книги из ГПНТБ / Основы вычислительной техники учебник

Максимальное напряжение на выходе суммирующего усилителя не должно превосходить его зоны насыщения.

Преобразуемые коды могут содержать знаковые разряды я31,. Изменению знака преобразуемого числа в ПКН должно соот­ ветствовать изменение 'полярности или фазы выходного напря­

узн регистра. При наличии нуля в знаковом разряде переклю­ чатель выдает эталонное напряжение + и0, а при наличии еди­ ницы — напряжение —и0. Выходное напряжение суммирующего усилителя при этом изменяет .полярность.

Функциональная схема трехразрядного преобразователя кода в напряжение с резисторной декодирующей матрицей .(сеткой)

изображена на рис. 19.22,а. Преобразователь, состоит из трнг-

Рис. 19.22.

герного регистра RG, трех переключателей (П) и резисторной матрицы, позволяющей получать и суммировать напряжения, со­ ответствующие весу разрядов преобразуемого цифрового коДа. Регистр .служит для хранения кода м-г^з яв течение периода

П, подключает точку mt резисторной матрицы к шине нулевого потенциала (рис. 19.22,6). Матрица составлена .из резисторов двух номиналов R и 2R.

Рассматриваемая схема ПКН не содержит элементов (источ­ ников напряжений и резисторов), «взвешенных» по 'Степеням числа 2. Суммирование напряжений с учетом веса разрядов цифрового кода осуществляется благодаря тому, что для каж ­

570

дого разряда с помощью переключателей коммутируется соот­ ветствующая схема на резисторах. При этом .масштабные коэф­ фициенты этих схем оказываются распределенными по степе­ ням 'числа 2. Достоинства такой схемы заключаются в приме­ нении только одного источника эталонного напряжения и0 и резисторов двух номиналов. Краме того, нагрузка для источника напряжения оказывается .постоянной и равной 3R.

Схема резисторной матрицы для третьего разряда изобра­ жена .на рис. 19.23,0. Она соответствует коду 100. Триггер T.j

при этом находится в состоянии «1», и -hepвключатель ПЗ под­ ключает эталонное напряжение и0 к точке т3. Точки т { и пц заземлены. Эквивалентная схема представлена на рис.. 19.23,6. Как видно, нагрузкой источника напряжении является сопро­ тивление Ък. Выходное напряжение равно:

3£ R = j t t 0 2°

Схема резисторной матрицы для второго разряда (кода 010)

•изображена на рис. 19.23,8. Нагрузка источника и0 не измени­ лась, а выходное напряжение соответствует

В .случае /г-разрядного преобразователя получим

571

Максимальное напряжение ,на выходе «-разрядного преобра­ зователя соответствует числу Nmax = lll ... 11= 2 " —1. Следо­ вательно:

Коэффициент использования эталонного напряжения при п ^ 1 составляет

Для увеличения коэффициента ц из схемы резисторной мат­ рицы необходимо исключить резистор 2R между точкой т 3 и шиной нулевого потенциала. В таком ПКН коэффициент т] при 1 приближается к единице, а выходное напряжение апроделяется зависимостью

Следует отметить, что сопротивление нагрузки при этом также возрастет и будет переменным.

Точность работы ПКН с резисторной декодирующей матри­ цей зависит от трех факторов:

1)стабильности сопротивлений резисторов R и 2R, особенно ■в .старших разрядах;

2)' стабильности эталонного напряжения и0;

3)стабильности и величин прямого и обратного сопротив­ лений переключателей Пг.

Вкачестве элементов декодирующей матрицы могут быть применены .прецизионные резисторы с погрешностями сопротив­ лений 0.03-1-0,01 %. Это позволяет повысить точность преобра­ зования. Большую трудность при построении преобразователей представляет выбор переключателей Пг с малыми и стабиль­ ными сопротивлениями, так как нестабильность сопротивлений переключателей оказывается аналогичной погрешности изготов­ лении резисторов. Существует большое количество схем пере­

ключателей на транзистор ах, обеспечивающих погрешность сопротивлений до десятых долей процента.

В -цифровых следящих системах находят применение пре­ образователи кода в напряжение с трансформаторным сумма­ тором. На рис. 19.24 в качестве примера представлена функци­ ональная схема, поясняющая принцип! работы трехразрядного преобразователя.

