устройство для определения модуля второй ортогональной составляющей вектора

Формула изобретения

1. Устройство для определения модуля второй ортогональной составляющей вектора, содержащее счетчик, сумматор и компаратор, отличающееся тем, что в него введены фазосдвигающий блок, преобразователь переменного напряжения в постоянное, нуль-орган, элемент И, источник опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, три цифроаналоговых преобразователя и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к входу опорного напряжения первого цифроаналогового преобразователя и через фазосдвигающий блок к входу опорного напряжения второго цифроаналогового преобразователя и к входу нуль-органа, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к тактовому входу счетчика, выход которого подключен к цифровым входам второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, выход которого является выходом устройства, выход источника опорного напряжения соединен с входами опорного напряжения третьего цифроаналогового преобразователя и аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого является первым входом устройства, а выход подключен к цифровому входу первого цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с входами сумматора, выход которого подключен к входу преобразователя переменного напряжения в постоянное, вход сброса которого соединен с входом обнуления счетчика и с пусковым входом устройства, выход преобразователя переменного напряжения в постоянное и второй вход устройства подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам компаратора, выход которого соединен с вторым входом элемента И.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит коммутатор, диод, конденсатор и резистор, причем анод диода является входом преобразователя, а катод является выходом преобразователя, подключен к информационному входу коммутатора и через конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, подключенной через резистор к выходу коммутатора, управляющий вход которого соединен с входом сброса преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в гибридных аналого-цифровых устройствах и системах обработки аналоговых сигналов с целью определения модуля второй ортогональной составляющей по известным модулям вектора и его первой ортогональной составляющей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения ортогональной составляющей вектора, содержащее переключатели, элемент сравнения, блок управления, интеграторы, инвертор, сумматор, счетчик и дешифратор.

Недостатками прототипа являются сложность схемы и невысокая точность.

Решаемая изобретением техническая задача упрощение устройства и повышение его точности.

Указанная задача решается благодаря тому, что в устройство для определения ортогональной составляющей вектора, содержащее счетчик, сумматор и компаратор, дополнительно введены фазосдвигающий блок, преобразователь переменного напряжения в постоянное, нуль-орган, элемент И, источник опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, три цифроаналоговых преобразователя и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к входу опорного напряжения первого цифроаналогового преобразователя и через фазосдвигающий блок к входу опорного напряжения второго цифроаналогового преобразователя и к входу нуль-органа, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к тактовому входу счетчика, выход которого подключен к цифровым входам второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, выход которого является выходом устройства, выход источника опорного напряжения соединен с входами опорного напряжения третьего цифроаналогового преобразователя и аналого-цифрового преобразователя, информационный выход которого является первым входом устройства, а выход подключен к цифровому входу первого цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с входами сумматора, выход которого подключен к входу преобразователя переменного напряжения в постоянное, вход сброса которого соединен с входом обнуления счетчика и с пусковым входом устройства, выход преобразователя переменного напряжения в постоянное и второй вход устройства подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам компаратора, выход которого соединен с вторым входом элемента И, преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит коммутатор, диод, конденсатор и резистор, причем анод диода является входом преобразователя, а катод, являющийся выходом преобразователя, подключен к информационному входу коммутатора и через конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, подключенной через резистор к выходу коммутатора, управляющий вход которого соединен с входом сброса преобразователя.

На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 приведена схема преобразователя переменного напряжения в постоянное, на фиг. 3 поясняющая векторная диаграмма напряжений, а на фиг. 4 иллюстрируется работа отдельных элементов устройства и переходные процессы, происходящие в устройстве.

Устройство (фиг. 1) содержит первый вход 1 x устройства, соединенный с информационным входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2, информационный выход которого соединен с цифровым входом первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 4, а вход опорного напряжения подключен к выходу генератора 5 синусоидального напряжения (ГСН), соединенному с входом фазосдвигающего блока (ФСБ) 6, выход которого соединен с входом опорного напряжения второго ЦАП 7 и входом нуль-органа 8, инверсный выход которого через элемент И 9 соединен с тактовым входом счетчика 10, выход которого соединен с цифровыми входами третьего 11 и второго 7 ЦАП, выход которого соединен с вторым входом сумматора 4, выход которого через преобразователь 12 переменного напряжения в постоянное (ППНП) соединен с инвертирующим входом компаратора 13, неинвертирующий вход которого соединен с вторым входом 14 z устройства, а выход соединен с вторым входом элемента И 9, источник 15 опорного напряжения (ИОН), выход которого соединен с входами опорного напряжения АЦП 2 и третьего ЦАП 11, выход которого является выходом 16 устройства, пусковой вход 17 устройства соединен с входом обнуления счетчика и входом сброса ППНП 12.

Схема ППНП 12 (фиг. 2) содержит диод 18, анод которого является информационным входом ППНП 12, а катод, являющийся выходом ППНП 12 и через конденсатор 19 связанный с общей шиной устройства, соединен с информационным входом коммутатора 20, управляющий вход которого соединен с входом сброса ППНП 12, а выход через резистор 21 соединен с общей шиной устройства.

