Дифференцирующее корректирующее устройство Советский патент 1981 года по МПК G05B5/01 

(54) ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для коррекции систем автоматического управления (САУ). Известно аналоговое дифференцирующее корректирующее устройство пос тоянного тока, содержащее резисторы конденсаторы и усилители постоянного тока СП. Недостатком известного устройства является трудность получения необходимого коэффициента передачи корректирующего устройства из-за нестабильности параметров усилителя постоянного тока. Кроме того, для применения известного корректирующего устройства в САУ переменного, тока необходимо вводить в САУ дополнительные устройства типа фазочувствительных выпрямителей для преобразования сигнала переменного тока. Из известных дифференцирующих корректирующих устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый ключ, первый вход которого соединен через первый ограничивающий элемент со входом устройства, второй вход - с первым выходом формирователя опорного напряжения, а выход через первый накапливающий элемент с шиной нулевого потенциала и выходом второго накапливающего элемен- та 2. Недостатком данного устройства является то, что оно работает только в цепях переменного тока, что ограничивает область его применения. Цель изобретения - расширение области применения устройства. Эта цель достигается тем, что в известное дифференцирующее корректирующее устройство введены второй ограничивающий элемент, второй ключ первый и второй развязывающие усилители и блок суммирования, первый вход которого подключен через первый развязьюающий усилитель к выходу первого ключа, второй вход - через второй развязывающий усилитель ко входу второго накапливающего элемента и выходу второго ключа, а выход к выходу устройства, первый вход второго ключа соединен через второй ограничивающий элемент со входом уст ройства, а второй вход - со вторым выходом формирователя опорного напряжения , выходы первого и второго на капливающих элементов соединены с шиной нулевого потенциала. На фиг. 1 приведена функциональная схема дифференцирующего корректирующего устройства; на фиг. 2 эпюры напряжений, поясняющие его работу. Устройство содержит первый ограничивающий элемент (резистор J, пер вый ключ 2, первый и второй накапливающие элементы (конденсаторы) 3 и 4 вход 5 устройства, формирователь 6 опорного напряжения, второй ограничивающий элемент (резистор) 7, второй ключ 8, первый и второй развязывающие усилители 9 и 10, блок 11 сум мирования и выход 12 устройства. При этом входное напряжение устройства Ug)( , напряжение заряда первого и вт рого конденсаторов 3 и 4 U и U, вы ходное напряжение блока I1 суш ирова ьшя (выходное напряжение устройст- Дифференцирующее корректирующее устройство работает следующим образом. При входных сигналах постоянного тока со входа 5 устройства через пер вый и второй резисторы 1 и 7 постоян ное напряжение (фиг. 2) поступает на первые входы первого и второго ключей 2 и 8, которые периодически замыкаются на короткое время Т один раз за период Т (У , причем второй ключ 8 замыкается через 0,5 Т после первого ключа 2. При условии, что , где R - сопротивление пер вого или второго резистора 1 или 7, С - емкость первого или второго конденсатора 3 или 4, первый конд.енсатор 3 в момент времени t зарядится до напряжения U ,, равного напряжению и g на входе 5 устройства, в момент замыкания первого ключа 2, а второй конденсатор 4 - до напряжения U. ,. (фиг. 2), равного напряжению (Jgy на входе 5 устройства в момент замыкания второго ключа 8 (t: 40,5 Т)Когда первый и второй ключи 2 и 8 разомкнуты, напряжение на первом и втором конденсаторах 3 и 4 остается постоянным, так как подключенные к этим конденсаторам первый и второй развязывающие усилители 9 и 10 имеют высокое входное сопротивление. Один из развязывающих усилителей, например второй 10, инвертирует знак напряжения на втором конденсаторе 4. Напряжения с выходов первого и второго развязьшающих усилителей 9 и 10 подаются на блок I1 суммирования. Напряжение на выходе блока II суммирования ,, 2)пропорционально разности напряжений на первом и втором конденсаторах 3 к 4. Если коэффициенты передачи nepisoro и второго развязывающих усилителей 9 и 10 блока 11 суммирования равны единице, то напряжение на выходе блока 11 суммирования при t.+0,5 Т. . равно Usbix; , а при t tst. ,5 ТрНапряжение на выходе блока I1 суммирования равно , npH,t.,0,5 TO г ( (} И Т.Д ... КИМ Образом, напряжение на выходе блока 1 1 суммирования U,- имеет вид ступенчато изменяющегося прямоугольного напряжения. Частота этого напряжения равна 1/Тд, а его двойная амплитуда д и gpiy ; равна приращению входного напряжения за время TO ,)(u) Если частота изменения входного сигнала f IV « I 6Х т приращение входного напряжения .4и. за Т с достаточной для инженерной практики степенью точности пропорционально производной входного сигнала по.времени. Таким образом, предлагаемое устройство осуществляет операцию дифференцирования входного сигнала. Например, при линейно изменяющемся входном сигнале Ug,y (фиг. 2) напряжения на первом и втором конденсаторах 3 и 4 равны соотстветственно: , Ul, 0,5kTjj; ,5kTo и т.д. Напряжение на выходе блока 11 суммнрования Ug,(,|)( будет последовательно, принимать следующие значения: 0; -0,5 кТ; 0,5 кТ и т.д. Двойная амплитуда этого напряжения, равная кТд, пропорциональна производной входного напряжения 5i к. Если коэффициенты передачи первого и второго развязывающих усилителей 9 и 10 выполнять неодинаковыми.

