Вычислительное устройство Советский патент 1993 года по МПК G06G7/12 G06G7/18 

сл

с

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых системах регулирования/Цель изобретения - повышение точности и расширения частотного диапазона. Сущность изобретения: устройство содержит интегросумматор Т. , нуль-орган 2, фазочувствительные выпрямители 3, 4, 5, 14, выпрямительные элементы 11, 13, триггер 12, сумматор 15. 2 ил.

со со

О) 00

о

00

Фиг.1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, может быть использовано в аналоговых системах регули рования.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение точности и расширение частотного диапазона дифференцирования.

На фиг.1 представлена схема вычислительного устройства; на фиг.2 - диаграмма его работы.

Вычислительное устройство (фиг.1) состоит из интегросумматора 1, на вход которого подается сигнал ХВх., а выход которого соединен с нуль-органом 2, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго фазочувствительных выпрямителей 3, 4, и ко входу триггера 12. Выход второго фазочувствительного выпрямителя 4 является первым выходом устройства (выход А), а вторые входы (вход Y и вход Z) являются информационными входами соответственно первого и второго фазочувствительных выпрямителей 3, А, а выход первого фазочувствительного выпрямителя 3 соединен с суммирующим входом интегратора 1 и со вторым входом нуль-органа 2. На информационные входы фазочувствительных выпрямителей 3, 4 подаются сигналы Y и Z (в простом случае это может быть постоянное опорное напряжение), а на выходе второго фазочувствительного выпрямителя 4 появляется сигнал, пропорциональный функциональному преобразованию над входными сигналам ХВх., Y, Z.

Фазочувствительные выпрямители могут быть реализованы на резисторах 6, 7, 8, ключа 9 и операционном усилителе 10. Причем, вход информационного сигнала через резисторы 6, 7 соединен с инверсным и неинверсным входами операционного усилителя 10, в обратной связи которого включен резистор 8. Выход нуль-органа 2 соединен с управляющим входом ключа 9, фазочувствительных выпрямителей 3 и 4, соединяющий неинверсный вход операционного усилителя 10 с общей точкой устройства.

Выход второго фазочувствительного выпрямителя 4 через первый выпрямительный элемент 11 соединен с информационным входом третьего фазочувствтиельного выпрямителя 5, а выход нуль-органа 2 через счетный триггер 12 соединен с управляющим входом третьего фазочувствительного выпрямителя 5.

В вычислительное устройство введены второй выпрямительный элемент 13, четвертый фазочувствительный выпрямитель 14 и сумматор 15. причем, выход второго фазочувствительного выпрямителя 4 череэ

выпрямительный элемент 13 соединен с информационным входом четвертого фазочувствительного выпрямителя 14, а выход триггера соединен с управляющим входом

четвертого фазочувствительного выпрямителя 14, выход которого соединен с первым входом сумматора 15. второй вход которого соединен с выходом третьего фазочувствительного выпрямителя 5, а выход сумматора

15 образует второй выход устройства.

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал Хвх подается на первый вход интегратора 1, на второй вход которого подается напряжение с выхода

первого фазочувствительного выпрямителя 3, пропорциональное напряжению Y, полярность которого определяется состоянием ключа 9. Таким образом, на вход интегратора подается сигнал (Хвх± Y), под

действием которого на выходе интегратора 1 появляется растущее напряжение, которое сравнивается с напряжением Y на входе нуль-органа 2. При равенстве напряжений на выходе интегратора 1 и первого фазочувствительного выпрямителя 3, нуль-орган 2 переходит в противоположное состояние, что изменяет полярность сигнала Y. Так как величина I Y I. Г Хвх ,. то напряжение на выходе интегратора 1 начинает уменьшаться и этот процесс идет до тех пор, пока не срабатывает нуль-орган 2. Следовательно, на выходе нуль-органа 2 появляются прямоугольные импульсы (фиг.2б), длительность т которых пропорциональна входному сигналу Хвх и обратно пропорциональна величине Y.T.e. временные параметры прямоугольного импульса т связаны с сигналами X и Y следующим соотношением:

40

г К

X

где К- коэффициент пропорциональности. Так как амплитуда прямоугольных импуль- сов изменяется пропорциональносигналу Z, то сигнал на выходе фазочувствительного выпрямителя и определяется соотношением:

50

A K(Ј)Z

Выход фазочувствительного выпрямителя 4 соединен через выпрямительные элементы 11, 13 соответственно с информационными входами третьего и четвертого фазочувствительных выпрямителей 5, 14. Благодаря выпрямительному элементу 11 на вхол третьего фазочувствительного выпрямителя 5 подаются импульсы положительной полярности (фиг,2в).

