(54) НЕЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕГРАТОР(54) NONLINEAR INTEGRATOR
Изобретение относитс к автрмати ке и вычислительной технике и может быть использовано в качестве коррек тирующего устройства, например, . дл повышени пор дка астатизма и улучшени качества переходных процессов систем автоматического управ лени , работающих в услови х помех. Известен интегрирующий преобразователь посто нного, напр жени , со держащий линейный интегратор, два к.гаоча, формирователь импульсов, масштабный резистор и блок посто нного запаздывани , который введен в устройство с целью повышени коэф фициента подавлени првобраз вател при -изменении.частоты помехи ij. Однако данное устройство предназначено дл интегрировани только посто нного напр жени и не. интегрирует сигналы переменного йапр жени . Кроме того, нёдостат6.чным коэффициентом подавлени помех устрой ство обладает лишь в ограниченном диапазоне изменени частоты помехи/ а выходной сигнал устройства имеет Отрицательный фазовый сдвиг по отношению к входному сигналу. Известно также нелинейное интег. рирующее устройство, содержащее два линейных интегратора, образующих две цепи интегрировани , перва из которых служит дл интегрировани положительных сигналов, втора дл отрицательных, усилительный элемент и суммирующий усилитель 2. Существенными недостатками указанного устройства вл ютс отсутствие помехозащищенности и отрицательный фазовый сдвиг между синусоидальным входным сигналом и первой гармоникой выходного сигнала.. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс нелинейный интегратор, который содержит линейный интегратор, переключающее устройство и устройство дл сравнени знаков Ез. .Существенным недостатком данного интегратора вл етс отсутствие помехозащищенности, так как наличие помехи во входном гармоническом сигнале приводит к ложным срабатывани м устройства дл сравнени знаков, что вызывает ложные срабатывани переключающего устройства, частота которых определ етс частотой помехи . Кроме того, фазовый сдвиг между входным сигналом и первой гармонико выходного сигнала нелинейного интег ратора равен что не позвол ет использовать устройство в тех систе мах автома.тического управлени , где необходим положительный фазовый сдвиг, Цель изобретени - повышение пом хозащищенности и точности регулировани . , Указанна цель достигаетс тем, что в нелинейный интегратор, содержащий линейный интегратор, вход которого вл етс входом нелинейного интегратора, и блок переключени , выход которого вл етс выходом нелинейного интегратора, введены формирователь импульсов, два элемента И, два разделительных диода., четыре токозадающих резистора, два зар дно-разр дных. конденсатора, два элемента НЕ, SR-триггер, генера тор высокочастотных периодических колебаний, суммирующий элемент и блок выделени модул вход которог подключен к выходу линейного интегратора , а выход соединен с сигнальным входом блока переключени , управл ющий вход которого св зан с выходом SR-триггера, входы суммирую щего элемента соединены соответственно со входом нелинейного интегра тора и выходом генератора высокочас тотных периодических колебаний, выход суммирующего элемента подключен ко входу формировател импульсов, пр мой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами соответ ственно первого и второго элементов И, выход каждого из которых через последовательно соединенные раздели тельный диод и два токозадающих резистора подключен к соответствующем элементу НЕ, выход первого элемента НЕ соединен со вторым входом второго элемента И и S-входом SR-тригге ра, а выход второго элемента НЕ подключен ко второму входу первого элемента И и R-входу SP.-триггера, общий вывод калсдой пары токозадающих резисторов через соответствующи зар дно-разр дный конденсатор соеди нен с шиной нулевого потенциала. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого интегратора; на фиг, 2 временные диаграммы при гармоническом входном сигнале; на фиг. 3 то же, при наличии высокочастотной помехи на гармоническом входном сигнале временные диаграммы при ра боте генератора высокочастотных периодических колебаний дл гармонического входного сигнала аналогичны временным диаграммам на фиг.З). Нелинейный интегратор содержит линейный интегратор 1, блок 2 переключени , блок 3 выделени модул . формирователь 4 импульсов, SR-триггер 5, первый б и второй 7 логические блоки, каисцый .из которых, состо- . ит из элемента И 8, разделительного диода 9, первого 10 и второго 11 токозадающик резисторов, зар дно-разгрузочного конденсатора 12 и элемен .