способ сдвига синусоидального сигнала по фазе
Классы МПК: | H03H7/18 фазосдвигающие (фазовращающие) цепи |
Автор(ы): | Романюк Федор Алексеевич[BY], Румянцев Владимир Юрьевич[BY], Тивоненко Алексей Адамович[BY] |
Патентообладатель(и): | Романюк Федор Алексеевич (BY) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-11-11 публикация патента:
20.10.1997 |
Использование: в электротехнике для построения частотно-независимых элементов сдвига фазы устройств автоматизации энергосистем, предназначено для сдвига низкочастотного синусоидального сигнала по фазе. Сущность изобретения: способ основан на получении вспомогательного сигнала путем фазового сдвига исходного сигнала в произвольную сторону без изменения амплитуды, формирования первого и второго дополнительных сигналов соответственно как полусуммы и полуразности исходного и вспомогательного сигналов, одновременном измерении в дискретные моменты времени мгновенных значений дополнительных сигналов и получении путем аналого-цифрового преобразования последовательности цифровых отсчетов мгновенных значений первого и второго дополнительных сигналов, фиксации для двух моментов измерения цифровых отсчетов каждого из дополнительных сигналов, определении по ним цифровых отсчетов мгновенных значений выходного сигнала и формировании последовательности упомянутых цифровых отсчетов, получении путем цифро-аналогового преобразования последних сдвинутого выходного аналогового сигнала. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, при котором путем фазового сдвига исходного сигнала в произвольную сторону получают вспомогательный сигнал без изменения амплитуды, формируют первый и второй дополнительные сигналы, отличающийся тем, что первый и второй дополнительные сигналы получают соответственно как полусумму и полуразность исходного и вспомогательного сигналов, одновременно измеряют в дискретные моменты времени мгновенные значения дополнительных сигналов и путем аналого-цифрового преобразования получают последовательность цифровых отсчетов мгновенных значений первого и второго дополнительных сигналов, фиксируют для двух моментов измерения цифровые отсчеты каждого из дополнительных сигналов и определяют цифровые отсчеты мгновенных значений выходного сигнала согласно выражению![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-32t.gif)
где
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093129/948.gif)
n 2, 3,
U1(n-1), U1(n) цифровые отсчеты мгновенных значений первого дополнительного сигнала для двух последовательных моментов измерения;
U2(n-1), U2(n) цифровые отсчеты мгновенных значений второго дополнительного сигнала для двух последовательных моментов измерения,
формируют последовательность этих цифровых отсчетов, из которой путем цифроаналогового преобразования получают сдвинутый по фазе выходной сигнал.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике, предназначено для сдвига низкочастотного синусоидального сигнала по фазе и может быть использовано в области автоматизации энергосистем для построения элементов сдвига фаз. Известен способ сдвига синусоидального сигнала по фазе (патент Франции N 1558591, кл.H O3 H 11/18, 1968), при котором сдвинутый синусоидальный сигнал формируют как разность двух вспомогательных сигналов, полученных путем сдвигов по фазе исходного сигнала соответственно в сторону опережения и в сторону отставания при установленной частоте на угол, равный половине заданного угла фазового сдвига. Указанный способ позволяет осуществить сдвиг синусоидального сигнала по фазе как при установленной частоте, так и при ее отклонении от этого значения, что является его достоинством. Основной недостаток известного способа состоит в том, что амплитуда сдвинутого по фазе сигнала зависит от частоты. Наиболее близким к предлагаемому по сущности и достигаемому результату является способ сдвига синусоидального сигнала по фазе (а.с. SU N 5728966, кл. H O3 H 7/18, опубл. 15.09.77), при котором путем фазового сдвига исходного сигнала в произвольную сторону получают вспомогательный сигнал, без изменения амплитуды формируют первый и второй квадратурные сигналы из исходного и вспомогательного сигналов. Данный способ также обеспечивает заданный сдвиг синусоидального сигнала по фазе при частотах, отличных от установленной. Кроме того, для реализации способа требуется только один вспомогательный сигнал, сдвинутый относительно исходного на произвольный угол, что является его достоинством. Недостатком этого способа, как и предыдущего, является изменение амплитуды вспомогательного сигнала при отклонении частоты от установленного значения. Цель изобретения исключение зависимости амплитуды и фазы выходного сигнала от частоты. На фиг. 1-3 поясняется сущность способа; на фиг. 4 представлена структурная схема аналого-цифрового устройства для реализации способа. Способ сдвига синусоидального сигнала по фазе основан на получении вспомогательного сигнала путем фазового сдвига исходного сигнала в произвольную сторону без изменения амплитуды, формировании первого и второго дополнительных сигналов соответственно как полусуммы и полуразности исходного и вспомогательного сигналов, одновременном измерении в дискретные моменты времени мгновенных значений дополнительных сигналов и получении путем аналого-цифрового преобразования последовательности цифровых отсчетов мгновенных значений первого и второго дополнительных сигналов, фиксации для двух моментов измерения цифровых отсчетов каждого из дополнительных сигналов, определении по ним цифровых отсчетов мгновенных значений выходного сигнала согласно математическому выражению:![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-2t.gif)