а благодаря выпрямительному элементу 13 на вход четвертого фазочувствительного выпрямителя 14 подаются импульсы отрицательной полярности (фиг.2г). В то же время на информационные входы третьего и чет- вертого фазочувствительных выпрямителей 5,. 14 поступает сигнал с выхода счетного триггера 12. Так как вход счетного триггера 12 соединен с выходом нуль-органа 2, то на выходе триггера 12 получаем последова- тельность импульсов, частота которых в два раза меньше частоты на выходе нуль-органа 2 (фиг.2д). Фазочувствительные выпрямители 5, 14 в зависимости от состояния ключа 9 могут либо повторять входной сигнал, либо его инвертировать. При единичном уровне триггера 12 ключ 9 закрыт и усилитель 10 инвертирует входной сигнал, а при нулевом уровне ключ 9 разорван и усилитель 10 повторяет входной сигнал. Тогда диаграмма импульсов на выходе третьего фазочувствительного выпрямителя 5 имеет вид (фиг.2е), а на выходе четвертого фазочувствительного выпрямителя 14 имеет вид (фиг.2и). При- чем, по фиг.2е нечетные импульсы имеют отрицательную полярность, а четные - положительную, а по фиг.2и нечетные импульсы имеют положительную полярность, а четные - отрицательную. Так как сигнал хбх растет (фиг.2а), то длител ьность каждого последующего импульса на выходе фазочувствительного выпрямителя 5 будет больше предыдущего (фиг.2е), а длительность каждого последующего импульса на выходе фа- зочувствительного выпрямителя 14 будет меньше предыдущего. Таким образом, если просуммировать последовательность импульсов на выходе фазочувствительного выпрямителя 5, то получим положительное напряжение, пропорциональное росту входного сигнала. Положительное напряжение, пропорциональное росту входного сигнала, появится и .на выходе фазочувствительного выпрямителя 14. Выходные сигналы сумми- руясь в сумматоре 15, определяют скорость изменения входного сигнала Хвх. Так как выходное напряжение сумматора 15 определяется при положительных и отрицательных импульсах нуль-орган а 2, то это увеличивает точность определения производной за счет увеличения количества операций суммирования на заданном интервале времени и за счет уменьшения времени запаздывания.

Кроме того, напряжение, пропорцио- нальное производной, часто должно определяться в виде постоянного уровня, для чего выходные сигналы фазочувствительных выпрямителей следует пропускать через фильтры, которые уменьшают эффект дифференцирования. В предлагаемом устройстве постоянные-времени фильтров могут быть уменьшены, так как импульсы следуют с удвоенной частотой.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность дифференцирования и расширить диапазон частот, при котором выполняется дифференцирование.

Описание работы устройства показывает, что оно достаточно простое и обладает широкими возможностями. Применение таких устройств в следящих системах сокращает номенклатуру функциональных преобразователей и позволяет в системах регулирования за счет введения сигналов, пропорциональных производным, получить более высокие качественные показатели (большое быстродействие, меньшую величину перерегулирования).

Формула изобретения Вычислительное устройство, содержащее последовательно соединенные интег- росумматор и нуль-орган, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго фазочувствительных выпрямителей, первый вход интегросумматора соединен с первым входом устройства, выход второго фазочувствительного выпрямителя является первым выходом устройства, второй и третий входы устройства подключены к информационным входам соответственно первогр и второго фазочувствительных выпрямителей, выход первого из которых соединен с вторым входом интегросумматора и с входом нуль-органа, о тличающееся тем, что в него введены два выпрямительных элемента, два фазочувствительных выпрямителя, триггер и сумматор, выход второго фазочувствительного выпрямителя через первый и второй выпрямительные элементы соединен с информационными входами соответственно третьего и четвертого фазочувствительных выпрямителей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, а выход нуль-органа через триггер подключен к управляющим входам третьего и четвертого фазочувствительных выпрямителей.

га

2b

2в

2д

2U

Е,

И.

t