SU960658A1

SU960658A1 - Digital device for measuring phase angle

Info

Publication number: SU960658A1
Application number: SU803009852A
Authority: SU
Inventors: Борис Константинович Крамаренко; Арон Маркович Агизим
Original assignee: Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола
Priority date: 1980-12-01
Filing date: 1980-12-01
Publication date: 1982-09-23

Description

ности измерени при углах момента стробировани , близких к 90, обусловленное тем, что вычисление этих углов производитс через функцию arcs 1 п.measurement at angles of gating moment close to 90, due to the fact that the calculation of these angles is performed through the function arcs 1 p.

Целью изобретени вл етс снижение габаритов устройства при сохранении высокой точности измерени .The aim of the invention is to reduce the size of the device while maintaining high measurement accuracy.

Поставленна цель достигаетс , тем, что в устройство, содержащее два аналого-цифровых преобразовател первые входы которых вл ютс входами устройства, блок управлени выборками , вход которого подключен к одному из входов устройства, а выходы - к соответствующим вторым входам аналого-цифровых преобразователей , формирователь временного интервала , выход которого вл етс выходом устройства, введены генератор тактовых импульсов, два ключа и два The goal is achieved by the fact that in a device containing two analog-to-digital converters the first inputs of which are the inputs of the device, a sampling control unit whose input is connected to one of the inputs of the device and the outputs to the corresponding second inputs of analog-digital converters time interval, the output of which is the output of the device, a clock pulse generator, two keys and two

цифровых синусно-косинусных функциональных преобразовател , первые входы которых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, вторые входы - с выходами блока управлени выборками, третьи входы - с выходом генератора тактовых импульсов через ключ, первые выходы подключены к входам формировател временного интервала и к выключающим входам соответствующих ключей, а вторые выходы вл ютс выходами устройства, включающие, входы ключей соединены с выходом блока управлени выборками.digital sine-cosine function converters, the first inputs of which are connected to the outputs of the corresponding analog-digital converters, the second inputs - to the outputs of the sampling control unit, the third inputs - to the output of the clock generator through a key, the first outputs are connected to the inputs of the time interval generator and to the off the inputs of the respective keys, and the second outputs are the device outputs, including the key inputs connected to the output of the sampling control unit.

На фиг. 1 представлена структурна схема цифрового устройства дл измерени фазового угла; на фиг. 2 структурна схема цифрового синуснокосинусного .функционального преобразовател ; на фиг. 3 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства . IFIG. 1 shows a block diagram of a digital device for measuring a phase angle; in fig. 2 is a block diagram of a digital sine-sinus mapping functional transducer; in fig. 3 - timing diagrams for the operation of the device. I

Цифровое.устройство дл измерени Digital measuring device

фазового угла содержит два аналогоцифровых преобразовател 1 и 2, блок 3 управлени выборками, формирователь 4 временного интервала, два цифровых синусно-косинусных функциональных преобразовател 5 и 6, генератор 7 тактовых импульсов и два ключа 8 и 9. Информационными входами 10 и 11 устройства вл ютс информационные входы анал.ого-цифровых преобразователей 1 и 2, кроме того, один из входов 10 устройства подключен к блоку 2 управлени выборками. Выходы аналого-цифровых преобразователей 1 и 2 соединены с информационными входами 12 цифровых синусно-косинусных функциональных преобразователей 5 Кб, выходы 13 которых вл ютс выходами амплитудных значений сигналов напр жени и тока устройства , а выходы 14 подключены ко входам формировател 4 временного интервала и выключающим входам ключей 8 и 9. Выходы блока 3 управлени выборками подключены к управл кицим входам аналого-цифровых преобразователей 1, 2 и входам 15 упралени установкой функциональных преобразователей 5 и 6, а также ко включающим входам ключей 8 и 9. Выход генератора 7 тактовых импульсов соединен со входами ключей В и 9, выходы которых подключены ко входам 16 тактовых импульсов функциональных преобразователей 5 и 6. Выход 17 формировател 4 временного -интервала вл етс фазовым выходом устройства.phase angle contains two analog-to-digital converters 1 and 2, sample control block 3, time interval shaper 4, two digital sine-cosine function transducers 5 and 6, clock generator 7 and two keys 8 and 9. Device information inputs 10 and 11 are information inputs of analog-digital converters 1 and 2, in addition, one of the inputs 10 of the device is connected to sample control unit 2. The outputs of analog-to-digital converters 1 and 2 are connected to the information inputs of 12 digital sine-cosine functional converters 5 KB, the outputs 13 of which are the outputs of the amplitude values of the voltage and current signals of the device, and the outputs 14 are connected to the inputs of the imaging device 4 time interval and switching off the inputs keys 8 and 9. The outputs of the sample control unit 3 are connected to the control inputs of the analog-digital converters 1, 2 and the control inputs 15 by installing functional converters 5 and 6, as well as in the key inputs 8 and 9. The output of the clock generator 7 is connected to the inputs of the keys B and 9, the outputs of which are connected to the inputs 16 clock pulses of the functional converters 5 and 6. The output 17 of the time interval 4 of the time interval is the phase output of the device.