та НЕ 13, генератор 14 высокочастотных периодических колебаний и сум лирующий элемент. 15. . Кроме того, на фиг. 2 и 3 прин ты следующие обозначени : U - напр жение на входе, форм-фовател 4 импульсов , и и - напр жени на неинвертирующем и инвертирующем выходах формировател 4 импульсов соответственно , и - напр жение на конденсаторе 12, и - напр жение на выходе иетактируемого SR-триггера 5; 1Ь - напр жение на выходе линейного интегратора 1, | - напр жение на вы.ходе блока 3 выделени модул , U-j - напр жение -ла выходе блока 2 переключени . При подаче на вход устройства гармонического сигнала он интегрируетс линейным интегратором 1 и через блок 3 выделени модул поступает на первый вход блока 2 переключени . Одновременно входной сигнал поступает на вход формировател 4 импульсов, при.этом на неинвертирующем выходе формировател 4 импульсов , импульсы формируютс в момент изменени пол рности входного сигнала с отрицательной на пололштельную, а на инвертирующем - с положительной на отрицательную. Неинвертирующий выход формировател 4 импульсов подключен к первому входу логического блока 6, а ийвертирующий - к первому входу логическо.го блока 7, выход первого логического блока б подкдтаэчен ко второму входу второго логического блока 7, а выход второго логического блока 7 - ко второму входу первого логического блока 6 . Выходные сигналы логических блоков б и 7 управл ют работой нетактируемого SR-триггера, выход которого подключен ко второму входу блока 2 переключени . Работа блока 2 описываетс уравнением при U5- О В момент времени t (фиг.2) формируетс импульс на неинвертир тощем выходе формировател 4 импульсов, а сигналы на вторых входах логических блоков 6 и 7 соответствуют логичес- кой единице, при этом сигналом положительной пол рности с выходе элемента К 8 зар жаетс конденсатор 12 через диод 9 и резистор 10. Разр д конденсатора 12 происходит через резистор 11 на вход элемента НЕ 13, причем посто нна времени зар да конденсатора 12 значительно меньше посто нной времени разр да конденса тора 12, Выходной сигнал элемента НЕ 13, соответствующий логическому нулю, устанавливает триггер 5 в состо ние , при котором выходной сигна триггера 5 соответствует логичоской . единице, при этом напр жение на выходе нелинейного интегратора равно fU{,{ (фкг.2, интервал времени В момент времени t (фиг.2) фор мирустс импульс на инвертирующем выходе формировател 4 импульсов, и на входе логического блока 7 (по аналогии с логическим блоком 6) формируетс импульс, который измен ет состо ние триггера 5 на противоположное , т.е. выходной сигнал триг гера 6 соответствует логическому нулю, при этом напр жение на выходе нелинейного интегратора - /Uo/ (фиг.2, интервал времени ) . С момента времени t (фиг.2) раб та, устройства повтор етс . При подаче на вход устройстта гармонического сигнала с высокочастотной помехой (фиг.З) в момент вре мени txj формируетс импульс на неинвёртирующем выходе формировател 4 импульсов, а сигналы на вторых входах логических блоков 6 и 7 соответствуют логической единице, при этом сигналом положительной пол рности с выхода элемента И 8 эа р жаетс конденсатор 12 через диод 9 и резистор 10. Разр д конденсатора 12 происходит через резистор 11 на вход элемента НЕ 13, причем посто нна времени зар да конденсатора 12 значительно меньше посто нной времени разр да конденсатора 12. Вы ходной сигнал элемента НЕ 13, соответствующий логическому .нулю, блоки рует работу второго логического бло ка 7 и устанавливает триггер 5 в состо н-ие, при котором выходной сиг нал триггера 5 срот ветствует логиче кой единице. В момент времени t.фо мируетс импульс на инвертирующем выходе формировател 4 импу льсов, но сигнал на выходе логическо о бло ка 7 не мен ет своего значени ,, поскольку на втором входе логического блока 7 присутствует сигнал, соОтветствую1ййй логическому нулю, исосто ние триггера 5 не мен етс . Следующее измейёние пол рности сигнала , поступающего на вход нелииейного интегратора (фиг.З, момейт. времени t), формирует импульс На неинвертирующем выходе формировател 4 импульсов, при этом сигналом положительной пол рности с йлЛхода элемента И 8 ..череэ диод 9 и реэисТор 10 подзар жаетс конденсатор 12 Такой поднар д- и разр д кондёнсатора 12 происходит до тех пор, пока измен етс пол рность входного сигнала из-за наличи помехи, т.е. до момента времени t. Таким образом, напр жение на выходе нелинейного интегратора в интервале времени t, равно |Ufe j (фиг.