SU918881A2

SU918881A2 - Digital phase-meter

Info

Publication number: SU918881A2
Application number: SU802924087A
Authority: SU
Inventors: Лев Григорьевич Агаханов; Виктор Павлович Горбиль; Анатолий Леонидович Демко; Валерий Максимович Скрипников
Original assignee: Красноярский Политехнический Институт
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1982-04-07

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения параметров систем, импульсно-фазового управления вентильными преобразователями.The invention relates to instrumentation and is intended for measuring system parameters, pulse-phase control of valve converters.

По основному авт. св. № 543885 известен цифровой фазометр, содержащий входной блок, умножитель частоты, блок совпадения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами входного блока и умножителя ’ частоты, а выход подключен ко входу счетчика, Делитель частоты, вход которого соединен с шиной опорного сигнала, а выход - со входом умножителя частоты и блок отсчета числа измерений, вход которого соединен с шиной измеряемого сигнала, а выход подключен к третьему входу блока совпадения [Q. .According to the main author. St. No. 543885, a digital phase meter is known comprising an input unit, a frequency multiplier, a coincidence unit, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the input unit and frequency multiplier ', and the output is connected to the counter input, a frequency divider, the input of which is connected to the reference signal bus, and the output - with the input of the frequency multiplier and the reference unit of the number of measurements, the input of which is connected to the bus of the measured signal, and the output is connected to the third input of the coincidence unit [Q. .

Однако устройство имеет значительную погрешность определения измеряемого значения фазы, обусловленную ложным переходом через нулевой уровень опорного сигнала из-за помех и искажений формы напряжения.However, the device has a significant error in determining the measured phase value due to a false transition through the zero level of the reference signal due to interference and distortion of the voltage shape.

Цель изобретения - повышение точности измерения.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий входной блок, умножитель частоты,блок совпадения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами входного блока и умножителя частоты, а выход подключен ко входу счетчика, делитель частоты, вход которого соединен с входным блоком,' а выход - со входом умножителя частоть! и блок отсчета числа измерений, вход которого соединен с входным блоком, а выход подключен к третьему входу блока совпадения, введены формирователь периода, измеритель ортогональных составляющих и вычислительный блок,причем входы формирователя периода и вход измерителя ортогональных составляющих объединены и соединены с шиной опорного напряжения, выход формирователя периода соединен с входом блока отсчета числа измерений, выход которого подключен к управляющим входам вычислительного блока и измерителя ортогональных составляющих, выходы которого соединены с первым и вторым входами вычислительного блока, третий вход которого соединен с выходом счетчика.This goal is achieved by the fact that in a digital phase meter containing an input unit, a frequency multiplier, a coincidence unit, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the input unit and the frequency multiplier, and the output is connected to the counter input, the frequency divider, the input of which is connected to the input block, 'and the output is with the frequency multiplier input! and a unit for counting the number of measurements, the input of which is connected to the input unit, and the output is connected to the third input of the coincidence unit, a period former, a meter of orthogonal components and a computational unit are introduced, the inputs of the period former and the input of the meter of orthogonal components combined and connected to the voltage reference bus, the output of the period former is connected to the input of the reference unit of the number of measurements, the output of which is connected to the control inputs of the computing unit and the meter of orthogonal components, in passages which are connected to first and second inputs of the computing unit, a third input coupled to an output of the counter.

На фиг. 1 представлена структурная схема фазометра; на фиг, 2 - диаграммы, поясняющие работу фазометра.In FIG. 1 is a structural diagram of a phase meter; in Fig.2 - diagrams explaining the operation of the phase meter.

