Нелинейный интегратор Советский патент 1982 года по МПК G06G7/18 

(54) НЕЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕГРАТОР

Изобретение относится к автрмати ке и вычислительной технике и может быть использовано в качестве коррек тирующего устройства, например, . для повышения порядка астатизма и улучшения качества переходных процессов систем автоматического управ ления, работающих в условиях помех. Известен интегрирующий преобразователь постоянного, напряжения, со держащий линейный интегратор, два к.гаоча, формирователь импульсов, масштабный резистор и блок постоянного запаздывания, который введен в устройство с целью повышения коэф фициента подавления првобраз вателя при -изменении.частоты помехи ij. Однако данное устройство предназначено для интегрирования только постоянного напряжения и не. интегрирует сигналы переменного йапряжения. Кроме того, нёдостат6.чным коэффициентом подавления помех устрой ство обладает лишь в ограниченном диапазоне изменения частоты помехи/ а выходной сигнал устройства имеет Отрицательный фазовый сдвиг по отношению к входному сигналу. Известно также нелинейное интег. рирующее устройство, содержащее два линейных интегратора, образующих две цепи интегрирования, первая из которых служит для интегрирования положительных сигналов, вторая для отрицательных, усилительный элемент и суммирующий усилитель 2. Существенными недостатками указанного устройства являются отсутствие помехозащищенности и отрицательный фазовый сдвиг между синусоидальным входным сигналом и первой гармоникой выходного сигнала.. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является нелинейный интегратор, который содержит линейный интегратор, переключающее устройство и устройство для сравнения знаков Ез. .Существенным недостатком данного интегратора является отсутствие помехозащищенности, так как наличие помехи во входном гармоническом сигнале приводит к ложным срабатываниям устройства для сравнения знаков, что вызывает ложные срабатывания переключающего устройства, частота которых определяется частотой помехи. Кроме того, фазовый сдвиг между входным сигналом и первой гармонико выходного сигнала нелинейного интег ратора равен что не позволяет использовать устройство в тех систе мах автома.тического управления, где необходим положительный фазовый сдвиг, Цель изобретения - повышение пом хозащищенности и точности регулирования. , Указанная цель достигается тем, что в нелинейный интегратор, содержащий линейный интегратор, вход которого является входом нелинейного интегратора, и блок переключения, выход которого является выходом нелинейного интегратора, введены формирователь импульсов, два элемента И, два разделительных диода., четыре токозадающих резистора, два зарядно-разрядных. конденсатора, два элемента НЕ, SR-триггер, генера тор высокочастотных периодических колебаний, суммирующий элемент и блок выделения модуля вход которог подключен к выходу линейного интегратора, а выход соединен с сигнальным входом блока переключения, управляющий вход которого связан с выходом SR-триггера, входы суммирую щего элемента соединены соответственно со входом нелинейного интегра тора и выходом генератора высокочас тотных периодических колебаний, выход суммирующего элемента подключен ко входу формирователя импульсов, прямой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами соответ ственно первого и второго элементов И, выход каждого из которых через последовательно соединенные раздели тельный диод и два токозадающих резистора подключен к соответствующем элементу НЕ, выход первого элемента НЕ соединен со вторым входом второго элемента И и S-входом SR-тригге ра, а выход второго элемента НЕ подключен ко второму входу первого элемента И и R-входу SP.-триггера, общий вывод калсдой пары токозадающих резисторов через соответствующи зарядно-разрядный конденсатор соеди нен с шиной нулевого потенциала. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого интегратора; на фиг, 2 временные диаграммы при гармоническом входном сигнале; на фиг. 3 то же, при наличии высокочастотной помехи на гармоническом входном сигнале временные диаграммы при ра боте генератора высокочастотных периодических колебаний для гармонического входного сигнала аналогичны временным диаграммам на фиг.З). Нелинейный интегратор содержит линейный интегратор 1, блок 2 переключения, блок 3 выделения модуля. формирователь 4 импульсов, SR-триггер 5, первый б и второй 7 логические блоки, каисцый .из которых, состо- . ит из элемента И 8, разделительного диода 9, первого 10 и второго 11 токозадающик резисторов, зарядно-разгрузочного конденсатора 12 и элемен.та НЕ 13, генератор 14 высокочастотных периодических колебаний и сум лирующий элемент. 15. . Кроме того, на фиг. 2 и 3 приняты следующие обозначения: U - напряжение на входе, форм-фователя 4 импульсов, и и - напряжения на неинвертирующем и инвертирующем выходах формирователя 4 импульсов соответственно, и - напряжение на конденсаторе 12, и - напряжение на выходе иетактируемого SR-триггера 5; 1Ь - напряжение на выходе линейного интегратора 1, | - напряжение на вы.ходе блока 3 выделения модуля, U-j - напряжение -ла выходе блока 2 переключения. При подаче на вход устройства гармонического сигнала он интегрируется линейным интегратором 1 и через блок 3 выделения модуля поступает на первый вход блока 2 переключения. Одновременно входной сигнал поступает на вход формирователя 4 импульсов, при.