматривает все сигналы масс-спектра в диапазоне, например, 1 - 200 а.е.м., а также измеряет наибольшую длительность и амп5 литуду локальных экстремумов. Зная наибольшую длительность локальных экстремумов, тактовую частоту генератора 26и время преобразования АЦП 2, оператор определяет, сколько измерительных точек

0 приходится на наибольший по длительности локальный экстремум. Для надежного автоматического исключения локальных экстоемумов в режиме поиска и слежения за глобальным экстремумом ФПК число допу5 стимых приращений выбирается больше числа измерительных точек, приходящихся на локальный экстре-.,/ум. Например, при числе измерительных точек 3, приходящихся на наибольший локальный экстремум, не0 обходимо выбрать число допустимых приращений как минимум 4. Число допустимых приращений может выбираться в 1,2;1,5;2 раза больше длительности локального экстремума, при этом увеличивается

5 помехоустойчивость, но уменьшается точность работы системы.

Допустимое число приращений используется для анализа и игнорирования локальных экстремумов по ходу развертки, без

0 принудительного ее реверсирования, а также задает зону автоколебательного слежения за глобальными экстремумами на вершине (впадине) пика а.е.м.

После развертки всего масс-спектра,

5 когда выходное напряжение ЦАП 31 достигает максимального значения, импульсом переполнения с выхода реверсивного счетчика 29 сбрасывается триггер управления 27, который прекращает подачу тактовых

0 импульсов через элемент И 22 на реверсивный счетчик 29 и система приводится в исходное состояние.

Для перехода к режиму Слежение в задатчик 16 кода допустимого числа прира5 щений, например при числе допустимых приращений 4 заносится двоичный код 0010, В задатчике 30 кода начала поиска экстремума заносится начальный код номера, а.е.м., выбранной для слежения, кото- рый определяется по формулам:

Хп а.е.м. гл. макс (п-1) х 82 + 8, (1)

где п - номер а.е.м, для слежения за глобальным максимумом,

Хп а.е.м. (п-1) х 41 +8,(2)

гл, мин

где п- номер а.е.м. для слежения за.глобальным минимумом.

Например, для поиска и слежения за глобальным максимумом 32-й а.е.м. необходимо в задатчике кода 30 набрать число:

(32-1) х 82 + 8 2550, что соответствует двоичному коду:

1р234567891011 12 13 14 р (старший)

О 1101111100100 при использовании 14-ти разрядного ЦАП.

Для реализации слежения за глобальным максимумом выбранной а.е.м, переключатель 19 режима работы системы устанавливается в положение Слежение, а переключатель 20 поиска экстремума - в положение Макс.. После нажатия кнопки 28 Пуск низким уровнем взводится триггер 27 управления прохождением тактовых импульсов и по входу занесения реверсивного счетчика 2.9 из задатчика 30 кода начала поиска экстремума через входы данных в реверсивный счетчик 29 переписывается двоичный код начала поиска глобального максимума заданной а.е.м. Единичный сигнал с выхода триггера 27 управления разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И 25 на вход синхронизации АЦП 2, а также через элемент И 22 на вход сложения реверсивного счетчика 29, увеличивая его содержимое. Выходной код реверсивного счетчика 29 поступает на вход ЦАП 31, который подает .возрастающее развертывающее напряжение на вход масс-спектрометра 32.

С выхода масс-спектрометра 32 на информационный вход АЦП 2 подается нарастающий аналоговый сигнал интенсивности U(t) выбранной а.е.м. (фиг.2, эпюра 33). Причем эпюры 1 соответствуют нормальному процессу, а эпюры 2 - процессу слежения при дрейфе сигнала во времени и по амплитуде..