Цифровой фазометр содержит входной блок 1, первый вход которого соединен с делителем 2 частоты, а второй вход с блоком 3 отсчета числа измерений. Выход делителя 2 частоты подключен к входу умножителя 4 частоты, выход которого, а также выходы входного блока 1 и блока 3 отсчета числа измерений подключены к соответствующим входам блока 5 совпадений, соединенного последовательно со счетчикомThe digital phase meter contains an input unit 1, the first input of which is connected to a frequency divider 2, and the second input with a block 3 of the reference number of measurements. The output of the frequency divider 2 is connected to the input of the frequency multiplier 4, the output of which, as well as the outputs of the input unit 1 and unit 3 of the reference number of measurements, are connected to the corresponding inputs of the coincidence unit 5, connected in series with the counter

6. Вход формирователя 7 периода соединен с входом измерителя 8 ортогональных составляющих, выходы которого подключены к первому и второму входам вычислительного блока 9, третий вход которого соединен с выходом счетЧика6. The input of the period former 7 is connected to the input of the orthogonal component meter 8, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the computing unit 9, the third input of which is connected to the output of the counter

6. Выход блока 3 отсчета числа измерений подключен к угуэавляющим входам измерителя 8 ортогональных составляющих и вычислительного блока 9.6. The output of the block 3 of the reference number of measurements is connected to the guaia inputs of the meter 8 orthogonal components and the computing unit 9.

Работа устройства начинается с момента появления сигнала на выходе, формирователя 7 периода. Этот сигнал поступает на входной блок 1, который формирует импульсы с длительностью, пропорциональной фазовому сдвигу сигна,ла управления относительно момента появления сигнала на выходе формирователя 7 периода. Одновременно сигнал управления поступает на вход делителя 2, имеющего коэффициент деления п, выход которого подключен ко входу умножителя 4 с коэффициентом умножения т, причем пит выбраны взаимно ‘ простыми числами, а выходные импульсы умножителя частоты поступают на вход блока 5 совпадений.The operation of the device starts from the moment the signal at the output, the shaper 7 period. This signal is supplied to the input unit 1, which generates pulses with a duration proportional to the phase shift of the signal, control la relative to the moment the signal appears at the output of the period former 7. At the same time, the control signal is fed to the input of the divider 2, having a division coefficient n, the output of which is connected to the input of the multiplier 4 with the multiplication coefficient m, and the pits are chosen mutually ыми by primes, and the output pulses of the frequency multiplier go to the input of the coincidence block 5.

Блок 3 отсчета числа измерений, производит отсчет числа измерений, количество которых равно коэффициенту деления делителя 2, т.е. п, или кратно ему. Отсчет числа измерений производится путем подсчета числа периодов напряжения на выходе формирователя 7 периода, соответствующих началам формирования каждого из периодов опорного напряжения. В течении η периодов частоты опорного сигнала импульсы с выходом блока 5 совпадений могут проходить на счетчик 6. После окончания п-го измерения на выходе счетчика 6 образуется цифровой код, пропорциональный измеренному сдвигу фаз между сигналом управления и началом периода опорного напряжения.Block 3 of the reference number of measurements, counts the number of measurements, the number of which is equal to the division coefficient of divider 2, i.e. n, or a multiple of him. The count of the number of measurements is made by counting the number of voltage periods at the output of the shaper 7 of the period corresponding to the beginnings of the formation of each of the periods of the reference voltage. During η periods of the frequency of the reference signal, pulses with the output of the coincidence block 5 can pass to the counter 6. After the fifth measurement is completed, a digital code is generated at the output of the counter 6, which is proportional to the measured phase shift between the control signal and the beginning of the reference voltage period.

Одновременно с началом описанного процесса измерения фазового сдвига между сигналом управления и началом формирования периода опорного напряжения на интервале времени равном η периодов опорного напряжения происходит измерение амплитуд ортогональных составляющих первой гармоники опорного напряжения, которые после окончания η-го периода по сигналу с выхода блока 3 отсчета числа измерений вводятся одновременно с выходным кодом счетчика 6 в вычислительный блок 9, где происходит вычисление фазового угла Ф сигнала управления относительно начала положительного полупериода первой гармоники опорного напряжения где А1в<40 I на фиг.26). Сигнал ψ = + arctg фазовый угол сигнала управления относительно начала выделенного периода; квадратурная составляющая; синфазная составляющая опорного напряжения на периоде, выделенном формирователем 7 периода .Simultaneously with the beginning of the described process of measuring the phase shift between the control signal and the beginning of the formation of the reference voltage period at a time interval equal to η periods of the reference voltage, the amplitudes of the orthogonal components of the first harmonic of the reference voltage are measured, which, after the end of the η-th period, are measured by the signal from the output of block 3 of the reference number measurements are entered simultaneously with the output code of the counter 6 in the computing unit 9, where the phase angle Φ of the control signal is calculated relative to beginning the positive half cycle of the fundamental reference voltage wherein A1B <40 I in Figure 26). Signal ψ = + arctg phase angle of the control signal relative to the beginning of the selected period; quadrature component; the in-phase component of the reference voltage in the period selected by the periodics 7.