. Преобразователь кода в напряжение переменного тока с трансформаторным сумматором состоят из входного регистра,

572

элементов И на три разряда, трех триггеров с динамическими выходами, феррит-трнодных ячеек (Я1-гЯЗ) и импульсного трансформатора (Тр), на котором осуществляется суммирова­

ние напряжений с учетом веса разрядов цифрового кода. Кроме

из одинаковых элементов в трех разрядах. Поэтому достаточно рассмотреть работу схемы одного разряда. На вход регистра поступает цифровой код x,-y.v3. Элементы И управляются им­ пульсами УИЬ следующими с периодом квантования Тк. При этом, если в регистре рассматриваемого разряда записана 1, то на выходе элемента И появляется импульс, запускающий со­ ответствующий триггер. С динамического выхода триггера на считывающую обмотку ячейки Я1 поступает последовательность импульсов тактовой частоты. Управляющий импульс УИ2 по­ дается в конце периода квантования на входы R установки триггеров в состояние «О». Если в данном разряде 0, то триггер также находится в нулевом состоянии (импульсы с его выхода не поступают).

На один из входов переключателя фазы подано напряжение переменного тока — к частоты f. Переключатель обеспечивает изменение фазы опорного напряжения на 180° при изменении значения цифр (0 «ли 1) в знаковом разряде кода.

Эпюры напряжений (и^ и щ ) , поступающих с переключателя фазы на записывающие обмотки и с выхода феррит-триоиных ячеек («з и и4) ,при положительном и отрицательном значениях числа, изображены на рис. 19.25,а. Пачки импульсов, соотвёт-

573

ствующие положительным полупериадам опорного напряжения, при наличии! единицы в рассматриваемом разряде через ре­ зисторы R I —R3 поступают на первичные об,мотки w {-i-w3 им­ пульсного трансформатора Тр. Фаза огибающей пачек импуль­ сов зависит от знака числа преобразуемого кода.

Рис. 19.26.

Амплитуда импульсного напряжения на выходе преобразо­ вателя АВых пропорциональна сумме ампер-витков первичных обмоток трансформатора. Но так как в первичных обмотках трансформатора с .помощью резисторов R\^rR3 устанавливают­

последующего разряда увеличивается вдвое.

В цепи вторичной обмотки трансформатора включен диод Д, выполняющий функцию детектора огибающей, резистор R н емкость С. 'Благодаря этому на выходе преобразователя полу­ чают импульсное напряжение прямоугольной формы, соответ­ ствующее огибающей пачки импульсов ,в первичной обмотке. Амплитуда этого напряжения пропорциональна числу N пре­ образуемого кода:

где k — коэффициент пропорциональности.

Фаза первой гармоники выходного напряжения преобразо­ вателя определяется знаком числа N.

Статическая характеристика преобразователя кода в напря­ жение. с трансформаторным (сумматором изображена на рис. 19.25,6. Как видно из рисунка, преобразователь имеет релейную статическую характеристику. Коду 111 (-Nmas = 7)

574

соответствует максимальное напряжение ит на выходе пре­ образователя. Основной погрешностью рассмотренного преобра­ зователя при малом числе раз рядов является погрешность кван­ тования ро уровню.

\Преобразователи кода в угол поворота вала f

Преобразователи кода в угол поворота вала могут быть по­ строены как в виде разомкнутой, так и в виде замкнутой (о обратной связью) системы.

В преобразователях с разомкнутой цепью воздействий осу­ ществляется суммирование единичных приращений выходной аналоговой величины (угла). Исходная информация (коды) в таких преобразователях (предварительно представляется в виде ■числа им1пульсо1В. Это ■можно сделать с помощью реверсивного счетчика с обратной связью. Затем эти импульсы преобразу­ ются в угол поворота вала шагового двигателя.

Функциональная схема преобразователя кода в угол поворота вала изображена на рис. 19.26. Она включает: реверсивный счетчик СТ,2, элемшт И, генератор им­ пульсов G, усилитель и ша­ говый двигатель (ШД). .Ре­ версивный счетчик и элемент И охвачены обратной связью.

Реверсивный счетчик обеспечивает преобразование посту­ пившего на его вход двоичного кода х в число импульсов N. Он осуществляет вычитание, если на вход подается прямой двоичный код, или сложение, если на вход подан дополнитель­ ный код.

Элемент И управляется реверсивным счетчиком так, что он открыт и пропускает импульсы у с выхода генератора только тогда, когда на выходе (счетчика есть импульсы (сигнал (рассо­ гласования А). Угол поворота вала шагового двигателе а про­ порционален числу импульсов N, поступивших на его вход.