то на выходе 12 устройства, кроме напряжения, пропорционального производной от входного сигнала и. , появится напряжение, Пропорциональное входному сигналу J . Доля этого напряжения в выходном напряжении уст ройства Ugj), будет зависеть от соотношения коэффициентов передачи первого и второго развязывающих усилителей 9 и 10, Если увеличить сопротивление второго резистора 7 так, чтобы выполнялось условие , то устройство будет обладать свойствами дифференциатора с инерционными звеном, постоянную времени которого Т можно определить по формуле Т„ (T(j/1r)RC.

При входных сигналах переменного тока с несущей частотой устройство работает следующим образом.

Формирователь 6 опорных напряжени вырабатывающий две последовательности импульсов, управляющих первьм ,и вторым ключами 2 и 8, с частотой f., синхронизован с несущей частотой входного сигнала fg таким образом, чтобы первый и второй ключи 2 и 8 открьшались п.оочередно в те моменты времени, когда входное напряжение и достигает амплитудного (положительного или отрицательногоJ значакия, первый и второй конденсаторы 3 и 4 заряжаются до напряжений, равных соответственно положительной и отрицательной амплитудам и входного напряжения Ug.. , первый и второй развязывающие усилители 9 и 10 в это случае либо оба инвертирующие, либо оба неинвертирующие. Тогда в блоке 11 суммирования выделяется напряжение пропорциональное разности положитель- ной и отрицательной амплитуды входног го напряжения Uay, т.е. приращению амплитуды входного напряжения за половину периода.

Таким образом, устройство обеспечивает дифференцирование огибающей входного переменного напряжения. В остальном работа устройства при входном сигнале переменного тока не отличается от его работы при входном сигнале постоянного тока.

Технико-экономический от использования изобретения заключается в расщирении области его применения за счет уменьшения уровня помех на выходе устройства и, следовательно, улучшения отношения полезный сигнал/шум на его выходе. Устройство при всех режимах работы и при любых параметрах имеет выходной сигнал в ,виде прямоугольного напряжения, имею|щего максимальную величину первой гармоники и небольшой уровень высших гармоник.

Формула изобретения

Дифференцирующее корректирующее устройство, содержащее первьо1 ключ, первый вход которого соединен через первый ограничивающий элемент со входом устройства, второй вход - с первым выходом формирователя опорного напряжения, а выход через первый накапливающий элемент с шиной нулевого, потенциала и выходом второго накапливающего элемента, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства, оно содержит второй ограничивающий элемент, второй ключ, первый и второй развязывающие усилители и блок суммирования , первый вход которого подключен через первый развязывающий усилитель к выходу первого ключа, второй вход - через второй развязывающий усилитель ко входу второго накапливающего элемента и выходу второго ключа, а выход - к выходу устройства/ первый вход второго ключа соединен через второй ограничивающий элемент со входом устройства, а второй входсо вторым выходом формирователя опорного напряжения, выходы первого и второго накапливающих элементов соединены с шиной нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 473985, кл. G 05 В 5/01, 27.08.73.

2.Гостев В.И. Корректирующие четырехполюсники с прерывателями, Киев Техника, 1965, с. П. рис. 4 (прототип) .