Расположение первой гармоники опорного напряжения на ортогональные составляющие производится относительно начала выделенного формирователем 7 периода этого напряжения (точка t_c~ I, соответствующий началу сформированного периода (фиг. 2в), на котором производится разложение первой гармоники опорного напряжения на ортогональные составляющие, поступает с формирователя 7 периода на измеритель 8 ортогональных составляющих через блок 3 отсчета числа измерений.· Разложение первой гармоники опорного напряжения на ортогональные, составляющие производится измерителем 8 ортогональных составляющих.The location of the first harmonic of the reference voltage into orthogonal components is made relative to the beginning of the period selected by the shaper 7 of the voltage (point t _c ~ I corresponding to the beginning of the generated period (Fig. 2c), at which the first harmonic of the reference voltage is decomposed into orthogonal components, comes from the shaper 7 period to the meter 8 orthogonal components through block 3 counting the number of measurements. · Decomposition of the first harmonic of the reference voltage into orthogonal components produced by the meter 8 orthogonal components.

Формирователь 7 периода позволяет исключить влияние ложных нулей.The shaper of period 7 eliminates the influence of false zeros.

Это достигается тем, что относительно начала выделенного с помощью формирователя 7 периода интервала sThis is achieved by the fact that relative to the beginning of the interval s

времени, равного периоду опорного напряжения (отрезок Т на фиг. 2в), происходит измерение фазового положения сигнала управления (угол на фиг. 2в) и выделение ортогональных составляющих первой гармоники опорного напряжения (фиг. 2г), по которым вычисляется в вычислительном блоке 9 угол I? (фиг. 26). Формирователь 7 периода может быть построен по принципу фазовой автоподстройки частоты, позволяющей следить' за частотой и периодом опорного напряжения практически с абсолютной точностью.time equal to the period of the reference voltage (segment T in Fig. 2c), the phase position of the control signal is measured (angle in Fig. 2c) and the orthogonal components of the first harmonic of the reference voltage are extracted (Fig. 2d), by which the angle is calculated in the computing unit 9 I? (Fig. 26). Shaper 7 of the period can be built on the principle of phase-locked loop frequency, allowing you to monitor the frequency and period of the reference voltage with almost absolute accuracy.

Формирование синфазной и квадратур ной составляющих' первой гармоники сводится к раздельному измерению его фазового положения относительно начала выделенного периода опорного напряжения и измерению амплитуд орто$ тональных составляющих первой гармоники опорного напряжения на этом периоде, по которым вычислительный блок вырабатывает сигнал, пропорциональный фазе сигнала управления относи Ю тельно начала положительного полупериода первой гармоники входного сигнала, т.е. позволяет повысить точность результатов определения фазового положения сигнала управления отно15 сительно опорного синусоидального напряжения в условиях наличия помехи, в частности коммутационных провалов опорного напряжения и измерение амплитуд этих составляющих происходит в измерителе 8 ортогональных состав- 20 ляющих. Измеренные амплитуды синфазной и квадратурной составляющих поступают в вычислительный блок 9.The formation of the in-phase and quadrature components of the first harmonic is reduced to separately measuring its phase position relative to the beginning of the selected reference voltage period and measuring the amplitudes of the orthogonal components of the first harmonic of the reference voltage at this period, from which the computing unit generates a signal proportional to the phase of the control signal relative to at the beginning of the positive half-cycle of the first harmonic of the input signal, i.e. allows to increase the accuracy of the results of determining the phase position of the control signal relative to the reference sinusoidal voltage in the presence of interference, in particular switching dips of the reference voltage, and the amplitudes of these components are measured in a meter of 8 orthogonal components of 20. The measured amplitudes of the in-phase and quadrature components enter the computing unit 9.

