SU1582145A1 - Преобразователь интегральных параметров сигналов переменного тока в код - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  повышени  точности преобразовател  интегральных параметров сигналов переменного тока в код. Целью изобретени   вл етс  повышение точности. Цель достигаетс  тем, что в преобразователь активной мощности в код введены первый и второй аналоговые переключатели 2, 7, втора   чейка 5 выборки-хранени , второй интегратор, перва  и втора  линии 13, 12 задержки, первый и второй элементы 2 ИЛИ 15, 11. Работа устройства основана на компенсационно-интерпол ционном алгоритме преобразовани  мгновенных значений входных сигналов с коррекцией погрешности преобразовани  мгновенных значений измер емого сигнала в темпе их внутрипериодного компенсационно-интерпол ционного кодировани  и цифровой обработкой результатов дл  получени  более точных цифровых эквивалентов основных интегральных характеристик сигналов переменного тока. Кроме того, получение корректированных значений результатов внутрипериодных измерений мгновенных значений входных сигналов позвол ет значительно расшир ть класс решаемых задач алгоритмическим методом. Устройство также содержит сумматор 1, первую  чейку 3 выборки-хранени , первый интегратор 4, преобразователь 8 напр жение-код, вычислительный блок 9, преобразователь 10 код-напр жение, вы витель 16 периода, умножитель 14 частоты. 1 ил.

Description

где С - посто нна  времени интегратора ,

Дл  простоты анализа интервалом времени выборки и сброса  чеек 3 и 5 выборки-хранени  пренебрегаем

о - и полагаем, что - 1. Тогда с

учетом того, что Ј 0 Т, из выражени  (1) получим

и; -u.(tl) -л.

Это напр жение через аналоговый переключатель 7 поступает на вход преобразовател  8 напр жение-код, и на выходе последнего при поступлении тактирующего импульса, задержанного в первой линии 13 задержки на врем  20, получаетс  код

N; и;, + cj; -u,.tf -«г./;, о

где Ј 1 - текуща  реализаци  погрет- ности преобразовател  8 напр жение-код .

Этот код записываетс  в пам ть вычислительного блока 9.

Выходное напр жение интегратора 4 через  чейку 5 выборки-хранени  поступает также на первый вход интегратора 6, на второй вход которого поступает импульс напр жени  Р0 с выхо- да преобразовател  10 код-напр жение

Т

К моменту - + 2 Ј на выходе интегратора 6 устанавливаетс  уровень напр жени 

1

1, -Ј i и; - , at.

о

С учетом (2) из (4) получаем

и;, u{(tl) - .

Вторым тактирующим импульсом, поступающим с задержкой С0 с выхода второй линии 12 задержки, аналоговый переключатель 7 переходит во второе положение и напр жение U 71 поступает на вход преобразовател  8 напр жение- код, на выходе которого получаетс  код

10

йК Я - Ni, - ,;

(7а)

.,

20

30 4Q

N N jf+4NJ - и,-(Сл) +/J. (76)

Код N, поступает на вход преобразовател  10 код-напр жение. Вторым импульсом от умножител  14 частоты

I2T

в момент времени Ц гг- запускает-

с   чейка 3 выборки-хранени , и на неинвертирующий вход интегратора 4 поступает импульс напр жени  амплитуды U (t4) и длительности 0,

Поскольку на вторые входы интеграторов 4 и 6 от преобразовател  10 код-напр жение поступает импульс напр жени  амплитуды. U (t, ) + сГ(, эквивалентный коду N), согласно выражени м (1), (2), (4) и (5) на выходах интеграторов 4 и 6 устанавливаютс  уровни напр жений соответствен .

ип -М , -

UM U; +Ј -u;(t.) .

С учетом (2) и (5) из последних выражений имеем

«о

45

;t U,(t,) -Л- J1; ; (8a) ;4 U,(tt)- . (86J

50

,,

Коды N и N lt получаемые на выходах преобразовател  8 напр жение- код при преобразовании напр жений U5ti и Uit, будут

U,-(tt) - + /i; (9a) U;(t7) - - 2J1 + ;.(9б)

(Здесь J1 - реализаци  погрешности преобразовател  8 напр жение-код, соответствующа  второму такту.