З). В момент времени t формируетс импульс на инвертирующем выходе формировател 4 импульсов, а сигналы на вторых входах логических блоков б и 7 соответствуют логической единит це, при этом работа логического блока 7 аналогична работе логического блока б, описанной выше, а напр жение на выходе нелинейного интегратора в интервале времени t,-.-t, равно |Utf (фиг.З). Таким образом, наличие высокочастотной помехи во входном гармоническом сигнале не приводит к ложным срабатывани м блока переключени , при этом перва гармоника выходного сигнала устройства имеет положительный фазовый сдвиг по отношению к выходному сигналу. Кроме того, дл регулировани фазочастотной характеристики нелинейный интегратор содержит генератор 14 высокочастотных периодических колебаний и суммирующий элемент 15, выход которого подключен ко входу формировател импульсов, первый вход ко входу устройства, а второй вход К выходу генератора 14 высокочастотных периодиг1еских колебаний. При этом устройство работает следую11{им образом. Гармонический .сигнал, поступающий на вход устройства, интегрируетс линейным интегратором 1 и через блОк 3 выделени модул подаетс на первый вход блока 2 переключени . Одновр еменно входной сигнал поступает на первый вход суммирующего элемента 15, на второй вход суммирующего элемента 15 подаетс ВЫХОДНОЙ сигнал генератора 14 высокочастотных периодических колебаний. Выходной сигнал суммирующего элемен-. та 15. поступает на вход формировател импульсов. При этом нелинейный интегратор работает таким же образом, как и в случае подачи на вход устройства гармонического сигнала с высокочастотной помехой, а работа устройства характеризуетс временными дааграммами, приведенными на фиг. 3. Желаемую фазрчастоТную характеристику йелинейного интегратора можно получить, измен амплитуду выходного сигнала генератора 14 высокочастотных периодических колебаний, а точност-ь регулировани фазочастотной характеристики определ етс частотой выходного сигнала.генератора 14, котора должна бьгть не менее The invention relates to automation and computing and can be used as a correction device, for example. to increase the order of astatism and improve the quality of transients of automatic control systems operating under interference conditions. The integrating DC / DC converter is known, which contains a linear integrator, two kilo pins, a pulse shaper, a large-scale resistor and a constant delay unit, which is inserted into the device in order to increase the de-coupling factor of the jj-frequency ij. However, this device is intended to integrate only constant voltage and not. integrates AC signals. In addition, the device has a low noise suppression ratio only in a limited range of interference frequency / and the device output signal has a negative phase shift with respect to the input signal. It is also known nonlinear integ. A converter device containing two linear integrators that form two integration circuits, the first of which serves to integrate positive signals, the second for negative, an amplifying element and a summing amplifier 2. Significant disadvantages of this device are the lack of noise immunity and negative phase shift between the sinusoidal input signal and the first harmonic of the output signal. The closest to the proposed technical entity is a nonlinear integrator, which erzhit linear integrator, the switching device and the device for comparing the Es signs. . A significant disadvantage of this integrator is the lack of noise immunity, since the presence of interference in the input harmonic signal leads to false positives of the device for comparing the signs, which causes false positives of the switching device, the frequency of which is determined by the frequency of the interference. In addition, the phase shift between the input signal and the first harmonic output signal of the nonlinear integrator is equal, which prevents the device from being used in those automatic control systems where a positive phase shift is necessary. The purpose of the invention is to improve room protection and control accuracy. This goal is achieved by the fact that a pulse shaper, two AND elements, two separation diodes, four current inputs are introduced into a nonlinear integrator containing a linear integrator whose input is the input of a nonlinear integrator, and a switching unit whose output is the output of a nonlinear integrator. resistors, two charge-discharge. capacitor, two NOT elements, SR-trigger, high-frequency periodic oscillation generator, summing element and module allocation unit, the