ЦИФРОВОЙ НУЛЬ-ОРГАН Советский патент 1969 года по МПК G06F7/06 

Предлагаемое устройство относится к области приборостроения и вычислительной техники и может быть использовано в цифровых приборах и цифровых схемах автоматического управления, в которые информация поступает в частотно-импульсном коде.

Известен цифровой нуль-орган для сравнения сигналов, заданных в частотно-импульсном коде, который позволяет с высокой точностью определять момент совпадения сравниваемых сигналов, один из которых задан, а другой изменяется линейно.

Однако известное устройство имеет ограниченное применение - используется для линейно изменяющихся сигналов.

Применять это устройство для нелинейно изменяющегося переменного сигнала нельзя, так как число, вносимое в счетчик и зависящее от угла наклона касательной к кривой изменения сигнала, будет непрерывно меняться.

Предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон его использования и с высокой точностью определять момент совпадения частот сравниваемых сигналов, один из которых задан, а другой изменяется по известному нелинейному закону.

В отличие от известного устройства, в предлагаемом выходе счетчика импульсов подключены к дешифратору, выходы которого.

соответстЁующие величинам, зависящим от участков, полученных при аппроксимации кривой сигнала прямыми отрезками, подключены к собирательной схеме «ИЛИ через импульсно-потенциальные вентили, управляемые входы которых подключены к выходам свободной платы коммутатора старшей декады цифрового задатчика частоты. Коммутация свободной платы выполнена в соответствии с выбранными участками аппроксимированной кривой.

На фиг. 1 изображен график изменения переменного сигнала во времени и аппроксимация кривой прямыми участками; на

фиг. 2 - коммутация свободной платы коммутирующего переключателя, выполненная в соответствии с аппроксимированной кривой переменного сигнала; на фиг. 3 - блок-схема цифрового нуль-органа.

Величина, соответствующая моменту совпадения сравниваемых

частот и вносимая в счетчик, равна:

fYi

(1)

25

где /и - число, вносимое в счетчик, f - кварцованная частота, поступающая в счетчик, тангенс угла наклона характеристики пеДля линейно изменяющегося переменного сигнала все величины в выражении (1) постоянны и поэтому число т не меняется.

Для нелинейно изменяющегося сигнала вечину К можно нредставить как тангенс угла наклона касательной к данной точке кривой, нначе величину К можно нредставить как нроизводную сигнала по времени, т. е.

К. м

Эта величина будет во времени ненрерывно меняться, а вместе с ней меняется и число т, вносимое в счетчик.

Для упрощения перехода с одного числа т на другое производится предварительная аппроксимация кривой сигнала на ряд характерных участков с близкими значениями производных сигнала (на фиг. 1 нредставлена кривая изменения неременного сигнала, характерная для управления выходной скоростью цепных вариаторов, используемых в качестве регулирующего органа при автоматизации производительности дозировочных агрегатов для сыпучих и жидких материалов).

Обычно в качестве исполнительного механизма узла управления вариатором типа ВЦ используются двигатели постоянной скорости. Зависимость же между выходной скоростью вариатора и положением механизма управления - нелинейная. Поэтому между выходной скоростью F и временем работы исполнительного механизма t имеется также нелинейная зависимость (см. фиг. 1). Кривая F f(t разбивается на четыре характерных участка и может быть аппроксимирована ломаной ABCDE. Каждый из отрезков имеет тангенс угла наклона /С/ , близкий к производной сигнала на соответствующем отрезке кривой

--. Так на отрезке CD производная сигDH 7н

dF,

со

будет примерно равна tga

dt

Количество аппроксимирующих отрезков будет зависеть от формы кривой сигнала.

После апнроксимации кривой можно утверждать, что с достаточной степенью точности кривую переменного сигнала можно разбить на характерные участки, на которых присходит ступенчатое изменение величины KI и связанного с ней числа /п/ . Кривая может быть разбита на четыре участка. При переходе с одного участка на другой ступенчато будет меняться и заданное число т, определяющее требуемую емкость счетчика на /-М участке.

Эти положения .легли в основу конструирования предлагаемого устройства.

Сущность работы устройства заключается в следующем.