В результате обработки в вычислительном блоке 9 кодов N 4 и М м полупим:

JN; N,f4- N |г - 2dN , i ; (Юа)

i - NJi-f UN; - u-(ta) +

(106)

+

N:

N;h + z( N

u.(tn) +

+ L

(136)

Корректированное значение цифрового эквивалента мгновенного значени  U ;(t Л ) получаетс  по алгоритму

N

П-1

- dN n U-,(t ft., )

(14)

Исход  из выражений (76) и (Юа) 1п  получени  корректированного зна- Цни  цифрового эквивалента U,-(tf) достаточно вьтолнить алгоритм

N; -4Nl U,(t,)

Код «N j подаетс  на вход преобра- овател  10 код-напр жение и с посту- плением третьего выходного импульса умножител  14 частоты в момент времеЗТ ни t. - происходит аналогичным

i л М

ббразом преобразование мгновенного

Значени  ) входного напр жени  25 аналогового переключател  2. Этот процесс повтор етс  периодически в течение периода Т.

С учетом приведенных выше алгоритмов преобразовани  при n-м внутрипе- риодном преобразовании мгновенного значени  U, (t п) дл  выходных напр - )наний дифференциальных интеграторов Д и 6 не трудно записать: «-i

t

U

К началу второго цикла ройства импульсом от вы ви риода аналоговый переключа танавливаетс  в положение, ром на вход  чейки 3 выбор ни  в течение периода Т к с  только выходное напр же UM(t) + U ((t) сумматора внутрипериодному преобразо обработке в М течках перио

п.Т

менты времени t h

М

(п

30

..., М) подвергаютс  мгнов чени  напр жени  Uc(t).

Работа устройства в соо ющих тактах преобразовани  ки Uc(t) происходит аналог дуре, изложенной выше дл  цикла работы,,

Поэтому корректированно цифрового эквивалента мгно значени  U (t) в момент вр t n определ етс  как

Ш

tMt.-I/j-4 ; (Ha) 35 Nc 4Nc .Dc(tnH

- ь-иК- n- j +

+ 2)(116)

Соответствующие коды на выходе преобразовател  8 напр жение-код при этом будут:

ti-i

Nin i

U;(tn) - Z fj + f;- (f. ; (12a) J M J

N

In

U.(tn) - n-H)Pe- J- (п 4 -

- j + 2);., + rfj, (126)

Здесь «f n- реализаци  погрешности преобразовател  8 цапр жение-код при n-м такте

Обработкой этих кодов в вычислительном блоке 9 получим:55

ли ,

in-.- t.b-i+ 2)I

ЛКЬ, n-t }

(13а)

5

К началу второго цикла работы устройства импульсом от вы вител  16 периода аналоговый переключатель 2 устанавливаетс  в положение, при котором на вход  чейки 3 выборки хранени  в течение периода Т коммутируетс  только выходное напр жение Uc(t) UM(t) + U ((t) сумматора 1. При зтом внутрипериодному преобразованию и обработке в М течках периода Т в моп .Т

менты времени t h

М

(п 1, 2,

0

..., М) подвергаютс  мгновенные значени  напр жени  Uc(t).

Работа устройства в соответствующих тактах преобразовани  и обработки Uc(t) происходит аналогично процедуре , изложенной выше дл  первого цикла работы,,

Поэтому корректированное значение цифрового эквивалента мгновенного значени  U (t) в момент времени t t n определ етс  как

(15)

В третьем цикле работы аналоговый переключатель 2 устанавливаетс  в третье положение, тем самым преобразованию и обработке подвергаютс  мгновенные значени  напр жени  UM(t), пропорционального напр жению U(t) контролируемой цепи. По аналогичной процедуре получаютс  корректированные значени  цифровых эквивалентов

4N UM(t

П-1

)

(16)

мгновенных значений UM(t) на каждом такте преобразовани  в течение периода Т„

Подверга  обработке по соответствующим подпрограммам полученные и запомненные в вычислительном блоке 9 согласно выражени м (14), (15) и (16) корректированные значени  цифровых эквивалентов мгновенных значений напр жений U.(t), Uc(t) и UH(t) в М точках периода в соответствующих циклах работы устройства, можно получить цифровые эквиваленты практически любой собственной и взаимной интегральной характеристики напр жени  и тока в контролируемой цепи. Б частности , наиболее широко используемые

интегральные характеристики определ ютс  по алгоритмам:

1) квадрат действующего значени  тока

м+1

4-Ј (NU -Л) Iм i -и (t „.,);

IIo-t

2) квадрат действующего значени 

напр жени  «

4 1 Т ОС - dlO

1 4

JEJMt „,) ;

3)активна  мощность

.- hui Н 1rtu«(tn-i) ui(

4)действующее значение тока

Н-ПИй| ч-, -.