Ключи 8 и 9 выполнены, в виде элементов совпадени . Блок 3 управлени выборками выполнен на базе изв .естных устройств, используемых по пр мому назначению и содержит узел измерени периода входного сигнала, узел выработки стробирующих импульсов и узел синхронизации. Формирователь 4 временного интервала выполнен в виде элемента совпадени .Keys 8 and 9 are made, in the form of matching elements. The sampling control unit 3 is made on the basis of identi ﬁ ed devices used for the direct purpose and contains an input signal period measurement unit, a gate generating unit and a synchronization unit. The time interval imaging unit 4 is configured as a matching element.

Цифровой синусно-косинусный функциональный преобразователь 5 и б состоит из регистра 18 синусной составл ющей и регистра 19 косинусной составл ющей и четырех сумматоров 20-23 (фиг. 2).The digital sine-cosine functional transducer 5 and b consists of a register 18 of a sine component and a register 19 of a cosine component and four adders 20-23 (Fig. 2).

Информационные входы 12 функционального преобразовател 5 и 6 соединены с установочными входами регистра 18 синусной составл ющей и регистра 19 косинусной составл ющей . Вход 15 управлени установкой раздельно подключен ко входу управлени установкой регистра 18 синусной составл ющей и ко входу управлени установкой регистра 19 косинусной составл ющей. Вход 16 тактовых импульсов с оединен с импульсными входами регистров 18 и 19 синусной .и косинусной составл ющих. Выходы разр дов регистра 18 синусной составл ющей соединены со входами соответствующих разр дов сумматоров 20 и 23 и со сдвигай на (р+1) разр дов в сторону младших со входами разр дов сумматора 22, а также вл ютс выходсзм 13 амплитудного значени сигнала устройства.The information inputs 12 of the functional converter 5 and 6 are connected to the installation inputs of the register 18 of the sine component and the register 19 of the cosine component. The installation control input 15 is separately connected to the installation control input of the register 18 of the sine component and the installation control input of the register 19 of the cosine component. The input of 16 clock pulses is connected to the pulse inputs of registers 18 and 19 of the sine and cosine components. The outputs of the bits of the register 18 of the sine component are connected to the inputs of the corresponding bits of the adders 20 and 23 and shift to (p + 1) the bits towards the lower bits with the inputs of the bits of the adder 22, and also the output signal 13 of the amplitude value of the device signal.

Выходы разр дов регистра 19 косинусной составл ющей соединены со входами соответствующих разр дов сумматоров 21 и 22 и со сдвигом на (р+1) разр дов в сторону младших со входами разр дов сумматора 23, а выход знакового разр да регистра 19 косинусной составл ющей вл етс выходом 14 функционального преобразовател . Выходы разр дов сумматора 22 подключены со сдвигом на р разр дов в сторону младших ко входа разр дов сумматора 20.The outputs of the register bits 19 of the cosine component are connected to the inputs of the corresponding bits of the adders 21 and 22 and with a shift by (p + 1) bits towards the younger bits with the inputs of the bits of the adder 23, and the output of the sign bit register of the register 19 cosine component vl Output 14 functional converter. The outputs of the bits of the adder 22 are connected with a shift by p bits in the direction of the younger ones to the input of the bits of the adder 20.