Через второй элемент задержки 24 тактовые импульсы подаются на синхронизирующий, вход АЦП 2. который преобразует аналоговый сигнал интенсивности в цифровой код, поступающий на входы А компаратора 3, а также на информационные входы регистра 4 максимума и регистра 5 минимума для промежуточного хранения. Так как в начальном состоянии значение кода в регистре 4 максимума было нулевым, а с выхода АЦП 2 на входы А компаратора 3 подавался

значащий код, то на его первом выходе 37 формируется положительный импульс , поступающий на вторые входы элементов И 7 и И 11 (фиг.Я, эпюра 37). На третий вход 5 элемента И 7 подается разрешающий уровень с прямого выхода триггера 17 слежения (фиг.2, эпюра 36). Импульсом Конец преобразования положительной полярности, поступающим через первый вход эле0 мента И 7 и элемент ИЛИ 9 на вход занесения регистра 4 максимума, в него записывается код с выхода АЦП 2.

С выхода регистра 4 максимума код первого измерения через первый информаци5 онный вход мультиплексора 6, . стробируемый единичным сигналом с прямого выхода триггера 17 слежения (фиг.2, эпюра 36), поступает с выхода мультиплексора 6 для сравнения на входы второй груп0 пы В компаратора 3. На выходе А В компаратора 3 устанавливается сигнал логической единицы, а на выходах и - сигналы логического нуля. Второй тактовый импульс, прохождение которого разре5 шается единичным сигналом с выхода триггера 21 реверсирования развертки (фиг.2, эпюры 40, 41), поступает через тре-. тий элемент И 22 на вход сложения реверсивного счетчика 29, увеличивая его

0 содержимое на единицу. С выхода ЦАП 31 снимается возрастающее напряжение развертки, подаваемое на вход масс-спектро- . метра 32. Новое приращение аналогового сигнала U(t) интенсивности с выхода масс5 спектрометра 32 поступает на информационный вход АЦП 2, после запуска которого задержанным тактовым импульсом выходной код АЦП 2 поступает на входы А компаратора 3 и регистр 4 максимума.

0 Компаратор 3 производит сравнение кодов текущего и предыдущего значений. Если на выходе компаратора 3 снова окажется единичный сигнал, то очередным импульсом Конец преобразования произво5 дится запись нового кода в регистр 4 максимума и перепись кода допустимого числа приращений 4 с задатчика 16 кода допустимого числа приращений в счетчик приращений 15.

0 При появлении первого локального экстремума 1 (фиг.2, эпюра 33) на выходе компаратора 3 (фиг.2, эпюра 38) появляется единичный сигнал, что свидетельствует об отрицательном знаке приращений, входного

5 сигнала U(t). Положительный сигнал поступает на второй вход элемента И 12, на первый вход которого подается единичный уровень с прямого выхода триггера 17 слежения за знаком приращений (фиг.2, эпюра 36). С выхода элемента И 12 через второй

ёход элемента ИЛИ 13 сигнал поступает на вычитающий вход счетчика приращений 15, уменьшая его содержимое на единицу и подготавливая схему селекции локальных экстремумов. При этом код в регистре 4 максимума остается без изменений, так как сигнал на выходе компаратора 3 имеет уровень логического нуля и запрещает перепись кода с выхода АЦП2 в регистр 4.

Если при следующем шаге ЦАП 31 и измереним входного сигнала на выходе появится снова.единичный сигнал, то через элементы И 12, ИЛИ 13 по входу вычитания содержимое счетчика приращений 15 уменьшится еще на одну единицу (точка 1, фиг.2, эпюры 33,38), а содержимое регистра 4 максимума не изменится. После следующего измерения при единичном сигнале на выходе компаратора 3 импульсом Конец преобразования через элементы И 7, ИЛИ 9 по входу занесения С записывается новый код в регистр 4 максимума ,и через первый вход элемента ИЛЙ-НЕ 14 по входу занесения счетчика приращений 15 восстанавливается код допустимого числа приращений (4й - 0010) в счетчике приращений 15, который переписывается из задатчика 16 кода допустимого числа приращений. При первом 1 и втором 1.1 локальных экстремумах(фиг.2, эпюра 33) счетчик приращений не обнуляется (фиг.2, эпюра 39), сигнал Строб на его выходе не вырабатывается и триггер реверсирования развертки 21 не изменяет своего состояния. Процесс развертки И поиска глобального максимума продолжается аналогично описанному. ; Суть анализа и игнорирования локальных экстремумов заключается в том, что счетчик приращений 15 при поиске глобального максимума интенсивности масс-спектра U(t) производит подсчет числа Отрицательных приращений, образно говоря - фиксирует и берет на учет помеху для Анализа.