Процесс преобразования кода в угол а осуществляется в такой последовательности. В счетчик записывается преобразуе­ мое двоичное число. Бели оно не равно нулю, то открывается конъюн.ктор и с генератора импульсов на шаговый двигатель поступают импульсы. Приращение угла поворота вала Да про­ порционально числу поступивших импульсов. Направление вра­ щения двигателя зависит от знака числа. Кроме того, импульсы с выхода конъюнктора поступают на вычитающий или сумми­ рующий вход счетчика. Коньюнктор закрывается, как только

5 7 5

через него пройдет количество импульсов, равное преобразуе­ мому числу.

.Применяются два типа шаговых двигателей: к первому от­ носятся двигатели с электромагнитным приводом, например, шаговый искатель, ко второму— синхронные шаговые двигатели.

Недостаток рассмотренного вьше преобразователя с разомк­ нутой цепью воздействий заключается в том, что действитель­ ное положение угла поворота вала шагового двигателя не конт­ ролируется. Поэтому из-за .потери одного или группы импульсов возможно .появление погрешностей (преобразования.

1 Цифровые следящие системы I

Автоматизированные системы управления с .цифровыми вы­ числительными' машинами находят все более широкое приме­ нение во многих областям техники. ЦВМ позволяют создавать сложные многоканальные системы дистанционного управления, обеспечивают повышение показателей качества автоматизируе­ мых процессов. Цифровые следящие системы предназначены для преобразования цифровых кодов, поступающих из ЦВМ и непрерывно изменяющихся во времени, в углы поворота (или другие аналоговые величины) управляемых объектов.

Цифровой следящей системой называют автоматическую систему, построенную на применении принципа управления по отклонению (обратной связи), задача которой заключается в

определяемой входным цифровым кодом. Управляющее воздей­ ствие формируется в ЦОС иа основе сравнения цифровых кодов..

ЦСС относятся к классу дискретных систем и характеризуют­ ся наличием квантования сигналов как по времени, так и по уровню. Наличие квантования по уровню придает ЦСС сущест­ венно нелинейный характер. Однако в тех случаях, когда в ЦСС применяются многоразрядные АЦП и ЦАП, эффектом кванто­ вания по уровню можно пренебречь и рассматривать ее как импульсную систему, в которой осуществляется квантование только по времени. Вопросы исследования динамики ЦСС изу­ чаются в теории дискретных автоматических систем. Поэтому

внастоящем параграфе ограничимся лишь рассмотрением функ­ циональной схемы ЦСС и анализом особенностей применяемых

вней аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей. На рис. 19.27 представлена упрощенная функциональная

схема цифровой следящей системы. Источником информации (задающим устройством) для системы является цифровая вы­ числительная машина, из которой непосредственно или по ка­ налу дистанционной связи поступает двоичный цифровой код числа Nm изменяющегося во времени. В состав ЦСС входят:

5 7 6

устройство сравнения (-сумматор SM и элемент задержки), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), усилитель, напол­ нительный двигатель (Д), редуктор (Р), аналогонцифровой пре­ образователь (АЦП) и-управляемый объект (УО).

Рис. 19.27.

Устройство сравнения представляет собой многор'азрядный сумматор последовательного, действия. Его схема выполнена иа ОС-3. На первый вход сумматора поступает последователь­ ный прямой код числа Ап младшим разрядом вперед с часто­ той квантования FK. На второй вход сумматора подается чис­ ло Ад в дополнительном коде для того, чтобы операцию вычи­ тания, необходимую для осуществления отрицательной обратной ■связи, заменить операцией суммирования. Одноименные разряды слагаемых поступают на входы сумматора одновременно с оди­ наковой частотой. Число в дополнительном коде получается путем такой установки преобразователя угла в код, .при которой увеличению угла соответствует уменьшение считываемого с него числа.

Выход 'переноса (Р) соединен через элемент задержки на один такт с третьим входом сумматора. Импульсы переноса по­ ступают на этот вход одновременно с приходом очередных раз­ рядов слагаемых.

На выходе (5) сумматора образуется код числа ДА, харак­ теризующего рассогласование в следящей системе, т. е. несо­ ответствие угла а на выходе системы поданному на ее вход коду. Рассогласование ДА определяется путем суммирования числа дгп в прямом коде с числом Ал в дополнительном коде:

ДА = Ап + Ад.

Если число А„ > 0, то задача определения знака рассогла­ сования (упрощается. В этом случае 'единице в л-м разряде соответствует отрицательный сигнал рассогласования, а нулю— положительный сигнал. ,

Далее код рассогласования, соответствующий числу ДА, по­ ступает на цифро-аналоговый преобразователь кода в напря­ жение (К—Н). В качестве ЦАП может быть применен преобра­

2.Аналоговая вычислительная техника. Терминология. Выпуск 84: АН СССР, Комитет научно-технической терминологии. «Наука», М., 1972.