Управляемое фазосдвигающее устройство Советский патент 1982 года по МПК G01R25/04 

(5) УПРАВЛЯЕМОЕ ФАЗОСЯВИГАКЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к измеритель ной технике, в частности к ycTpovlcTвам с переменным управляемым сдвигом фазы сигнала, используемым в следящих системах измерителей угла компенсационного типа, например в системах фазовой автоподстройки частоты, фазометрических радиопеленгаторах и др. Известно управляемое фазосдвигающее устройство, создающее сдвиг фазы сигнала от 0° до ЗбО° (П. Однако 8 этом устройстве отсутствует возможность управления сдвигом фазы с помощью напряжения, вырабатываемого нуль-органом следящей системы измерителя. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство, содержащее два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП), ко входам которых подведен входной аналоговый сигнал - к одному непосредственно, а к другому через фазовращатель на -, и выходной сумматор. Цифровые входы этих преобразователей подключены к постоянному запоминающему устройству (ПЗУ), которое заранее запрограммировано дискретными значениями тригонометрических функций фазовых углов. Каждому требуемому фазовому сдвигу соответствуют определенные числа, извлекаемые из памяти, на которые в двух упомянутых ЦАП умножаются квадратурные составляющие входного сигнала. Сложение этих произведений в выходном сумматоре дает сигнал с требуемым фазовым сдвигом по отношению ко входному 2. В известном устройстве для достижения высокой точности фазового сдвига требуется использование значительного объема ПЗУ и многоразрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), для обращения к ячейкам памяти в процессе управления сдвигом фазы. Следствием этого является HeflocTaTOMмая надежность устройства. Цель изобретения - повышение на дежности устройства при сохранении точности фазового сдвига. Поставленная цель достигается тем, что в управляемое фазосдвигающее устройство, содержащее фазовращатель первый и второй цифро-аналоговые преобразователи и выходной сумматор,введены вычитающий регистр, соединенные последовательно преобразователь напряжение - частота, блок управления реверсом, реверсивный счетчик и дещиф ратор, при этом выход реверсивного счетчика совйинен с цифровым еходом первого цифроаналогового преобразователя, с входом дешифратора и через вычитающий регистр - с цифровым входом второго цифроамапогового преобразователя, выход дешифратора соединен с вторым входом блока управления реверсом, а к входу преобразователя нап ряжение-частота подключен внешней источник упраеляйщего напряжения. Реверсивный счетчик и подключенный к нему вычитанщий регистр формируют числа, линейно изменяющиеся во времени со скоростью, пропорциональной управляющему напряжению. В отличие от известного для всех значений требуемых фазовых сдвигов в устройстве используются одни и те же разряды рюверсивного счетчика и вычитающего регистра , при этом при той же точности требуется существенно меньшее число двоичных элементов. Этим достигается повышение надежности устройства. На фиг, 1 приведена блоктсхема управляемого фазосдвигающего устройства; на фиг. 2 -зависимости чисел, характеризущих состояния реверсивного счетчика и вь«читающего регистра, от аргумента. Управляемое фазосдвигающее устрой ство содержит два цифроаналоговых преобразователя 1 и 2, соединенные с входом устройства: один непосредственно, а другой через фазовращатель 3 сумматор 4, два входа которого соединены с выходами цифроаналоговых Преобразователей 1 и 2, преобразователь 5 напряжение-частота, вход которого соединен с внешним источником, а выход соединен последовательно с блоком 6 управления реверсом, реверсивным счетчиком 7 и дешифратором 8. Выход реверсивного счетчика 7 соединен с ,цифровым входом первого цифроаналогового преобразователя 1 и через, вычитающий регистр 9 с цифровым входом второго цифроаналогового преобразователя 2. Выход дешифратора 8 замкнут цепью обратной связи на второй вход блока 6 управления реверсом. Устройство работает следующим образом. Аналоговое управляющее напряжение Uyqp , поступающее на вход преобразователя 5 напряжение-частота от внешнего источника, преобразуется в последовательность импульсов с частотой повторения, пропорциональной величине управляющего напряжения и имеющих полярность в соответствии с полярностью этого напряжения. При нулевом значении управляющего напряжения импульсы на выходе преобразователя 5 отсутствуют. Указанная последовательность импульсов подается на вход блока 6 управления реверсом. При положительной полярности импульсов эта схема переключает реверсивный счетчик 7 на одно из двух направлений счета, например, суммирование, а при отрицательной полярности - на вычитание. Кроме того, блок 6 управления реверсом независимо от полярности входных импульсов изменяет направление счета реверсивного счетчика 7 на обратное при поступлении команды из дешифратора 8. Если реверсивный счетчик в данный момент осуществляет вычитание поступающих импульсов из числа, характеризующего его состояния, то переключение на суммирование производится либо при изменении полярности управляющего напряжения, либо при поступлении команды по цепи обратной связи из дешифратора 8 на второй вход блока 6 управления реверсом. Этой командой, например, может служить логическая единица, формируемая на выходе дешифратора 8 при достижении реверсивным счетчиком 7 числа соответствующего границе квадранта фазового угла. Преобразователь 5, реверсивный счетчик 7 и дешифратор 8 могут быть внутри логически построены иначе. Главным условием является выполнение реверса при изменении полярности управляющего напряжения и при достижении границы квадранта фазово.