} . Если в процессе: (изменения входного сигнала при поиске глобального максимума и смены знака производной единичные сигналы на втором выходе компаратора 3 являются устойчивыми и повторяются более трех раз. при этом в регистре 4 код глобального максимума не изменяется (точка С1, фиг.2, эпюра 33) из-за отсутствия разрешающего сигнала на выходе 38 компаратора 3, то по входу вычитания счетчика приращений 15 четвёртым единичным импульсом , поступающим через элементы И 12, ИЛИ 13, счетчик приращений обнуляется. На его выходе заема формируется отрицательный импульс Строб (точка 1,

фиг.2, эпюры 33, 39), передний фронтом которого переписывается код глобального максимума в точке С1 из регистра 4 максимума на выходную шину Код максимума.

5 Передним фронтом импульса Строб, задержанным и проинвертированным на первом элементе задержки 18, через элемент ИЛИ 9 по входу занесения регистра 4 максимума в него переписывается значение кода АЦП

0 2, измеренное в точке D1 (фиг.2,эпюра 33). Далее задержанным передним фронтом импульса Строб через элемент ИЛИ 9 и первый вход элемента ИЛИ-НЕ 14 с задатчика 16 кода числа допустимых приращений в счет5 чик приращений 15 переписывается код допустимого числа приращений 4. Это необходимо для того, чтобы анализировать приращения при реверсировании развертки в зоне автоколебательного слежения за

0 глобальным максимумом интенсивности а.е.м.

Задний положительный фронт импульса Строб поступает на счетные входы триггера 17 слежения и триггера 21

5 реверсирования развертки, устанавливая последний в нулевое состояние (фиг.2, эпюры 40, 41), Единичный сигнал с инверсного .выхода триггера реверсирования 21 разрешает прохождение тактовых импульсов че0 рез четвертый элемент И 23 на вход вычитания реверсивного счетчика 29, уменьшая его содержимое. Выходное напряжение ЦАП 31 уменьшается, обеспечивая развертку пика а.е.м в обратном

5 направлении.

При единичных сигналах на первом выходе компаратора 3 в регистр 4 максимума заносятся возрастающие коды интенсивности а.е.м.. После прихода четвертого

0 сигнала импульсом Конец преобразования в регистр 4 снова записывается значение глобального максимума в точке С1, но счетчик приращений 15 не обнуляется и реверс развертки не производится.

5 При смене знака приращений и уменьшении амплитуды пикай кодов АЦП 2 после четвертого единичного сигнала счетчик приращений обнуляется. Сигналом Строб производится: перепись на выходную шину

0 Код максимума кода глобального максимума, измеренного ранее в точке С1 и хранившегося в регистре 4 максимума, занесение кода, измеренного в точке D1, занесение кода допустимого числа приращений 4 с

5 задатчика 16 кода в счетчик приращений 15 и установление триггера реверсирования развертки21 в единичное состояние. Происходит реверсирование развертки и выходное напряжение ЦАП 31 начинает возрастать{$ип2 эпюра 33).