Рассмотрим работу устройства.

Для удобства эксплуатации, настройки и проверки в устройстве используются идентичные АЦП 2 и ЦАП 3, 7, 11, имеющие одинаковые рабочий диапазон и ширину младшего значащего разряда U Генератором 5 вырабатываются синусоидальные колебания фиксированной частоты, амплитудное значение которых равняется ширине рабочего диапазона входного напряжения АЦП 2. С помощью ФСБ 6 достигается сдвиг этих колебаний на угол = -90. ППНП 12 осуществляется преобразование переменного напряжения в постоянное, равное амплитудному значению входного напряжения, т.е.

К информационному входу АЦП 2 приложено постоянное напряжение x. Код на цифровом информационном выходе АЦП 2 равен



Код K₂ подается на цифровой вход первого ЦАП 3, к входу опорного напряжения которого приложено синусоидальное напряжение с выхода ГСН 5. В результате на выходе первого ЦАП 3 присутствует синусоидальное напряжение (U₃ на фиг. 4), действующее значение которого равняется



Напряжение подается на первый вход сумматора 4.

Цепь задания напряжения начинает работать после появления на пусковом входе 17 единичного импульса (в момент времени t 0 на фиг. 4). Этот импульс обнуляет содержимое счетчика 10 и открывает коммутатор 20 ППНП 12 - конденсатор 19 разряжается через резистор 21, и выходное напряжение ППНП 12 спадает до нуля. Поскольку к прямому входу компаратора 13 приложено постоянное положительное напряжение z > 0, а к инверсному нулевое с выхода ППНП 12, то на выходе компаратора 13 появляется единичное напряжение. Это напряжение прикладывается к второму входу элемента И 9, который при этом начинает пропускать импульсы с выхода нуль-органа 8 на вход счетчика 10. На интервале t₀ t₁ содержимое счетчика 10 остается нулевым и соответственно выходное напряжение ЦАП 7, имитирующего вторую определяемую ортогональную составляющую вектора, также равно нулю. Следовательно, на интервале t₀ t₁ выходное напряжение сумматора 4 равняется (см. фиг. 3)



На интервале t₀ t₁ конденсатора 19 заряжается через диод 18 в результате кривая напряжения U₁₂ на этом интервале повторяет кривую напряжения U₄ (см. фиг. 4).

В момент времени t₁ на фиг. 4 синусоида напряжения U₆ пересекает ось абсцисс и принимает положительное значение. В результате нуль-орган 8 срабатывает, напряжение на его инверсном выходе спадает от единицы до нуля. По этому перепаду напряжения, повторяющегося также на выходе элемента И 9, срабатывает счетчик 10, содержимое которого становится равным 0001 (при его 4-разрядном исполнении). Код счетчика 10 прикладывается к цифровому входу ЦАП 7, на выходе последнего появляется синусоидальное напряжение U₇ (см. фиг. 4), действующее значение которого равно



Учитывая, что напряжение, приложенное с выхода ФСБ 6 к входу опорного напряжения второго ЦАП 7, отстает от напряжения ГСН 5 на 90^o, напряжение также отстает от напряжения на 90^o (см. фиг. 3 и 4).

Выходное напряжение сумматора 4 с момента времени t₁ равно



Модуль суммарного вектора равен (см. фиг. 3)



С помощью ППНП 12 переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение



Поскольку амплитудное значение напряжения больше амплитуды напряжения (см. фиг. 3), то после момента времени t₁ происходит дозарядка конденсатора 19 на незначительную величину до уровня амплитуды напряжения , которое после этого начинает снижаться (см. напряжение U₄ на фиг. 4). Однако диод 18 препятствует разряду конденсатора 19 в результате на интервале времени t₁ t₂ выходное напряжение ППНП 12 поддерживается постоянным и равным см. формулу (7).

Учитывая, что , на выходе компаратора 13 по-прежнему присутствует единичное напряжение. Поэтому в момент времени t₂ на фиг. 4 вновь срабатывает счетчик 10, его выходной код становится равным 0010, а выходное напряжение ЦАП 7 принимает значение



Соответственно выходное напряжение ППНП 12 становится равным (с некоторой задержкой после момента t₂)



и поддерживается на таком уровне до момента t₃.

Наконец, в момент времени t₃ содержимое счетчика 10 становится равным 0011, а выходное напряжение ЦАП 7 достигает значения



Выходное напряжение ППНП 12 достигается значения (в момент времени t₄)



В результате выравнивания входных напряжений компаратор 13 отпускает, его выходное напряжение спадает до нуля (в момент времени t₄), закрывая элемент И 9 для прохождения импульсов с выхода нуль-органа 8. В дальнейшем содержимое счетчика 10 не изменяется, а на выходе ЦАП 11 с этого момента присутствует неизменное постоянное напряжение



Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известными являются более простая схема и более высокая точность. Схема устройства реализуется на интегральных микросхемах.