input is connected to the output of the linear integrator, and the output is connected to the signal input of the switching unit, the control input of which is connected to the output of the SR-trigger , the inputs of the summing element are connected respectively to the input of the nonlinear integrator and the output of the generator of high-frequency periodic oscillations, the output of the summing element is connected to the input of the pulse former, and inverse outputs of which are connected to the first inputs of the first and second And elements, respectively, the output of each of which is connected via a series-connected separating diode and two current generating resistors to the corresponding element NOT, the output of the first element is NOT connected to the second input of the second element And and S- the SR-trigger input, and the output of the second element is NOT connected to the second input of the first element AND and the R-input of the SP.-trigger, the common output of each pair of current supplying resistors through the corresponding charge-discharge condenser Cpd nen torus with zero potential bus. FIG. 1 shows the scheme of the proposed integrator; FIG. 2, timing charts with a harmonic input signal; in fig. 3 the same, in the presence of high-frequency interference on the harmonic input signal, the timing diagrams during operation of the high-frequency periodic oscillation generator for the harmonic input signal are similar to the timing diagrams in FIG. 3). The nonlinear integrator contains a linear integrator 1, a switching unit 2, a module allocation unit 3. shaper 4 pulses, SR-trigger 5, the first b and second 7 logical blocks, the fin. of which, consist-. IT from AND 8, separation diode 9, first 10 and second 11 current-setting resistors, charge-discharge capacitor 12 and HE element 13, generator 14 of high-frequency periodic oscillations and summing element. 15. . In addition, in FIG. 2 and 3, the following notation is accepted: U is the voltage at the input, the form-breaker is 4 pulses, and and is the voltage at the non-inverting and inverting outputs of the driver 4 pulses, respectively, and is the voltage on the capacitor 12, and is the output voltage istacatable SR flip-flop 5; 1b is the voltage at the output of the linear integrator 1, | - voltage at the output of the module 3, the allocation module, U-j - voltage at the output of the switching unit 2. When a harmonic signal is input to the device, it is integrated by the linear integrator 1 and through the block 3, the module is fed to the first input of the switch block 2. At the same time, the input signal is fed to the input of the pulse imager 4 pulses, while at the noninverting output of the imager 4 pulses, the pulses are generated at the time the polarity of the input signal changes from negative to half-internal, and on the inverting signal from positive to negative. The non-inverting output of the pulse former 4 is connected to the first input of logic unit 6, and the inverting output is connected to the first input of logical block 7, the output of the first logic block b is connected to the second input of the second logical block 7, and the output of the second logical block 7 to the second input of the first logical block 6. The output signals of logic blocks b and 7 control the operation of an un-tagged SR flip-flop, the output of which is connected to the second input of switch block 2. The operation of block 2 is described by the equation at U5-O. At time t (Fig. 2), a pulse is generated at the non-inverter by a lean output of the driver 4 pulses, and the signals at the second inputs of logic blocks 6 and 7 correspond to a logical unit, with a positive polarity signal from the output of the element K 8, the capacitor 12 is charged through the diode 9 and the resistor 10. The discharge of the capacitor 12 occurs through the resistor 11 to the input of the HE element 13, and the charge time of the capacitor 12 is much less than the constant time of the discharge of the capacitor 12, the output whitefish The element NO 13, which corresponds to a logical zero, sets the trigger 5 to the state where the output signal of the trigger 5 corresponds to the logic one. unit, while the voltage at the output of the nonlinear integrator is fU {, {(fkg.2, time interval) At time t (Fig. 2) a pulse was formed at the inverting output of the driver 4 times, and at the input of logic unit 7 (by analogy with logic block 6) a