Далее процесс слежения за глобальным максимумом и реверсирование развертки, в зависимости от технологического процесса, осуществляется в автоматическом режиме в течение любого заданного времени. Для прекращения слежения заданной а.е.м., например за а.е.м. Nfe 32, и перехода на слежение за новой а.е.м., н.апри-мер № 49, необходимо в ходе слежения за 32-й а.е.м. в эадатчике 30 кода начала поиска экстрему- ма установить код начала поиска 49-й а.е.м., рассчитав его по формулам (1) или (2). Нажатием кнопки 28 Пуск подтверждается единичное состояние триггера управления 27, а по входу занесения L в реверсивный счетчик 29 заносится код начала поиска 49-й а.е.м., причем код развертки прежней 32-й а.е.м. .очищается. Поскольку тактовые импульсы продолжают поступать на счетный вход реверсивного счетчика 29, код с его выхода подается на вход ЦАП 31, выходное напряжение которого разворачивает новую - 49- 10 а.е.м.: .

.Когда все а.е.м., выбранные для слежения, пройдены, оператор для ускоренного возвращения системы в исходное состоя- ние может установить в задатчике кода на- чала поиска экстремума 30 единичный код и нажать кнопку 28 Пуск. Тогда в реверсивный счетчик 29 перепишется максимальный код ЦАП 31, соответствующий выходному на- пряжению развёртки 10 В. Импульсом.пере- полнения с выхода реверсивного счетчика 29 сбрасывается триггеруправленйя 27 прохождением тактовых импульсов, прекращая подачу тактовых импульсов через элементы И 25, И 22 на вход сложения реверсивного счетчика 29.

В системе имеется возможность выхода из режима слежения путем установления переключателя 19 режима работы в положе- . ние Развертка. Тогда триггер реверсирования развертки 21 взводится в единичное состояние, разрешая прохождение тактовых импульсов на вход сложения реверсив- ного счетчика 29. Увеличение кода в счетчике 29 обеспечивает рост напряжения с выхода ЦАП 31 и развертку всего диапазона, а.е.м., после чего система возвращается в исходное состояние.

При дрейфе входного сигнала (положение 2, фиг.2. эпюра 33) по амплитуде или во времени система адаптируется к.изменению входного сигнала. Например, при уменьшении амплитуды в зоне слежения за сигналом (точки C1-D1) и уменьшении напряжения развертки (фиг.2, эпюра 34) появится единичный сигнал на втором выходе компаратора 3 и содержимое счетчика приращений 15 уменьшится на единицу. При следующем измерении на втором выходе компаратора появится единичный сигнал , который разрешает перепись нового значения кода импульсом Конец преобразования в регистр 4 максимума и восполняет код допустимого числа приращений 4 в счетчике приращений 15. При появлении четвертого сигнала в регистр 4 запишется код глобального максимума, измеренный в точке С2, и далее процесс слежения будет производиться в зоне точек C2-D2.

Бели дрейф сигнала U(t) происходит при прямом направлении развертки, когда напряжение ЦАП 31 увеличивается; а содержимое счетчика приращений 15 уменьшилось на 2-3 единицы, то единим ным сигналом счетчик приращений обнуляется, импульсом Строб производится перепись нового кода в регистр 4 максимума и кода допустимого числа приращений в счетчик приращений 15 (точка 2, фиг.2. эпюра 33). Происходит реверсирование развертки и напряжение ЦАП 31 уменьшается, при этом .увеличивается входной сигнал интенсивности U(t) и на первом выходе компаратора 3 появляются единичные импульсы . После нескольких измерений, зависящих от величины дрейфа и смены знака производной в регистр 4 заносится новое значение глобального максимума в точке С2. Далее при появлении четвертого сигнала происходит реверсирование развёртки (точка D2) и слежение будет осуществляться в зоне точек D2 - С2.

Для поиска и слежения за глобальным минимумом интенсивности а.е.м. переключатель 20 поиска экстремума устанавливав ется в положение Мин.. На R-вход триггера 17 слежения при этом подключается общая шина и он переходит в нулевое состояние. ...

Отличие при слежении за глобальным минимумом .состоит р том, что единичный сигнал с инверсного выхода триггера слежения 17 разрешает работу элемента И 8, занесение информации производится в регистр.5 минимума, выходной код которого поступает на вторые входы мультиплексора 6. Управляющим сигналом для мультиплексора является уровень логического нуля с прямого выхода триггера слежения 17 за знаком приращений.