Начало сформированного интервала времени, равного периоду опорного на-25 пряжения, имеет произвольное фазовое положение относительно начала положительного полупериода первой гармоники опорного напряжения, что следует из принципа действия системы фат зо зовой автоподстройки частоты. Поэтому фазовый уг.ол I? сигнала управления относительно начала положительного полупериода первой гармоники отличается от фазового угла сигнала управления относительно начала выдег ленного периода .на величину1 которая является промежуточным результатом вычисления в блоке 9.The beginning of the formed time interval, equal to the period of the reference voltage of 25, has an arbitrary phase position relative to the beginning of the positive half-period of the first harmonic of the voltage reference, which follows from the principle of operation of the fat-phase frequency locked loop. Therefore, the phase angle ол I? the control signal relative to the beginning of the positive half-period of the first harmonic differs from the phase angle of the control signal relative to the beginning of the extended period. by a value of 1 which is an intermediate result of the calculation in block 9.

Введение новых функциональных узлов и их связей позволяет при определении фазового положения сигнала управления исключить влияние ложных нулей искаженного входного опорного напряжения. При этом измерение фазового положения сигнала управления напряжения в промышленных сетях с нелинейной и резко.переменной нагрузкойThe introduction of new functional units and their connections makes it possible to eliminate the influence of false zeros of the distorted input reference voltage when determining the phase position of the control signal. In this case, the measurement of the phase position of the voltage control signal in industrial networks with non-linear and abruptly variable load

