ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫЙ ДИСКРИМИНАТОР

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована в качестве логического элемента сравнения частоты следования импульсов задающего генератора, определяющего частоту вращения двигателя в дискретных астатических электроприводах, и частоты следования импульсов датчика обратной связи, расположенного на валу двигателя, а также в других системах фазовой синхронизации.
Известен импульсно-фазовый дискриминатор (Андрущук В,В, Исследование дискретного фазометра в системе фазовой синхронизации частоты /В,В,Андрущук, В,С,Лопатин, Д,В,Воронин// Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом.. - Омск, 1984. - С.118-121), содержащий логическое устройство сравнения, функциональный преобразователь и блок выборки-хранения, причем входы логического устройства сравнения подключены к клеммам источников контролируемой и эталонной частот, а выход подключен к управляющему входу функционального преобразователя, измерительный вход функционального преобразователя подключен к выходу блока выборки-хранения, который является выходом устройства, управляющий вход блока выборки-хранения подключен к клемме источника эталонной частоты, а измерительный вход подключен к выходу функционального преобразователя, при этом функциональный преобразователь может быть выполнен в виде последовательно соединенных сумматора и интегратора напряжения.
Э
Недостатком такого устройства можно считать узкий диапазон сравниваемых частот из-за наличия зависимости времени переходного процесса преобразования от изменения фазовой ошибки и отношения периода квантования Т к постоянной времени интегратора Т.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является импульсно-фазовый дискриминатор (а.с. СССР №1688381 кл. Н03D 13/00, 1991 г.), содержащий блок фазового сравнения, разделительную RC-цепь и блок выборки-хранения, причем входы блока фазового сравнения подключены к клеммам источников эталонной и контролируемой частот, а выход через разделительную RC-цепь подключен к информационному входу блока выборки-хранения, управляющий вход которого подключен к клемме источника контролируемой частоты, а выход блока выборки-хранения является выходом устройства, при этом блок выборки-хранения состоит из запоминающего блока и формирователя импульсов, при этом первый вход запоминающего блока является информационным входом блока выборки-хранения, а второй вход подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого является управляющим входом блока выборки-хранения, а выходом блока выборки-хранения является выход запоминающего блока.
к
э
Недостатком данного устройства является значительная погрешность измерения фазового рассогласования контролируемой f и эталонной f частот в области низких частот, обусловленная искажением формы сигнала разделительной RC-цепью в этой области.
к
э
Задачей являлось повышение точности измерения (в области низких частот входных импульсных сигналов) фазового рассогласования контролируемой f и эталонной f частот импульсно-фазового дискриминатора.
Поставленная задача решена за счет того, что в известный импульсно-фазовый дискриминатор, содержащий блок фазового сравнения, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами импульсно-фазового дискриминатора, выход блока фазового сравнения через разделительную RC-цепь подключен к информационному входу блока выборки-хранения, управляющий вход которого подключен ко второму входу блока фазового сравнения, согласно заявляемому техническому решению, введены формирователь импульсов, вторая разделительная RC-цепь, элемент НЕ, второй блок выборки-хранения и вычитатель, при этом вход формирователя импульсов подключен ко второму входу блока фазового сравнения,, а выход через вторую разделительную RC-цепь подключен к информационному входу второго блока выборки-хранения и через элемент НЕ - к управляющему входу второго блока выборки-хранения, кроме того первый суммирующий вход вычитателя подключен к источнику постоянного напряжения, второй суммирующий вход - к выходу первого блока выборки-хранения, а вычитающий вход - к выходу второго блока выборки-хранения, при этом выход вычитателя является выходом устройства.
Сущность технического решения пояснена чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг.2 приведены временные диаграммы работы импульсно-фазового дискриминатора в области высоких частот, на фиг.3 - временные диаграммы работы импульсно-фазового дискриминатора в области низких частот.