Кроме того, перепись кода числа допустимых приращений из задатчика 16 кода допустимого числа приращений в счетчик приращений 15 производится импульсом Конец преобразования, но через элементы И 8, ИЛИ 10 и второй вход элемента И ЛИНЕ 14 - при поиске глобального минимума,

а также импульсом Строб - при обнаружении глобального минимума. Уменьшение содержимого счетчика приращений 15 вводится также по входу вычитания, но при этом используется единичный сигнал , соторый поступает через элементы И 11, ИЛИ 13, поскольку единичный разрешающий сигнал подается с нулевого выхода триггера слежения 17 (фиг,2, эпюра 42).

Остальные процессы по нахождению глобального минимума (точки C-D, фиг.2, эпюра 33) и зоны слежения, расчету кодов для задатчика 16 кода числа допустимых приращений и задатчика 30 кода начала поиска экстремума (по формуле (2)) аналогичны режиму поиска глобального максимума.. .-...

При этом слежение за глобальным минимумом интенсивности а.е.м. дает возможность в режиме накопления измерять фоновый сигнал, а получая значение глобального максимума интенсивности, можно с высокой точностью определять величину отношения сигнал/шум, .; При воздействии импульсных помех, в VOM числе систематических, на фронте и спаде ФПК, а также в зоне автоколебательного Ьлежения, система обладает более устойчи- рой характеристикой регулирования по сравнению с известными аналогами. Это Обусловлено введением счетчика приращений 15, который фиксирует отрицательные приращения при появлении помехи - в случае поиска глобального максимума или положительные приращения - в случае поиска глобального минимума. После прохождения помехи и появления положительных приращений - для нахождения глобального максимума, или отрицательных приращений А В-для нахождения глобального минимума, в счетчике приращений 15 происходит восстановление кода допустимого числа приращений. Этим самым фиксируется новый уровень отсчета для .анализа следующего локального экстремума или обнаружения глобального максимума (минимума) ФПК.

Система экстремального регулирования реализована на микросхемах серий К 555, К 1108, КМП 817, К 544. В качестве объекта регулирования 32 используется се- рийный масс-спектрометр MX - 7304.

АЦП 2 реализован на микросхеме К1108 ПВ1 с инвертором на микросхеме (МС) К 555ЛЫ1. Компаратор 3 выполнен на трех МС К 555 СП1 с каскадным включением для обеспечения разрядности. Регистры 4 и 5 выполнены на трех МС К 555ТМ8 каждый. Мультиплексор выполнен на трех МС К 555КП11 с каскадным включением.

Элементы 7,8 реализованы на МС К 555ЛИ6, элементы е 11,12,22,23,25 - на МС К555ЛИ1, элементы 9,10,13-МСК555ЛЛ1, элемент 14 - на МС К555Л Е1. Счетчик приращений 15 реализован на МС К 555I/1E7.

Задатчики кодов 16 и 30 выполнены на кнопочных переключателях П2К, подключенных к питающему напряжению + 5В и общей шине для задания логических нулей и единиц. Триггеры 17, 21 И 27 реализованы на

МС К555ТМ2. Первый элемент задержки 18 выполнен на МС К555ЛН1, К555ЛИ1 с вре- мязадающей цепью R, С и временем задержки 0,2 мкс. Переключатели 19, 20 .выполнены на тумблерах МТ-1. Второй элемент задержки 24 реализован на МС К 555АГЗ с времязадающей цепью на R, С, VD элементах с инверсией входного тактового импульса. Время задержки -около 160 мкс на установление ЦАП 31 и переходных процессов в масс-спектрометре. Реверсивный счетчик выполнен на четырех МС К 555ИЕ7 с каскадным включением для обеспечения 14- разрядного кода. ЦАП 31 выполнен на МСКМЦ817ПА1 с выходным усилителем на

МСК544УД2.