Выбор числа т/ производится в зависимости от величины задания1 которая определяет область, где производится сравнение его

с переменной. Поэтому, зная задание, можно определять и участок аппроксимации, в который входит задание. Для каждого участка по известной формуле и известному закону изменения неременного сигнала заранее определяются числа mj . Следовательно, если от задатчика кроме точного значения заданного сигнала получать также сигнал, определяющий, в каком участке аппроксимации находится заданный сигнал, то этим сигналом можно производить выбор заранее подсчитанного числа от/.

Предлагаемое устройство (см. фиг. 3) содержит блок 1 подавления совпадающих импульсов, блок 2 вычитания частот, управляемый счетчик импульсов 3, в котором подсчитываются импульсы калиброванной частоты во временном промежутке между импульсами разностной частоты сравниваемых сигналов.

В предлагаемом устройстве применяется дополнительно цифровой задатчик частот 4, дешифратор 5, импульсно-нотенциальные вентили 6-9 и выходная схема «ИЛИ 10. Коммутирующий переключатель старщей декады

имеет дополнительную свободную плату //, коммутация которой осуществляется в зависимости от аппроксимированных участков на кривой переменного сигнала. На фиг. 2 показана коммутация свободной платы, выполненная в соответствии с аппроксимированной кривой, изображенной на фиг. 1. На общую ламель Л подается опорный потенциал. Выходные ламели объединены в соответствии с участками аппроксимации кривой. Со свободной платы 11 отбираются четыре выхода, соответствующие четырем участкам аппроксимации кривой переменного сигнала. На вход блока / подаются сравниваемые сигналы /з и fn . Выходы с блока / поступают на блок 2,

выход с которого подается на сбросовый вход счетчика импульсов. Выходы счетчика импульсов подключаются к дешифратору 5, который настраивается на заданные числа mi-т, подсчитываемые на формуле (1). Выходы с

дешифратора 5, соответствующие числам , подключаются к импульсно-потенциальным вентилям 6-9, к управляющим входам которых подключены выходы свободной платы /). Выходы с вентилей собираются

иа схеме «ИЛИ 10, выход которой является выходом устройства.

Работает устройство следующим образом. Входные сигналы в виде постоянной заданной частоты /3 и переменная частота /„ поступают на входы блока 1, в котором подавляются совпадающие во времени импульсы, Импульсы разностной частоты с выхода блока 2 поступают на сбросовый вход счет чика импульсов 3, на счетный вход которого

поступают импульсы калиброванной частоты fx , которые поступают от цифрового задатчика частот 4. В счетчике подсчитывается сумма импульсов, поступивших между импульсами разностной частоты сравниваемых

шифратору 5, который настроен на числа mi-т. При заполнении счетчика до величины mj на соответствующем выходе дешифратора появляется сигнал. Число выходов с дешифратора соответствует числу аппроксимируюш,их участков. Установка нового значения заданной частоты fg осуш,ествляется с помощью переключения коммутирующих переключателей. Положение коммутатора старшего разряда грубо характеризует заданную частоту (с точностью до 10%). В большинстве же случаев кривая переменного сигнала может быть разбита на 3-5 участков, с достаточной точностью аппроксимирующих кривую. Потенциал на одном из выходов свободной платы показывает участок аппроксимации, на котором производится сравнение входных сигналов. Сигналы с выхода коммутатора поступают на соответствующие вентили 6-9. В рабочем положении один из вентилей соответствующей величины т открыт и в момент, когда в счетчике между

двумя импульсами разностной частоты накапливается число m-i , импульс проходит через соответствующий открытый вентиль и схему «ИЛИ 10 на выход устройства. Этот момент будет соответствовать моменту совпадения частот сравниваемых сигналов.

Предмет изобретения

Цифровой нуль-орган, содержащий блок подавления совпадающих импульсов, блок вычитания частот, соединенный со счетчиком импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, содержит подключенный к счетчику импульсов дешифратор аппроксимации, выходы которого связаны со схемой «ИЛР1 через вентили, управляемые входы последних соединены с выходами платы коммутатора старшей декады цифрового задатчика частоты, причем коммутация платы выполнена в соответствии с участками аппроксимированной кривой.

Ю 20 30 VO 50 60 7 во 90 ЮО i Фиг I

Фиг 2