pulse is formed that changes the state of trigger 5 to the opposite, i.e. the output signal of trigger 6 corresponds to a logical zero, and the voltage at the output of the nonlinear integrator is / Uo / (figure 2, time interval From the time t (Fig. 2), the operation, the device, is repeated. When a harmonic signal with a high-frequency disturbance (Fig. 3) is input to the device at a time txj, a pulse is formed at the noninverting output of the driver 4 pulses, and the signals at the second inputs of logic blocks 6 and 7 correspond to a logical unit, and the signal with a positive polarity the output of the element E 8 is capacitor 12 through diode 9 and resistor 10. The capacitor 12 is discharged through resistor 11 to the input element NO 13, and the charge time constant of capacitor 12 is much less than the time constant p sp capacitor 12. You output signal of the NOR 13, corresponding to the logical .nulyu blocks ruet operation of the second logical blo 7 ka and sets the flip-flop 5-N in a state s, at which the output sig nal trigger 5 CROP sponds Coy logical unit. At the moment of time t. A pulse is formed at the inverting output of the driver 4 impulses, but the signal at the output of the logical block 7 does not change its value, since the second input of the logical block 7 contains a signal corresponding to the logical zero, and the trigger 5 does not change. The following change in the polarity of the signal arriving at the input of the non-linear integrator (FIG. 3, time t) generates a pulse. At the non-inverting output of the driver 4 pulses, with a positive polarity signal from the input element E 8., The diode 9 and the resistor 10 capacitor 12 is charged. Such a pump and discharge of the condenser 12 occurs as long as the polarity of the input signal changes due to the presence of interference, i.e. until time t. Thus, the voltage at the output of the nonlinear integrator in the time interval t is equal to | Ufe j (FIG. 3). At time t, a pulse is formed at the inverting output of the driver 4 pulses, and the signals at the second inputs of logic blocks b and 7 correspond to a logical unity, while the operation of logic block 7 is similar to the operation of logic block b described above, and the voltage at the output of the nonlinear integrator in the time interval t, -.- t, is | Utf (fig. 3). Thus, the presence of high-frequency noise in the input harmonic signal does not lead to false positives of the switching unit, while the first harmonic of the output signal of the device has a positive phase shift with respect to the output signal. In addition, to control the phase-frequency characteristic, the nonlinear integrator contains a high-frequency periodic oscillation generator 14 and a summing element 15, the output of which is connected to the input of the pulse former, the first input to the device input, and the second input to the output of the high-frequency oscillation generator 14. In this case, the device works in the following way. The harmonic signal input to the device is integrated by the linear integrator 1 and, via block 3, the module is fed to the first input of the switching unit 2. At the same time, the input signal is fed to the first input of summing element 15, to the second input of summing element 15 an OUTPUT signal from the generator 14 of high-frequency periodic oscillations is given. The output signal of the summing element. that 15. arrives at the input of the pulse former. In this case, the nonlinear integrator works in the same way as in the case of supplying a harmonic signal with high-frequency interference to the device's input, and the operation of the device is characterized by time diagrams shown in FIG. 3. The desired phase-response characteristic of a linear integrator can be obtained by changing the amplitude of the output signal of the generator 14 of high-frequency periodic oscillations, and the accuracy of adjusting the phase-frequency characteristic is determined by the frequency of the output signal of the generator 14, which must be at least
чем на 1-2 -пор дка выше частоты входного сигнала устройства, при этом фазовый сдвиг между первой гармоникой выходного сигнала и входным сигналом можно регулировать с высокой точностью в пределах О .than 1-2 times higher than the frequency of the input signal of the device, while the phase shift between the first harmonic of the output signal and the input signal can be adjusted with high accuracy within O.