SU841056A1

SU841056A1 - Analogue storage device

Info

Publication number: SU841056A1
Application number: SU792814827A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Иванович Анисимов
Original assignee: Предприятие П/Я М-5537
Priority date: 1979-09-06
Filing date: 1979-09-06
Publication date: 1981-06-23

Description

II

Изобретение относитс к вычислительной технике и может быть применено а автоматических системах управлени движуиХихс объектов, а также может быть использовано дл построени электронных устройств различного назначени (усилительных устройств со специальными видами передаточных функций, генераторов,, функциональных преобразователей, аналоговых запоминающих устройств, стабилизаторов, различных схем компенсации и др.). в частности дл построени ИЗОДрОМНЫХ устройств The invention relates to computing and can be used in automatic control systems for moving objects and can also be used to build electronic devices for various purposes (amplifying devices with special types of transfer functions, generators, functional converters, analog storage devices, stabilizers, various circuits compensation, etc.). in particular for the construction of the PID devices

с неограниченным временем хранени результата интегрировани , широко примен емых в системах управлени движущихс объектов .with unlimited storage of the result of integration, widely used in control systems of moving objects.

Известен больщой р д интегрирующих устройств с ограниченным вре.менем хранени результата интегрировани , основным элементом в которых вл етс операционный усилитель с интегрирующим конденсатором в цепи отрицательной обратной св зи и коммутирующее устройство, подключаемое своим выходом ко входу интегратора 1) A large number of integrating devices with a limited integration result storage time are known, the main element of which is an operational amplifier with an integrating capacitor in the negative feedback circuit and a switching device connected by its output to the input of the integrator 1)

Предельное значение про.межутка времени , в течение которого интегратор необратимо тер ет И9ходпое напр жение результата интегрировани в заданных пределах, определ етс величиной дрейфа тока смещени примен емого класса операционного усилител и значением сопротивлени утечки примен емого типа конденсатора.The limit value of the interstitial time during which the integrator irreversibly loses the I9fedient voltage of the integration result within the specified limits is determined by the magnitude of the bias current drift of the applied class of operational amplifier and the leakage resistance value of the used capacitor type.

Это врем весьма ограничено и не превышает , в случае применени специальных мер стабилизации, значени 3-4 , что вл етс недостаточным дл решени целого р да технических задач и приводит к необходимости использовани механических устройств больщих габаритов, веса и низкой надежности.This time is very limited and does not exceed, in the case of the use of special stabilization measures, the value of 3-4, which is insufficient for solving a whole range of technical problems and necessitates the use of mechanical devices of large dimensions, weight and low reliability.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс аналоговое запоминающее устройство, которое содержит операционный усилитель с интегрирующим конденсатором в цепи отрицательной обратной св зи, коммутирующее устройство, выход которого подключен непосредственно ко входу операционного усилител , на который через один вход ком.мутирующего устройства и его нормально-замкнутые контакты поступает входной сигнал, выход операционного усилител соедин етс со входом преобразовател напр жени в периодическую знакопеременную функцию, выходThe closest in technical essence to the present invention is an analog storage device, which contains an operational amplifier with an integrating capacitor in the negative feedback circuit, a switching device, the output of which is connected directly to the input of the operational amplifier, to which through one input a commutator device and normally closed contacts the input signal enters, the output of the operational amplifier is connected to the input of the voltage converter in a periodic sign belt function, output

которого подключаетс к другому входу коммутирующего устройства 2.which is connected to another input of the switching device 2.

В замкнутый контур интегратора введен преобразователь напр жени в периоди-ческую знакопеременную функцию. При этом значение напр жени Ueu. , соответствующее компенсирующему узлу функции Un f {Ugt« ), в устройстве не сохран етс независимо от времени, а продолжает измен тьс в установившемс направлении благодар действию в замкнутом контуре цепи задержки , вл ющейс причиной накоплени статической ощибки рассогласовани при этом скорость движени Uj, уменьшаетс , но не равна нулю.A voltage converter is introduced into the integrator’s closed loop into a periodic alternating sign function. The value of the voltage Ueu. corresponding to the compensating node of the function Un f (Ugt), is not saved in the device regardless of time, but continues to change in the established direction due to the action of the delay circuit in the closed loop, which causes the static error of the error to accumulate and the speed of movement Uj decreases. but not equal to zero.