э
к
к
э
Импульсно-фазовый дискриминатор содержит блок фазового сравнения 1, разделительные RC-цепи 2 и 5, блоки выборки-хранения 3 и 7, формирователь импульсов 4, элемент НЕ 6 и вычитатель 8. Первый и второй входы блока фазового сравнения 1 подключены соответственно к источникам эталонной f и контролируемой f частот. Выход блока фазового сравнения 1 через разделительную RC-цепь 2 подключен к информационному входу блока выборки-хранения 3, управляющий вход которого подключен к клемме источника контролируемой частоты f. Вход формирователя импульсов 4 подключен к клемме эталонной частоты f, а выход через разделительную RC-цепь 5 подключен к информационному входу блока выборки-хранения 7 и через элемент НЕ 6 - к управляющему входу блока выборки-хранения 7. Первый суммирующий вход вычитателя 8 подключен к источнику постоянного напряжения, второй суммирующий вход - к выходу блока выборки-хранения 3, а вычитающий вход - к выходу блока выборки-хранения 7. Выход вычитателя 8 является выходом импульсно-фазового дискриминатора.
Импульсно-фазовый дискриминатор работает следующим образом.
э
к
э
в
Импульсы эталонной f и контролируемой f частот поступают на вход блока фазового сравнения 1. Блок фазового сравнения 1 формирует последовательность импульсов, период следования которых равен периоду Т эталонной частоты, а длительность пропорциональна величине фазового рассогласования сравниваемых частот. Форма выходного напряжения U блока фазового сравнения приведена на фиг.2. Если параметры разделительной RC-цепи 2 выбраны так, что
p
2
то разделительная цепь не искажает форму входного сигнала. При этом постоянная составляющая в выходном сигнале U разделительной цепи 2 (фиг.2) отсутствует и амплитуда отрицательного импульса U выходного сигнала равна среднему за период напряжению входного сигнала
где U - амплитуда выходных импульсов блока фазового сравнения;
1
τ - длительность выходных импульсов блока фазового сравнения;
2
э
1
τ=Т-τ - длительность паузы выходных импульсов фазового сравнения.
Так как постоянная составляющая в выходном сигнале разделительной RC-цепи отсутствует, то
1
э
1
2
τU=(T-τ)U (2)
1
2
U+U=U (3)
Отсюда
Подставляя (2) в (4), получаем
2
Выходной сигнал разделительной RC-цепи 2 поступает на информационный вход блока выборки-хранения 3, состоящего из запоминающего блока и формирователя импульсов. Последний формирует короткие импульсы выборки по переднему фронту импульсов контролируемой частоты, а запоминающий блок запоминает амплитуду отрицательных импульсов U выходного сигнала разделительной RC-цепи 2 в моменты поступления импульсов выборки. Таким образом на выходе импульсно-фазового дискриминатора формируется напряжение, пропорциональное фазовому рассогласованию сравниваемых импульсных последовательностей.
Расчеты показывают, что коэффициент передачи такого импульсно-фазового дискриминатора остается постоянным в диапазоне частот
В области низких частот дифференцирующая RC-цепь начинает вносить искажения в форму выходного сигнала ИЧФД. В результате в выходном сигнале устройства появляется погрешность измерения фазовой ошибки. Для ее компенсации вводим дополнительную корректирующую цепь, состоящую из формирователя импульсов 4 (ФИ), разделительной RC-цепи 5, инвертора 6, устройства выборки-хранения 7 и вычитателя 8.
э
Формирователь импульсов 4 преобразует входной сигнал f в выходной импульсный сигнал этой же частоты, но с длительностью выходных импульсов, равной половине периода их следования (что соответствует нулевой фазовой ошибке при использовании данного устройства в замкнутых системах регулирования, построенных на основе принципа ФАПЧ, где наиболее важна точность измерения).
Инвертор 6 позволяет преобразовать выходной сигнал формирователя импульсов 4 таким образом, чтобы обеспечить работу устройства выборки-хранения 7 по заднему фронту выходных импульсов формирователя импульсов 4.
Выходной сигнал устройства формируется в соответствии с выражением
что при наличии фазовой ошибки, равной π, будет соответствовать
так как
вых
U(2π)=U
Измеряемая фазовая ошибка находится в диапазоне от 0 до 2π, что будет соответствовать выходному сигналу устройства в диапазоне от 0 до U.
к
э
Таким образом заявленное техническое решение позволяет повысить точность измерения (в области низких частот входных импульсных сигналов) фазового рассогласования контролируемой f и эталонной f частот импульсно-фазового дискриминатора.