го угла. Число, характеризующее состояние реверсивного счетчика 7, изменяется по модулю в пределах от О до Mmdxn может быть положительным или отрицательным, например, в зависимости от состояния знакового разряда реверсив ного счетчика. Знак числа изменяется при переходе его модуля через 0. Таким образом, указанное число является линейной аппроксимацией синуса фазового угла х, 0# х , (JT-x), , (x-2l), i2JT, (1) где X - вспомогательный аргумент. Зависимость N ) графически показана на фиг. 2а, где (s максимальное число реверсивного счетчика .8, соответствующее границе квадранта х« При постоянном управляющем напряжении (Уу.пр const) число ) будет изменяться по линейному периодическому закону со скоростью, nfJbnopциональной абсолютному значению Uynp,. Если изменить полярность . на противоположную, то закон изменения NSC.X) становится зеркальньгм по отношению к исходному (штрих-пунктирная линия на фиг. 2а и 26). Вычитающий регистр 9, подключенный к выходу реверсивного счетчика 7, производит вычитание по модулю числа М§(х) реверсивного счетчика из числа (}. Число разрядов регист ра 9 равно числу разрядов реверсивного счетчика 7 включая знаковый разряд. Знак числа , характеризующего состояние регистра 9 устанавливается в соответствии с линейной аппроксимацией косинуса фазового угла. (2 ) О , (), J(x 21. (2) Графически эта зависимость показана на фиг. 26. Таким образом, модули чисел Nc/v) и связаны зависимостью IN ccx)j lNs(x)l г О) а знаки равны знакам sin х и cos х в соответствующих квадрантах х. Любое изменение направления счета или скорости счета импульсов в реверсивном счетчике 7 вызывает одновременно соответствующее изменение в регистре 9. Следовательно можно сказать. 9 6 то аргумент х имеет физический смысл угла поворота вала электромеханического эквивалента фазовращатея. Несмотря на то, что числа N5(4) и NC.(X} существенно отличаются от sin X и cos X к погрешности фазового сдвига в следящей системе измерителя это не приводит. Если не достигнут требуемый фазовый сдвиг, управляющее напряжение, вырабатываемое нуль-органом (например фазовым дискриминатором радиопеленгатора), не равно О, и числа N gu) ctx) изменяются по указанному закону (фиг. 2а и 26) до тех пор, пока их отношение не будет равным отношению точных значений тригонометрических функций sin ,. .- . „ где Ч - требуемый фазовый cos Ч сдвиг. Доказать сказанное можно следующим образом. Пусть на вход устройства поступает аналоговое напряжение sinwjt, фазу которого требуется сдвинуть на величину 1 . В цифроаналоговом преобразователе 1 (фиг. 1) это напряжение умножается на число N s(x) огибающая сигнала повторяет закон, заданный выражением (1). Аналогично в ЦАП 2 cosLOt умножается на NC(X) (2)t Огибающие этих сигналов сдвинуты по фазе как и числа и Нс(х из угол . Полученные на выходах ЦЛП 1 и 2 произведения складываются, в сумматоре . Очевидно, Что измеритель, в котором используется предлагаемое устройство, оказывается в равновесии при выполнении следующего равенства ( 0) ) -coswt+Ngfj xsi (ujt+). Следовательно, в счетчике и регис-, тре 9 установятся значения чисел (Ккоэффициент пропорциональности) N SIX) 1 N t(,x) k COSV и их отношение будет равно точному значению - tg W . NSUJ. . : - tqV (5) NCCX) s4 5} ,„ N SW/,4 - arctg .(6) В предлагаемом устройстве число разрядов реверсивного счетчика 7 и регистра 9 вместе существенно меньше. 7,90 Чем число двоичных элементов в ПЗУ известного при той же точности фазового сдвига. Благодаря аппроксимации sin х и cos X треугольными функциями и NCCX)I отношение которых в положении равновесия точно равно тангенсу, вносимого фазового сдвигав , числа, характеризующие состояние реверсивного счетчика 7 и регистра 9 могут быть использованы для цифровой индикации фазового угла, например, курсового угла в радиопеленгаторе. Преобразование этих двух чисел в аналоговую форму позволяет применить для индикации существующие стрелочные курсоуказатепи. ; Формула изобретения Управляемое фазосдвигающее устройство, содержащее первый и второй цифроаналоговые преобразователи, фазовращатель и выходной сумматор, о т личающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введены вычитающий регистр и последовательно соединенные преобразователь напряжение - частота,блок управления реверсом, реверсивный счетчик и дешифратор, при этом выход реверсивного счетчика соединен с цифровым входом первого цифроаналогового преобразователя, с входом дешифратора и через вычитающий регистр - с цифровым входом второго цифроаналогового преобразователя, выход дешифратора соединен с вторым входом блока управления реверсом, а к входу преобразователя напряжение - частота подключен внешний-источник управляющего напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Vf kG8236, кл.. 6 01 R ,25/Oi, 1969. 2.Патент Великобритании tP 1527603, кл. Н 2 F 11, 1970.