Полна компенсаци может быть только при наличии формировани устройством в замкнутом контуре интегратора зон «захвата (гистерезиса) вокруг соответствующих узловых точек с периодическим из.менением знака управл ющего сигнала.Full compensation can be only if the device forms in the closed loop of the integrator zones of "capture (hysteresis)" around the corresponding nodal points with a periodic change in the sign of the control signal.

Рекомендуемое в схеме устройства непосредственное подключение выхода преобразовател ко входу операционного усилител создает реальные предпосылки дл возникновени генерации в интеграторе и потере устойчивости устройства в цело.м.The direct connection of the converter output to the input of the operational amplifier, recommended in the device circuit, creates real prerequisites for the generation of an integrator and the loss of device stability as a whole.

Основным недостатком известного устройства вл етс ограниченное врем хранени результата интегрировани при сложных технических предпосылках к реализации преобразовател напр жени в периодическую знакопеременную функцию.The main disadvantage of the known device is the limited storage time of the integration result under complex technical prerequisites for the implementation of a voltage converter in a periodic sign-variable function.

ЦелЬ изобретени - увеличение времени хранени устройства.The purpose of the invention is to increase the storage time of the device.

Поставленна цель достигаетс тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, в цепи обратной св зи которого включен накопительный элемент, преобразователь напр жени , вход которого соединен с выходом one рационного усилител и выходом устройства , коммутатор, первый вход которого подключен ко входу устройства, а второй вход соединен с шиной управлени режимом пам ти, и шину нулевого потенциала, введены пороговый элемент, триггер, пассивный элемент, два ключа и шины положительного и отрицательного напр жени управлени , соединенные соответственно с первыми входами ключей, вторые входы которых подсоединены к выходам триггера выходы ключей соединены с третьим входом коммутатора, выход соединен через пассивный элемент со входом операционного усилител , выход преобразовател напр жени подключенко входу порогового элемента, выход которого соединен со входом триггера.The goal is achieved by the fact that in a analog storage device containing an operational amplifier, in the feedback circuit of which a storage element is included, a voltage converter, the input of which is connected to the output of the one-generation amplifier and the output of the device, the switch, the first input of which is connected to the input of the device and the second input is connected to the memory mode control bus, and a zero potential bus, a threshold element, a trigger, a passive element, two keys, and a positive and negative voltage bus are introduced control terminals connected respectively to the first inputs of the keys, the second inputs of which are connected to the trigger outputs, the outputs of the keys are connected to the third input of the switch, the output is connected via a passive element to the input of the operational amplifier, the output of the voltage converter connected to the input of the threshold element, the output of which is connected to the trigger input .

Кроме того, преобразователь напр жени содержит п последовательно соединенных чеек.преобразовани , кажда из которых выполнена на двух диффренциальных усилител х , резисторах и диодах, анод первого и катод второго которых соединены с шиной нулевого потенциала, катод первого и анод второго диодов подключены через первыйIn addition, the voltage converter contains n series-connected conversion cells, each of which is made on two differential amplifiers, resistors and diodes, the first anode and the second cathode of which are connected to the zero potential bus, the first cathode and the second anode of the second diode are connected through the first

резистор к выходу первого дифференциально го усилител , инвертирующий вход которого соединен с выходом чейки преобразовани и выходом второго дифференциального усилител , охваченного обратной св зью по инвертирующему входу, неинвертирующий вход первого дифференциальногоусилител соединен со входом чейки преобразовани и через второй резистор с инвертирующим входом второго дифференциального усилител , неинвертирующий вход которого подсоединен через третий резистор к шине нулевого потенциала, а через четвертый резистор к катоду первого и аноду второго диодов.a resistor to the output of the first differential amplifier, the inverting input of which is connected to the output of the conversion cell and the output of the second differential amplifier covered by feedback through the inverting input; the non-inverting input of the first differential amplifier is connected to the input of the conversion cell and through the second resistor to the inverting input of the second differential amplifier, the non-inverting input of which is connected via the third resistor to the zero potential bus, and through the fourth resistor to the cathode do the first and the anode of the second diode.