Таким образом, технико-экономическая эффективность системы экстремального регулирования квадрупольного масс-спект- ромбтра заключается в повышенных быстродействии и устойчивости регулирования.

Изобретение относится к цифровой контрольно-измерительной технике и системам автоматического управления и может быть использовано при построении анализаторов экстремумов функций, систем экстремального регулирования и цифровой регистрации, например, для квадрупольных (монопольных) масс-спектрометров и ультразвуковых колебательных систем. Цель изобретения - повышение быстродействия и устойчивости. Цель достигается за счет введения задатчиков кода числа допустимых приращений и кода начала поиска экстремума, счетчика приращений, элемента ИЛИ, элемента ИЛИ-НЕ, элемента И, циф- роаналогового и аналого-цифрового преобразователей, .переключателей режима работы и поиска экстремума, триггеров управления прохождением тактовых импульсов и реверсирования развертки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

I .Формула изобретения

блока формирования приращений подключены к первым входам соответственно пер- вого и второго элементов И, а инверсный выход триггера слежения за знаком приращений подключен к второму входу первого элемента И, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и устойчивости, дополнительно введены задат- чик кода числа допустимых приращений,

задатчик кода начала поиска экстремума, счетчик приращений, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, пятый элемент И, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, кнопка Пуск, переключатель режима работы, переключатель поиска экстремума, триггер управления прохождением тактовых импульсов, триггер реверсирования развертки, исполнительный механизм выполнен в виде реверсивного счетчика, выход переполнения которого подключен к R-входу триггера управления прохождением тактовых импульсов, вход занесения - к S-входу триггера управления прохождением тактовых импульсов и к выходу кнопки Пуск, информационный вход- к выходу задатчика кода начала поиска экстремума, управляющие входы сложения и вычитания - к выходам соответственно третьего и четвертого элементов И, информационный выход- к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу квад- рупольногр масс-спектрометра, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы Конец преобразования и информационный которого подключены соответственно к первому и второму входам блока формирования приращений, а синхронизирующий вход- к выходу второго элемента задержки, вход которого подключен к первым входам соответственно третьего и четвертого элементов И и к выходу пятого элемента И, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и триггера управления прохождением тактовых импульсов, вторые входы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к прямому и инверсному выходам и D-входу триггера реверсирования развертки, счетный вход и S-вход которого подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя режима работы, управляющий вход которого является входом переключения режима работы системы, первый информационный вход подключен к общей шине, второй информационный вход-к входу первого элемента задержки, к выходу счетчика приращений, к счетному входу триггера слежения за знаком приращений и к выходной шине строб, а третий выход - к информационному входу переключателя поиска экстремума, управляющий вход которого является входом переключения поис ка

экстремума системы, а первый и второй выходы - соответственно к S- и R-входам триггера слежения за знаком приращений. D-вход которого подключен к его инверсно- 5 му выходу и к третьему входу блока формирования приращений, четвертый вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, пятый вход - к прямому выходу триггера слежения за знаком прира0 щений и второму входу второго элемента И, выход которого и выход первого элемента И подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к вычитающему входу счет5 чика приращений, информационный вход которого подключен к выходу задатчика кода числа допустимых приращений, а вход занесения подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого

0 подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока формирования приращений, пятый и шестой выходы которого являются соответственно выходами Код максимума и Код минимума систе5 мы, вход кнопки Пуск подключен к общей шине.

0 подключены к второму входу блока и к первому информационному входу компаратора, второй информационный вход которого подключен к выходу мультиплексора, первый и второй выходы являются соответст5 венно первым и вторым выходами блока и подключены соответственно к первым входам первого и второго элемента И, вторые входы которых подключены к первому входу блока, третьи входы - соответственно к пя0 тому и третьему входам блока, выходы - к первым сходам соответственно первого и второго элег- .ентов ИЛ И, вторые входы которых подключены к четвертому, входу блока, . а управляющий вход мультиплексора под5 ключен к третьему входу первого элемента И.