где
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093129/948.gif)
U1(n-1), U1(n) цифровые отсчеты мгновенных значений первого дополнительного сигнала для двух последовательных моментов измерения;
U2(n-1), U2(n) цифровые отсчеты мгновенных значений второго дополнительного сигнала для двух последовательных моментов измерения;
и формировании последовательности упомянутых цифровых отсчетов, получении путем цифроаналогового преобразования последних сдвинутого выходного аналогового сигнала. Сущность способа сдвига синусоидального сигнала по фазе состоит в следующем. Предположим, что исходный синусоидальный сигнал
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-3t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093129/948.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-4t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093129/948.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-5t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093028/945.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-6t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-7t.gif)
Угол
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093028/945.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-8t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093028/945.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-9t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093028/945.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093028/945.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-10t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-11t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-12t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-13t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-14t.gif)
Поскольку амплитуды сигналов
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-15t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-16t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-17t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-18t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093066/960.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093028/945.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-19t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-20t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-21t.gif)
где Um1, Um2 амплитуды соответственно первого и второго дополнительных сигналов;
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093129/969.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-22t.gif)
Поскольку цифровые отсчеты мгновенных значений первого и второго дополнительных сигналов являются непосредственно измеряемыми величинами, то из уравнений (4), (5) определяют амплитуды Um1, Um2 дополнительных сигналов
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-23t.gif)
Из векторной диаграммы (фиг.1) следует, что амплитуда исходного сигнала равна
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-24t.gif)
После подстановки Um1 и Um2 в (7) получают
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-25t.gif)
Из векторной диаграммы (фиг.1) следует, что
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-26t.gif)
После подстановки Um1 и Um2 в (9) получают
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-27t.gif)
Подставив Um1, Um2,
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-28t.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-29t.gif)
Цифровые отсчеты мгновенных значений синусной us(n) и косинусной Uc(n) ортогональных составляющих исходного сигнала для момента времени tn равны
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-30t.gif)
Подставив Um,sin wtn, cos wtn в (12), получают
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093953/2093953-31t.gif)
Если известны для момента времени tn цифровые отсчеты мгновенных значений ортогональных составляющих исходного сигнала, то, как следует из векторной диаграммы (фиг. 3), цифровой отсчет мгновенного значения выходного сигнала при условии Um вых Um и угле сдвига
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093129/948.gif)
Uвых(n)= cos
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093129/948.gif)
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093129/948.gif)
После подстановки Us(n), Uc(n) в (14) получают выражение (1) для определения цифровых отсчетов мгновенных значений сдвинутого выходного сигнала,
Из полученной по выражению (1) для различных моментов времени последовательности цифровых отсчетов Uвых(n) (n 2,3.) путем цифро-аналогового преобразования формируют сдвинутый выходной аналоговый сигнал. Предлагаемый способ обеспечивает формирование сдвинутого на заданный угол
![способ сдвига синусоидального сигнала по фазе, патент № 2093953](/images/patents/379/2093129/948.gif)