На фиг. 1 изображена функциональна схема устройства; на фиг. 2 - диаграммаFIG. 1 shows a functional diagram of the device; in fig. 2 - chart

работы чейки преобразовани ; на фиг. 3 - временна диаграмма работы ключей; на фиг. 4 - временна диаграмма устройства. Аналоговое запоминающее устройство содержит шину 1 управлени режимом пам ти , операционный усилитель 2, накопительный элемент 3 (конденсатор),пассивный элемент 4, коммутатор 5, преобразователь 6 напр жени , состо щий из чеек-преобразовани 7.1-7.П, пороговый элемент 8, триггер 9, ключи 10 и 11,шины 12 и 13 положительного и отрицательного напр жени управлени и шину 14 нулевого потенциала. Кажда чейка преобразовани , например 7.1, содержит дифференциальные усилители 15 и 16, диоды 17 и 18 и резисторы 19-23. Устройство работает следующим образом.conversion cell operations; in fig. 3 - time diagram of the operation of keys; in fig. 4 - time diagram of the device. The analog storage device comprises a memory mode control bus 1, an operational amplifier 2, a storage element 3 (capacitor), a passive element 4, a switch 5, a voltage converter 6 consisting of a 7.1-7 conversion cell., A threshold element 8, the trigger 9, the keys 10 and 11, the buses 12 and 13 of the positive and negative control voltages and the bus 14 of zero potential. Each conversion cell, such as 7.1, contains differential amplifiers 15 and 16, diodes 17 and 18, and resistors 19-23. The device works as follows.

0 Устройство работает в режиме интегрировани и в режиме пам ти.0 The device operates in integration mode and in memory mode.

Режим .интегрировани . Входной управл ющий сигнал (U.) через коммутатор 5 поступает иа вход усилител 2, выходное напр жение которого измен етс в соответствии с выражениемIntegration mode. The input control signal (U.) through the switch 5 enters and the input of amplifier 2, the output voltage of which varies in accordance with the expression

Ue«.. Ue "..

где - суммарный входной ток; дt - врем интегрировани ;where is the total input current; dt is the integration time;

С4 -.номинал конденсатора 3 в цепи отрицательной обратной св зи операционного усилител 2. Значение входного тока () определ етс выражением 5 в +ПсмЬЬРуг1,C4 is the nominal of the capacitor 3 in the negative feedback circuit of the operational amplifier 2. The value of the input current () is determined by the expression 5 in + Псмььруг1,

где1) - входной ток усилител 2, определ емый отношением U jt/P/;,; R -сопротивление резистора .4; 1 см1-ток смещени операционного уси°лител 2;where1) is the input current of amplifier 2, defined by the ratio U jt / P /;,; R is the resistance of the resistor .4; 1 cm1 current bias operating voltage usi 2;

I yrl--ток утечки конденсатора 3. Дл внешнего управлени процессом интегрировани должно выполн тьс неравенство;I yrl is the leakage current of the capacitor 3. For the external control of the integration process, the inequality must be satisfied;