Выходы разр дов сумматора 20 сое|динены со входами соответствующих разр дов регистра 18 синусной соста л надей. Выходы разр дов суг/1матора ,23 подключены со сдвигом на р разр дов в сторону младших ко входам разр дов сумматора 21. Йыходы разр дов сумматора 21 соединены со входами соответствующих разр дов регистра 19 косинусной составл ющей . Устройство работает следующим образом. Входные гармонические сигналы и и i, между которыми измер етс фазовый угол f , подаютс на инфор мационные входы устройства 10 и 11, откуда они поступают на информационные входы аналого-цифровых преобразователей 1 и 2, а один из сигналов , например U, подаетс на вход блока 3 управлени выборками. Соответственно частоте входного сигнала блок 3 управлени задает моменты выборок мгновенных значений входных сигналов импульсов t и tдд отстающими друг от друга на врем , равное по длительности четверти периода повторени входного сигнала, что соответствует фазовому углу, равному 90°(фиг. 3 а, б). Через врем , достаточное дл осуществлени преоб разовани входного сигнала в цифровой код, после .импульса t вырабатываетс импульс управлени установ кой регистров 18 синусной составл ющей функциональных преобразователей 5 и б, а после импульса tдд импульс управлени установкой регистров 19 косинусной составл ющей функциональных преобразователей 5 и б. Импульсы управлени выборками подаютс на управл ющие входы аналого-цифровых преобразователей 1 и 2, а импульсы управлени установкой регистров - на входы 15 функциональных преобразователей 5 и 6. В указанные моменты времени аналого цифровые преобразователи 1 и 2 осуществл ют преобразование входных сигналов в цифровой код, при этом через информационные выходы 12 знач ни выборок, соответствующие моменту to, занос тс в регистры 18 синусной составл ющей, а значени выборок , соответствующие моменту t в регистры 19 косинусных составл ющих соответствующих функциональных преобразователей 5 и 6. После осуществлени выборок и занесени их в регистры блок 3 управлени выборками вырабатывает сигнал разрешени преобразовани , который подаетс на включающие входы ключей 8 и 9, Этим разрешаетс прохождение тактовы г импульсов преобразовани , вырабатываемых генератором 7, через ключи В и 9 на входы 16 тактовых импульсов функциональных преобразователей 5 и 6. С поступлением такто вых импульсов на функциональные преобразователи 5 и 6 начинаетс процесс синуснокосинусного функционального преобразовани , при котором значение, занесенное в регистр 18 синусной составл ющей, начинает возрастать по закону синуса, а значение, занесенное в регистр 19 косинусной составл ющей, начинает убывать по закону косинуса (фиг. 3 г, д, е, ж). Таким образом, с каждым тактом преобразовани осуществл етс как бы поворот векторов и и 3 на определенный угол до положени нулевой фазы (фиг. 3 в) . Поступление тактовых импульсов преобразовани на функциональные преобразователи во времени осугцествл етс равномерно, поэтому и поворот векторов осуществл етс равномерно . по времени. Разность во времени меж-ду моментами достижени векторами нулевой фазы свидетельствует о фазовом угле между векторами Л/ . Сигналом о достижении вектором значени нулевой фазы служит изменение знака в знаковом разр де регистра 19 косинусной составл ющей функционального преобразовател 5 и 6. Выходы 14 знаковых разр дов косинусных регистров 19 подаютс на формирователь 4 временного интервала и на выключающие входы ключей 8 и 9. По- этому при достижении каждым из векторов значени нулевой фазы прекращаетс поступление тактовых импульсов преобразовани на этот функциональный преобразователь, прекращаетс дальнейший поворот вектора, а в ре гистре 18 синусной составл ющей установитс значение амплитуды в.ектора . Выходы 13 регистров 18 синусной составл ющей функциональных преобразователей 5 и 6 вл ютс выходами амплитудных значений сигналов напр жени и и тока 3 устройства. Формирователь 4 по сигналам изменени . знаков регистров 19 косинусных составл ющих функциональных преобразователей 5 и 6 формирует сигнал, длительность которого пропорциональна значению фазового угла между сигналами, с выхода формировател 4 сигнал фазы в виде временного интервала поступает на выход 17 устройства. Измерение фазы.возможно как в непрерывном , так и в импульсном режимах работы. Таким образом, применение цифровых функциональных преобразователей и узлов, обеспечивающих их работу, в цифровом устройстве дл измерени фазового угла по двум мгновенным значени м сигнала вместо блоков запоминани мгновенных и вычислени максимальных значений и блоков вычислени значений arcstn позвол ет значительно снизить габариты устройства , одновременно повысив точность измерени . Например, если одно из квадратурных значений сигнала измерено вблизи максимального значени , второе - измерено около нул , и при фиксированной 10-разр дной сетке входного АЦП ошибка в измерении входного сигнала в единицу младшего разр да (0,001) приведет к погрешности в определении фазового угла сЛЧ- 3,з . Максимального значени погрешность достигнет при углах пор дка 45°и будет равна , 5.The outputs of the bits of the adder 20 are connected to the inputs of the corresponding bits of the register 18, the sinus composition of the plugs. The outputs of the bits sug / 1mator, 23 are connected with a shift by a number of bits towards the lower ones to the inputs of the bits of the adder 21. The yyhody of the bits of the adder 21 is connected to the inputs of the corresponding bits of the register 19 cosine component. The device works as follows. The input harmonic signals and and i, between which the phase angle f is measured, are fed to the information inputs of device 10 and 