5)действующее значение напр же

;- fij--|jЈtrMtM j ,

6) среднее значение тока 1 М

7 I IM- /I 14 у

Ni

тт ,

1«. -ло

H.iui(t-);

7) среднее значение напр жени 

мм

.-НУ- -о

..

MLu(t- )8

8) полна  мощность

4е

9) реактивна  мощность 4-1 (4)2 - (н)« ;

1582145Ю

10) коэффициент мощности

N N N|

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Количество тактов М внутри периода Т выбираетс  на основании априорной и статистической информации о дифференциальных и спектральных параметрах сигналов UM(t) и U,(t).

Нар жу с широкими функциональными возможност ми, наращиваемыми в основном программным способом, в предлагаемом устройстве получено комплексное решение проблемы повышени  точности цифровых измерений интегральных характеристик сигналов переменного тока. Последние в св зи с необходимостью выполнени  нелинейных преобразований (квадратировани , умножени , извлечени  квадратного корн  и т.п.) трудно поддаютс  коррекции. В предлагаемом устройстве достигнута коррекци  систематических погрешностей цифровых измерений на этапе преобразовани  мгновенных значений входных сигналов и ф.шьтраци  случайных погрешностей измерений на этапе дискретного усреднени  предварительно скорректированных цифровых эквивалентов мгновенных значений.

Динамические погрешности могут быть ограничены в допустимых пределах рациональной технической реализацией функциональных узлов и обеспечением соответствующих временных и частотных соотношений при выборе параметров f, 130и 2 .

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет осуществить преобразование сигналов переменного тока с достаточно высокими показател ми по быстродействию (за счет ис кльзо- вани  метода внутрипериодных измерений и цифровой обработки мгновенных значений преобразуемых сигналов), точности (благодар  идентификации и коррекции погрешности преобразовател  напр жение-код в реальном масштабе времени), стабильности (а счет компенсационного способа преобразовани  информации) и уровню исполнени  (благодар  сбалансированному сочетанию аппаратных и программных средств обработки информации). К этому следует добавить многофукнционало- ность и гибкость структуры предлагаИ1582145

мого устройства, достигаемые в осовном программным способом.

во пе  ч пе и во ро те пр ро вы ед ко кл пе С но ло ны ан зо вы ны го л  бл хо то 30 хо ки по  ч из го пе хо к ко

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь интегральных па- рйметров сигналов переменного тока в кЬд, содержащий вы витель периода и умножитель частоты, входы которых объединены и подключены к шине конт- ро лируемого напр жени , сумматор, первую  чейку выборки-хранени , тактирующий вход которой соединен с выходом умножител  частоты, первый ин- те|гратор, первый вход которого соеди не н с выходом первой  чейки выборки- хранени , а вход сброса - с выходом вы вител  периода, последовательно соединенные преобразователь напр жение-код и вычислительный блок, дополнительный тактирующий вход которого подключен-к выходу вы вител  периода преобразователь код-напр жение, о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него дополнительно введены второй интегратор , втора   чейка выборки-хранени , первый и второй аналоговые переключатели , первый и второй элементы 2ИЛИ, последовательно соединенные перва  и втора  линии задержки, при- чф входы сумматора подключены к источникам напр жени  и тока контролируемой цепи, а выход - к одному из вводов первого аналогового переключател , два других входа которого соединены с соответствующими входами сумматора, выход первого аналогового переключател  подключен к входу пер

   12

   0

   ,

   вой  чейки выборки-хранени , выход первого интегратора через вторую  чейку выборки-хранени  соединен с первым входом второго интегратора и с одним из входов второго аналогового переключател , другой вход которого подключен к выходу второго интегратора , вход преобразовател  напр жение-код соединен с выходом второго аналогового переключател , кодовые выходы вычислительного бока соединены с входами преобразовател  код-напр жение, выход которого подключен к объединенным вторым входам первого и второго интеграторов, вход Сброс второго интегратора совместно с тактирующим входом первого аналогового переключател , дополнительными тактирующими входами второго аналогового переключател  и преобразовател  напр жение-код соединены с выходом вы вител  периода, а основные тактирующие входы второго аналогового переключател , преобразовател  напр жение-код и вычислительного блока объединены и подключены к выходу второго элемента 2ИЛИ, входы кот торого соединены соответственно с вы- 0 ходами первой и второй линий задержки , а выход первой линии задержки подключен к тактирующему входу второй  чейки выборки-хранени  и к одному из входов первого элемента 2ИЛИ, другой вход которого совместно с входом первой линии задержки подключен к выходу умножител  частоты, а выход - к тактирующему входу преобразовател  код-напр жение.

   0

   5

   5