Claims

, (1Л у- The presence in all types of operational amplifiers and capacitors of the current of mixing and leakage resistance (t) is the determining factor of the limited storage time of the result of integration with a given accuracy. The number of nodal points at which the voltage passes through a zero value is determined the number of elementary voltage conversion cells 7.1.-7.p, which is selected based on the specified maximum operating level of the output voltage of the amplifier and the accuracy of the device in memory mode integration result. The required number of elementary cells of converter 6 is determined by the expression / oo / o 51, where 6% is the specified value of the relative memory error of the integration result. The maximum absolute error of the device in the memory mode is determined by the expression - J. .., lOOlo 6bl ) l .. Memory mode. When a memory mode control command is issued, the switch 5 closes the feedback circuit consisting of voltage converter 6, threshold element 8, trigger 9 and keys 10 and 11. Threshold element 8 implements the transfer function defined by - E and EO voltage level at the output of converter 6; - the setting threshold of the element 8. The change in the function f (y) is represented by the graph 25 in FIG. 3. In trigger 9 a counting input is used, and its outputs in a logical "I state" are controlled alternately by closing the keys (graphs 26 and 27 in Fig. 3). The voltage level () ..) is selected from the condition: JOVnpJ IBK. + VI “Consider the time process” of capturing the result of integration using the example of the potential T.A (Fig. 4). For the value of U out amplifier 2 equal to the potential T.A, one output of flip-flop 9 controlling the switch 10 (+) begins to shift the output voltage of amplifier 2 downwards to a value (Uoi) at which element 8 is triggered and caused change of the logical states of the outputs of the trigger 9 to the opposite of the initial one. The switch 10 opens and the switch 11 closes and a voltage (Uynp) starts to flow to the input of amplifier 2, which reduces the output voltage of amplifier 2 upwards to a value (Uo (+ + с о), at which element 8 is again triggered Changing the states of the outputs of trigger 9 to the initial one. This process repeats indefinitely in time, forming around the nodal point O | a stable "capture" zone (hysteresis of the "lock") of the integration result. Having considered the similar process "potential capture" (Fig. 3) discover that zone "Capture for potential t. B is formed around the node Oz closest to it. When the polarity Ujnp changes at the inputs of keys 10 and 11 to the reverse, stable node points around which the device forms capture zones will become points of the output characteristic of converter b- O j, Ots, etc. The memory process in a closed loop has a self-oscillating character (Fig. 4). The switching time (ta) is defined by the expression T, I T-R where G Rx-Ca is the integration time of amplifier 2 .. To eliminate the "device malfunction when . Lichii external noise pulsed nature is necessary to satisfy the inequality n e -time switching; tnoM is the duration of the external impulse noise; tj is the guaranteed maximum switching time of relay elements entering the closed loop. When the condition for elimination of failures is fulfilled, the device is fully guaranteed against the influence of external impulse noise occurring in control systems with a large number of induction switches. The proposed device, realized by the methods of the modern LSI production technology, makes it possible to increase the reliability of the device by excluding mechanical devices of a similar purpose, reducing its size, weight, and cost. 1. Analog memory device containing an operational amplifier, the feedback circuit includes a storage element, a voltage converter, the input of which is connected to the output of the operational amplifier and the output of the device, a switch, the first input of which is connected to the input of the device, and the second input connected to the memory management bus, and a zero potential bus, characterized in that, in order to increase the storage time of the device, a threshold element, a trigger, a passive elec The ent, two keys and buses of positive and negative control voltage, connected respectively to the first inputs of the keys, the second inputs of which are connected to the trigger outputs, the outputs of the keys connected to the third input of the switch, the output of which is connected through the passive element to the input of the operational amplifier output of the voltage converter connected to the input of the threshold element, the output of which is connected to the input of the trigger. 2. The device on n. 1, characterized in that the voltage converter contains n series-connected preamp cells, each of which is made on two differential amplifiers, resistors and diodes, the first anode and the second cathode are connected to a zero potential, the first cathode and the second anode of the second diode are connected through the first resistor to the output of the first differential amplifier, the inverting input of which is connected to the output of the conversion cell and the output of the second differential amplifier covered by feedback on the inverting input, a non-inverting input of the first differential amplifier is connected to the input of cell transformation and through a second resistor to the inverting input of the second differential amplifier, the non-inverting input of which is connected via a third resistor to the ground potential bus and via a fourth resistor to the cathode first and the anode of the second diode. Sources of information taken into account in the examination 1. Smolov V. B. Analog computing MaujHHbi. M., “Higher School, 1972, p. 164-184.

2.Certificate of the USSR №424156, cl. G 11 C 27/00, 1974 (prototype).

noftamb

OfXI-H, -, JlaoiM 17 ate

Unof

to us is

/, - /; Auoli, 17tH fruaiatf No. titfifemtfifin

f uemef IS

,, „

.A / f

-Utac.K

FIG. g

and

You)(

but,

BUT

memory

x

Uijnp

yyk h: h pa / v / 7 s /. : vr