этом на неинвертирующем выходе формирователя 4 импульсов, импульсы формируются в момент изменения полярности входного сигнала с отрицательной на пололштельную, а на инвертирующем - с положительной на отрицательную. Неинвертирующий выход формирователя 4 импульсов подключен к первому входу логического блока 6, а ийвертирующий - к первому входу логическо.го блока 7, выход первого логического блока б подкдтаэчен ко второму входу второго логического блока 7, а выход второго логического блока 7 - ко второму входу первого логического блока 6 . Выходные сигналы логических блоков б и 7 управляют работой нетактируемого SR-триггера, выход которого подключен ко второму входу блока 2 переключения. Работа блока 2 описывается уравнением при U5- О В момент времени t (фиг.2) формируется импульс на неинвертир тощем выходе формирователя 4 импульсов, а сигналы на вторых входах логических блоков 6 и 7 соответствуют логичес- кой единице, при этом сигналом положительной полярности с выходе элемента К 8 заряжается конденсатор 12 через диод 9 и резистор 10. Разряд конденсатора 12 происходит через резистор 11 на вход элемента НЕ 13, причем постоянная времени заряда конденсатора 12 значительно меньше постоянной времени разряда конденса тора 12, Выходной сигнал элемента НЕ 13, соответствующий логическому нулю, устанавливает триггер 5 в состояние, при котором выходной сигна триггера 5 соответствует логичоской . единице, при этом напряжение на выходе нелинейного интегратора равно fU{,{ (фкг.2, интервал времени В момент времени t (фиг.2) фор мирустся импульс на инвертирующем выходе формирователя 4 импульсов, и на входе логического блока 7 (по аналогии с логическим блоком 6) формируется импульс, который изменя ет состояние триггера 5 на противоположное, т.е. выходной сигнал триг гера 6 соответствует логическому нулю, при этом напряжение на выходе нелинейного интегратора - /Uo/ (фиг.2, интервал времени ) . С момента времени t (фиг.2) раб та, устройства повторяется. При подаче на вход устройстта гармонического сигнала с высокочастотной помехой (фиг.З) в момент вре мени txj формируется импульс на неинвёртирующем выходе формирователя 4 импульсов, а сигналы на вторых входах логических блоков 6 и 7 соответствуют логической единице, при этом сигналом положительной полярности с выхода элемента И 8 эа ряжается конденсатор 12 через диод 9 и резистор 10. Разряд конденсатора 12 происходит через резистор 11 на вход элемента НЕ 13, причем постоянная времени заряда конденсатора 12 значительно меньше постоянной времени разряда конденсатора 12. Вы ходной сигнал элемента НЕ 13, соответствующий логическому .нулю, блоки рует работу второго логического бло ка 7 и устанавливает триггер 5 в состоян-ие, при котором выходной сиг нал триггера 5 срот ветствует логиче кой единице. В момент времени t.фо мируется импульс на инвертирующем выходе формирователя 4 импу льсов, но сигнал на выходе логическо о бло ка 7 не меняет своего значения,, поскольку на втором входе логического блока 7 присутствует сигнал, соОтветствую1ййй логическому нулю, исостояние триггера 5 не меняется. Следующее измейёние полярности сигнала, поступающего на вход нелииейного интегратора (фиг.З, момейт. времени t), формирует импульс На неинвертирующем выходе формирователя 4 импульсов, при этом сигналом положительной полярности с йлЛхода элемента И 8 ..череэ диод 9 и реэисТор 10 подзаряжается конденсатор 12 Такой поднаряд- и разряд кондёнсатора 12 происходит до тех пор, пока изменяется полярность входного сигнала из-за наличия помехи, т.е. до момента времени t. Таким образом, напряжение на выходе нелинейного интегратора в интервале времени t, равно |Ufe j (фиг.З). В момент времени t формируется импульс на инвертирующем выходе формирователя 4 импульсов, а сигналы на вторых входах логических блоков б и 7 соответствуют логической единит це, при этом работа логического блока 7 аналогична работе логического блока б, описанной выше, а напряжение на выходе нелинейного интегратора в интервале времени t,-.-t, равно |Utf (фиг.З). Таким образом, наличие высокочастотной помехи во входном гармоническом сигнале не приводит к ложным срабатываниям блока переключения, при этом первая гармоника выходного сигнала устройства имеет положительный фазовый сдвиг по отношению к выходному сигналу. Кроме того, для регулирования фазочастотной характеристики нелинейный интегратор содержит генератор 14 высокочастотных периодических колебаний и суммирующий элемент 15, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, первый вход ко входу устройства, а второй вход К выходу генератора 14 высокочастотных периодиг1еских колебаний. При этом устройство работает следую11{им образом. Гармонический .сигнал, поступающий на вход устройства, интегрируется линейным интегратором 1 и через блОк 3 выделения модуля подается на первый вход блока 2 переключения. Одновр еменно входной сигнал поступает на первый вход суммирующего элемента 15, на второй вход суммирующего элемента 15 подается ВЫХОДНОЙ сигнал генератора 14 высокочастотных периодических колебаний. Выходной сигнал суммирующего элемен-. та 15. поступает на вход формирователя импульсов. При этом нелинейный интегратор работает таким же образом, как и в случае подачи на вход устройства гармонического сигнала с высокочастотной помехой, а работа устройства характеризуется временными дааграммами, приведенными на фиг. 3. Желаемую фазрчастоТную характеристику йелинейного интегратора можно получить, изменяя амплитуду выходного сигнала генератора 14 высокочастотных периодических колебаний, а точност-ь регулирования фазочастотной характеристики определяется частотой выходного сигнала.генератора 14, которая должна бьгть не менее

