9.3.2. Способы повышения быстродействия

Основным недостатком интегрирующего преобразователя с гармоническим генератором является его низкое быстродействие, обусловленное принципом действия. Для ЦПУ длительностью такта интегрирования выходных напряже­ний СКДУ определяются степень помехоустойчивости и чувствительность пре­образователя. С целью повышения быстродействия целесообразно уменьшить длительность такта осциллирования.

При преобразовании код угла получают в виде суммы кодов старших и младших разрядов. Код старших разрядов получают в результате анализа знаков выходных напряжений СКДУ. Это преобразование—параллельного типа с высоким быстродействием. Код младших разрядов пропорционален длитель-

ности такта осциллирования и частотет. е. при заданной разрядности пре-образования длительность такта осцнллирования ограничена снизу рабочим максимумом частотыи объемом младших разрядов кода.

Длительность такта осциллирования может быть уменьшена за счет уве­личения разрядности старшей группы разрядов и соответствующего уменьшения разрядности младшей группы разрядов. Разряднось старшей группы можно увеличить, если к анализу знаков напряжений с выходов СКДУ добавить сравнение этих напряжений по значению, т. е. перейти на пооктантное преобра- зование [22]. Дальнейшее продвижение по этому пути сопровождается увелнчением погрешности и значительным увеличением объема оборудования.

Представляет интерес более простой способ [с. 1124358 (СССР)] умень-шения длительности такта осциллирования. При этом способе преобразования максимальный такт осциллирования, соответствующий 1/4 периода гармониче-ских колебаний преобразователя, делят на несколько интервалов. Каждому интервалу соответствует своя круговая частота гармонических колебаний, что осуществляется ступенчатым изменением постоянных времени интеграторов, Счетчик, с помощью которого происходит заполнение интервалов временя частотойделят на соответствующее число частей, причем на вход каждой из этих частей может быть подана частота и формируют несколько опор-ных напряжений, соответствующих выходному напряжению одного из интеграл торов на границах интервалов.

В начале такта осциллирования выходное напряжение интегратора срав­нивается с опорными напряжениями и определяется интервал. Затем формиру­ется соответствующая этому интервалу круговая частота и на соответствую­щую часть счетчика подается частота При переходе выходного напряжения интегратора через следующее опорное напряжение переключается круговая частота и импульсы подаются на другую часть счетчика. При этом длитель­ность такта осциллирования складывается из длительностей интервалов.

Выигрыш в быстродействии пропорционален отношению весов младших разрядов счетчика. Например, при 12 младших разрядах и делении двоичного счетчика на две равные части выигрыш в быстродействии получается в 64 раза. Неточность опорных напряжений не приводит к увеличению погрешности, а лишь влияет на длительность интервалов.

Сущность способа поясняется на примере реализации его при трех времен­ных интервалах взаимного интегрирования угла поворота Э в первом квад­ранте.

Функциональная схема преобразователя, реализующего этот способ, пред­ставлена на рис. 9.10. Он состоит из СКДУ, аналоговых коммутаторов АК1 и АК2, интеграторов ИР1 и ИР2, компараторов К1 — КЗ, генератора Г, блока управления, двоичного л-разрядного счетчика н инвертора

Работа преобразователя происходит в три такта.

На первом такте блок управления подключает входы ИР с помощью AК к выходам СКДУ и происходит интегрирование положительных или отрица­тельных полупериодов его выходных напряжений, Через фиксированный интер­вал времени, задаваемый с помощью счетчика, блок управления отключает входы ИР от выходов СКДУ и соединяет интеграторы и инвертор в кольцо с помощью АК. Начинается второй такт, соответствующий взаимному интегри­рованию напряжений интеграторов.

Рассмотрим работу преобразователя при напряжении на интеграторе ИР1 большем, чемкак представлено на рис. 9.10,6, —расчетные

уровни границ интервалов. В начале второго такта напряжение на интеграторе ИР1 сравнивается сна компараторах К1 и К2.

Так как ближайшим опорным напряжением является то блок управ-

ления подает управляющие сигналы У4, У5 на инвертор для установки его коэффициента передачи соответствующего его круговой частоте

Одновременно блок управления подает на входсчетчика импульсы генера­тора с частотойИзменение круговой частотыможет производиться, напри­мер, и за счет изменения постоянных времени ИР.

При переходе напряжения на ИР1 через блок управления принимает сигнал с К1 и с приходом ближайшего счетного импульса изменяет с помощью инвертора круговую частоту до значения Одновременно блок управле-

ния переключает подачу счетных импульсов генератора с входана входсчетчика. В момент смены круговой частоты напряжение на выходе интегра­тора ИР1 _где—длительность интервала времени от начала второго такта до первой смены круговой частоты. В счетчике получа­ется код старших разрядов

При переходе напряжения на интеграторе ИР1 через блок управлення

принимает сигнал с К2 и с приходом ближайшего счетного импульса изменяет с помощью инвертора круговую частоту. Одновременно блок управления переключает подачу счетных импульсов с входа на вход «+1» счетчика. момент смены круговой частоты напряжение на выходе интегратора ИР1

где -длительность интервала между двумя сменами круговой частоты В счетчике получается код средних разрядов

Взаимное интегрирование продолжается до момента перехода через нуль выходного напряжения ИР!, который фиксируется в устройстве управления с помощью КЗ. При этом

где — длительность интервала времени между второй сменой круговойчастоты и концом второго такта. После заполнения частотой интервалав счетчике получается код младших разрядов

В результате преобразования получаем сумму

т.е. такой же результат, что и в способе, описанном в [81]. Длительность вто­рого тактаполучается равной

На третьем такте происходит обнуление интеграторов.

Опорные напряжения должны быть сформированы такими,

чтобы при любых их изменениях можно было избежать переполнения стар­ших разрядов при их максимальных значениях и рассогласования между соседними группами разрядов. Увеличение опорных напряжений не приводит к появлению дополнительной погрешности преобразования (так как при пере­полнении разрядов младшей группы начинает изменяться и значение младших разрядов старшей группы), а только увеличивает длительность второго такта. Этот способ позволяет довольно просто повысить быстродействие преобразо­вания без увеличения погрешности.

Оценим выигрыш в быстродействии количественно. При п=12, К=2, К1=6 и двоичном представлении результирующего кода получим при использовании этого способа максимальную длительность второго такта При

. использовании способа, описанного в [81], т.е. получается уменьшение примерно в 64 раза. За счет этого длительность всего такта осциллиро-вания получается существенно меньшей, чем в классическом способе [81]. Использование нового способа позволит расширить область применения интег­рирующих ЦПУ, обладающих высокой точностью и помехоустойчивостью, в сторону устройств, требующих большего быстродействия.