11, from where they are fed to the information inputs of analog-to-digital converters 1 and 2, and one of the signals, for example U, is fed to input block 3 control samples. According to the frequency of the input signal, the control unit 3 sets the moments of the samples of the instantaneous values of the input signals of the t and tdd pulses lagging behind each other by a time equal to a quarter of the repetition period of the input signal, which corresponds to a phase angle of 90 ° (Fig. 3 a, b) . After a time sufficient to convert the input signal into a digital code, after a pulse t, a pulse is generated to control the setting of registers 18 of the sine component of function transducers 5 and b, and after a pulse of tdd a pulse of control of setting registers 19 of the cosine component of function transducers 5 and b. The sample control pulses are fed to the control inputs of analog-to-digital converters 1 and 2, and the register-setting control pulses are fed to the inputs 15 of functional converters 5 and 6. At these time points, the analog converters 1 and 2 convert the input signals into a digital code, here, through the information outputs, 12 values of the samples corresponding to the moment to are entered into registers 18 of the sinus component, and the values of the samples corresponding to the time t into registers 19 of the cosine components of the co The corresponding function converters 5 and 6. After the samples are taken and entered into the registers, the sample control unit 3 generates a conversion enable signal, which is fed to the switching inputs of keys 8 and 9, this allows the passage of clock transform pulses generated by generator 7 through keys B and 9 to the inputs of 16 clock pulses of functional transducers 5 and 6. With the arrival of clock pulses to functional transducers 5 and 6, the process of sine-sinus functionally begins a conversion in which the value recorded in the register 18 of the sine component starts to increase with sine law, and the value recorded in the register 19, the cosine component, begins to decrease by the cosine law (Fig. 3 g, d, e, g). Thus, with each conversion cycle, the vectors of and and 3 are rotated, as it were, by a certain angle to the position of the zero phase (Fig. 3c). The arrival of the conversion clock on the functional converters over time is assumed to be uniform, therefore the rotation of the vectors is carried out evenly. on time. The difference in time between the moments when the vectors reach the zero phase indicates the phase angle between the vectors A /. The signal that the vector reaches the zero phase is a change in the sign in the sign bit of the register 19 of the cosine component of the functional converter 5 and 6. The outputs of the 14 digit bits of the cosine registers 19 are sent to the driver 4 of the time interval and to the switching off inputs of the keys 8 and 9. When the value of the zero phase is reached by each of the vectors, the arrival of conversion clock pulses to this functional converter is stopped, the further rotation of the vector is stopped, and in register 18, a sinus The value of the amplitude in the vector will be set to the left. The outputs 13 of the registers 18 of the sine component of the functional converters 5 and 6 are the outputs of the amplitude values of the voltage signals and of the current 3 of the device. Driver 4 based on change signals. the characters of the registers 19 of the cosine components of the functional transducers 5 and 6 form a signal, the duration of which is proportional to the value of the phase angle between the signals, from the output of the imaging unit 4, the phase signal in the form of a time interval arrives at the output 17 of the device. Phase measurement. Possible in both continuous and pulsed operation modes. Thus, the use of digital functional converters and nodes that ensure their operation in a digital device for measuring the phase angle using two instantaneous signal values instead of instantaneous memory blocks and calculating maximum values and arcstn calculating units significantly reduces the size of the device while increasing accuracy measurements. For example, if one of the quadrature values of the signal is measured near the maximum value, the second is measured near zero, and at a fixed 10-bit grid of the input ADC, an error in measuring the input signal into a low-order unit (0.001) will lead to an error in determining the phase angle - 3, h. The maximum value of the error will be at angles of the order of 45 ° and will be equal to 5.

Таким образом, в предлагаемом устройстве погрешность измерени при углах пор дка 80 меньше в 4 раза; при 85°- в 8 раз, при 87°-в 16 раз меньше, чем у известного устройства. Дискретность преобразовани синуснокосинусного преобразовател зависит от выбранного значени показател р, обозначающего количество разр дов сдвига в сторону младших разр дов на входах сумматоров функционального преобразовател , и может быть сделана достаточно малой.Thus, in the proposed device, the measurement error at angles of about 80 is 4 times less; at 85 ° - 8 times, at 87 ° - 16 times less than that of the known device. The resolution of the sine-sinus transducer depends on the selected value of the indicator p, which indicates the number of shift bits towards the lower bits at the inputs of the adders of the functional converter, and can be made sufficiently small.

Claims

1. For Japan Japan No. 5455230, class 110 H 2, 12.25.79.

2. For Japan Japan No. 5149230, cl. 110 H 2, 12.25.76.

ae.f

0U1.2

r

and

about

%

d

with

h

FIG.}

/ t