чем на 1-2 -порядка выше частоты входного сигнала устройства, при этом фазовый сдвиг между первой гармоникой выходного сигнала и входным сигналом можно регулировать с высокой точностью в пределах О .

Формула изобретения

Нелинейный интегратор, содержащий .линеййый интегратор, вход которого является входом нелинейного интегратора, и блок переключения, выход которого является выходом нелинейного интегратора, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и точности, в него введены формирователь импульсов, два элемента И, два разделительных диода, четыре токозадающих резистора, два зарядно-разрядных конденсатора, два элемента НЕ, SR-триггер, генератор высокочастотных периодических колебаний, суммирующий элемент и блок выделения модуля, ,, вход которого подключен к выходу линейного интегратора, а выход соединен с сигнальным входом блока переключения, управляющий вход которого связан с выходом SR-триггера, входы суммирующего элемента .соединены соответственно со входом нелинейного интегратора и выходом генератора высокочастотных периодических колебаний, выход, сурдмирующего эле-г мента подключен ко входу формирователя импульсов, прямой и инверсный

выходы которого соединены с первыми / входами соответственно первого и второго элементов И, выход каждого из которых через последовательно соединенные разделительный диод и два

токозадающих резистора подключен к соответствующему элементу НЕ, выход первого -елемента НЕ соединен со вто|рым входом второго элемента И и S-входом SR-триггера, а выход второго элемента НЕ подключен ко второму входу первого элемента И и R-BXOду SR-триггера, общий вывод каждой пары токозадающих резисторов через соответствующий зарядно-разрядный

конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР Pб27487, кл. G Об G 7/18, 1978.

3, Авторское свидетельство СССР №244725, кл. G 06 G 7/18, 1969,