Claims

The invention relates to instrumentation and is intended for measuring the parameters of systems, pulse-phase control of valve converters. According to the main author. St. Ni 5i3885 is known for qi (} a phase meter containing an input unit, a frequency multiplier, a coincidence unit, the first and the input of which are connected respectively to the outputs of the input unit and frequency multiplication, and the output is connected to the meter running, Frequency Heater, which is connected to the bus the reference signal, and the output is with the input of the frequency multiplier and the unit of reference of the number of measurements, the input of which is connected to the bus of the measured signal, and the output is connected to the third input of the block is Llj. However, the device has a significant error defined and the measured phase value due to a false transition through the zero level of the reference signal due to noise and voltage waveforms. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. The goal is achieved by having a digital phase meter containing an input unit, a frequency multiplier, a coincidence unit, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the input unit and the frequency multiplier, and the output is connected to the counter input, the frequency divider, whose input is connected to the input block, and the output - to the multiplication input The frequency bodies and the unit of reference for the number of measurements, the input of which is connected to the input unit, and the output connected to the third input of the coincidence unit, are entered (1) the period former, the orthogonal components meter and the computation unit, and the inputs of the period former and the meter components of the orthogonal components are combined and connected to the reference voltage bus, the output of the period generator 39 is connected to the input of a block of the number of measurements, the output of which is connected to the control inputs of the computing unit and the orthogonal meter 's constituents, which outputs are connected to first and second inputs of the computing unit, a third input coupled to an output of the counter. FIG. 1 shows the phase meter structure; in fig. 2 - diagrams explaining the operation of the phase meter. The digital phase meter contains an input unit 1, the first input of which is connected to frequency divider 2, and the second input with unit 3 of the measurement number reference. The output of the frequency divider 2 is connected to the input of the multiplier C frequency, the output of which, as well as the outputs of the input unit 1 and unit 3 of the measurement number are connected to the corresponding inputs of the coincidence unit 5 connected in series with the counter 6, the periodformer input 7 is connected to the input of the meter 8 orthogonal components, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the computing unit 9, the third input of which is connected to the output of the counting unit 6. The output of the reference block of the number of measurements is connected to the control inputs of the measurement L 8 orthogonal components and computing unit 9. The work unit starts from the time of occurrence of the signal on the output 7 shaper period. This signal arrives at the input unit 1, which generates pulses with a duration proportional to the phase shift of the control signal relative to the time of the signal at the output of the period mapper 7. At the same time, the control signal is fed to the input of divider 2, having a divider factor n, the output of which is connected to the input of the multiplier Ts. With a multiplication factor, and the pit is chosen as mutually prime numbers, and the output pulses of the frequency multiplier are fed to the coincidence unit 5. , Unit 3 reads the number of measurements, makes a count of the number of measurements, the number of which is equal to the division factor of divider 2, i.e., n, or a multiple of it. The measurement of the number of measurements is made by counting the number of periods of voltage at the output of the former 7 periods, corresponding to the principles of the formation of each of the periods of the reference voltage. During n periods 81 of the frequency of the reference signal, pulses with the output of block 5 matches can pass to counter 6. After the end of the nth measurement, the output of counter 6 produces a digital code proportional to the measured phase shift C between the control signal and the beginning of the reference voltage period. Simultaneously with the beginning of the described process of measuring the phase shift between the control signal and the beginning of the formation of the period of the reference voltage, the amplitudes of the orthogonal components of the first harmonic of the reference voltage are measured on the time interval after the end of the nth period of the signal from the output The block 3 of the number of measurements is entered simultaneously with the output code of the counter 6 into the computing unit 9, where the phase angle H of the relative control signal is calculated. B the beginning of the positive half cycle of the first harmonic of the reference voltage. I f, - arctg 1, where 4-1 is the phase angle of the control signal relative to the beginning of the selected period; quadratic component; in-phase component of the reference voltage on the period allocated by the former 7 period. The location of the first harmonic of the reference voltage on the orthogonal components is made relative to the beginning of the period of this voltage selected by the shaper 7 (point t of fig 26). The signal corresponding to the beginning of the formed period (Fig. 2c), on which the peri-harmonics of the reference voltage are decomposed into orthogonal components, comes from the period generator 7 to the orthogonal components meter 8 through the measurement number reference 3 unit .; The decomposition of the first rapMONIKI of the reference voltage into orthogonal components is carried out by measuring 8 orthogonal components. The shaper 7 period eliminates the effect of false zeros. This is achieved by the fact that the phase position of the control signal (angle on) is measured relative to the beginning of the time interval selected by the shaper 7 period, equal to the reference voltage period (segment T in Fig. 2c). Fig. 2c) and the selection of the orthogonal components of the first harmonic of the reference voltage (Fig. 2d), which are used to calculate the angle t (Fig. 26) in the computing unit 9, the period former 7 can be built on the principle of phase shift simplicity, allows the guide sleditk frequency and period reference voltage with almost complete accuracy .. formation phase and square hydrochloric constituting the first harmonic of the reference voltage and the measurement of the amplitudes of these components occurs in the meter 8 orthogonal components. The measured in-phase amplitudes (and the quadrature components are supplied to the computing unit 9. The beginning of the formed time interval equal to the period of the reference for the yarn has an arbitrary phase position relative to the beginning of the positive half-period of the first harmonic of the reference voltage, which follows from the principle of Phase-locked loop frequency control systems. Therefore, the phase angle M of the control signal relative to the beginning of the positive half-period of the first harmonic differs from the phase angle If of the control signal relative to For example, the beginning of a given period (of the period ga), which is the intermediate result of the calculation in block 9, the introduction of new functional units and their connections, makes it possible to eliminate the effect of false zeros of a distorted input reference voltage when determining the phase position of the control signal. phase position of the control signal is reduced to separate measurement of its phase position relative to the beginning of the selected period of the reference voltage and to measuring the amplitudes of the orthogonal components of the first nicks reference voltage at this period for which the calculation unit generates a signal proportional to the phase control signal relative to the beginning of the positive half cycle of the first harmonic of the input signal, i.e., allows to increase the accuracy of the results of determining the phase position of the control signal relative to the reference sinusoidal voltage in the presence of interference, in particular switching voltage dips in industrial networks with nonlinear and sharply variable load. The invention of the digital phase meter according to ed.St. characterized in that, in order to improve measurement accuracy, a period former, an orthogonal component meter and a computing unit are introduced in it, the inputs of the period generator and the orthogonal components meter are connected to the reference voltage bus, the period generator output is connected to the input block of the number of measurements, the output of which is connected to the control inputs of the computing unit and the orthogonal component meter, whose outputs are connected to the first and second inputs of the calculated of the current unit, the third input of which is connected to the output of the counter. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR Author's Certificate No., cl. G 01 R 25/00, 01/27/76.

Fu, f