Файл: Кулесский, Р. А. электропривод постоянного тока с цифровым управлением.pdf

Рассматриваемое устройство так же, как и устройство рис. 7-1, целесообразно включить в работу при подходе системы к установив­ шемуся .положению, так как за пределами линейной зоны их влия­ ние иа работу электропривода ничтожно. Кроме того, интервал вре­ мени работы этих устройств следует ограничить, исходя из того, что погрешности работы схем заряда и разряда конденсаторов С2і, С22 накапливаются. Включение в работу должно осуществляться спе­ циальной схемой по сигналу ЦВУ. Такая схема может быть реали­ зована известными приемами по аналогии со схемами управления пуском серийных АВМ.

Для построения схемы рис. 7-5,а могут быть использованы се­ рийные элементы дискретной и аналоговой техники. Для генерато­ ра— элементы Т301 серии «Логика-Т», включенные по схеме мульти­ вибратора, для нелинейных элементов H 3 lt ЯЭ2— элементы Т202.

В целом, вибрационная линеаризация модели цифрового датчика осуществляется сложнее, чем компенсация помех квантования с по­ мощью корректирующих сигналов. Некоторым достоинством схемы рис. 7-5,а является большая ее автономность.

При использовании вибрационной линеаризации для формиро­ вания нелинейной характеристики регулятора положения і(§ 5-2) мо­ жет быть использовано устройство, схема которого приведена иа

вого преобразователя ЦАП-П относятся к управляемому генерато­ ру УГ, включающему в себя задающий генератор прямоугольных колебаний ЗГ, построенный по схеме мультивибратора, блок умно-

194

жешія и нелинейное устройство на усилителе У2 типа нечувствитель­ ность— ограничение. Такое .построение У Г позволяет довольно про­

сто получить требуемую характеристику (рис. 5-7,6) путем измене­ ния параметров нелинейного устройства. Реализация устройства осу­ ществляется «а серийной аппаратуре, входящей в комплект дискрет­ ной серии элементов «Лопика-Т» (или «Спектр») и аналоговой се­ рин УБСР-А.

7-3. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ ВЫЧИСЛЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА ОШИБКИ

Вопросы проектирования и расчета цифровых устройств пре­ образования полезных сигналов и формирования закона управления нашли широкое освещение в технической литературе (Л. 1—9]. Наи­ более детально исследованы и изложены варианты структурного по­ строения устройств, и 'меньшее внимание уделено вопросам перехода от структурных схем к принципиальным, построенным на элементах серийной аппаратуры.

Рис. 7-7. Схемы потенциально-импульсных (а) и потенциальных (б, в) триггеров на основе дискретных элементов серии «Логика-Т».

В настоящее время для построения устройств цифрового управ­ ления общепромышленными электроприводами принята система ло­ гических элементов «Логнка-Т» '[Л. 50]. Эта же система положена в основу построения серий функциональных блоков и узлов «Спектр» и УБСР-Д. Основным элементом системы является потенциальный транзисторный элемент Т101, предназначенный для выполнения ло­ гической операции ИЛИ — НЕ. На его основе может быть построе­ но любое сколь угодно сложное логическое устройство. Для выпол­ нения арифметических операций с запоминанием используется счет­ ный триггер Т102, составленный из двух элементов Т101 и двух импульсно-потенциальных ячеек (рис. 7-7,а). При этом выходы по­

следних подключены непосредственно на базы транзисторов элемен­ тов ТІО].

В ряде случаев для повышения надежности работы в условиях действия внешних помех целесообразно построение цифрового устройства целиком на потенциальных элементах, которые характе­ ризуются наличием лишь потенциальных связен и относительно меньшей чувствительностью к помехам. Для этого необходимо по­ тенциальное выполнение счетного триггера, два варианта которого

Так как рабочая частота элементов Т101 ограничена, то разделение входного импульса на два приводит к уменьшению рабочей частоты триггера рис. 7-7,в приблизительно в 2 раза по сравнению с тригге­ ром рис. 7-7,6.

Так как решение задач структурного построения АЦП и ЦВУ обычно не встречает затруднений, то основной задачей проектирова­ ния становится синтез узлов структурных схем на выбранных типах серийных элементов. Практически все логические устройства, входя­ щие в состав АЦП и ЦВУ, являются многотактными, так что их синтез осуществляется методами теории конечных автоматов. В ттрак. тике наряду с этим широко используется метод введения промежу­ точных переменных, характеризующих состояния элементов памяти. При этом удается свести проектирование многотактного устройства к синтезу нескольких комбинационных схем, разработанному значи­ тельно лучше и осуществляемому проще. Синтез комбинационного

196

устройства включает выполнение следующей последовательности операций:

1. Запись на основе словесного описания операций, которые должны быть осуществлены устройством, его логической функции,

2.Минимизация выражения логической функции.

3.Представление полученной •минимальной формы логической функции через элементарные функции, соответствующие выбранным

типам логических элементов.

Охарактеризуем кратко этапы синтеза. Для первого этапа синтеза обычно используются табличные формы записи логических функций. К ним относится запись в виде таблиц состояний и карт Карно [Л. 53]. Выполнение этого этапа синтеза обычно не встречает за­ труднений.

Задачей второго этапа синтеза является определение выражения для логической функции, содержащего наименьшее количество пе­ ременных и соответствующее устройству с наименьшим количеством

ческая функция-записывается в виде суммы (дизъюнкции) произве­ дений (конъюнкций), и конъюнктивная (ДНФ), при которой логи­ ческая функция записывается в виде произведения сумм. Искомой является минимальная -нормальная форма, т. е. соответственно МДНФ и МКНФ. Для определения .последних можно использовать либо преобразование логической функции по законам алгебры ло­ гики (при числе переменных до 2—3), либо метод карт Карно (при числе переменных до 6—8) [Л. 53], либо алгебраические методы мини­ мизации при большом числе переменных [Л. 54].

'При введении промежуточных переменных и переходе от проек­ тирования сложного ммоготактного устройства к простым однотакт­ ным (комбинационным) количество переменных для каждого из по­ следних обычно не превышает 6—8. При этом становится особенно удобен метод карт Карно, получивший широкое использование на

соседних квадратиков карты, в которых значения логической функ­ ции одинаковы. При этом логическая функция, описывающая состоя­ ние контура, не содержит тех переменных, чьи границы в карте кон­ тур пересекает. Чем больше квадратиков объединяет контур,, тем меньшее число переменных являются аргументами функции. Если синтез логической функции осуществляется в. классе ДНФ, то в кон­ туры объединяются квадратики со значениями функции в них 1. При этом искомая МДНФ записывается в виде сумм функций всех контуров. Если синтез осуществляется в классе ДНФ, то в контуры объединяются квадратики со значениями функций в них 0 и иско­ мая М-КНФ записывается в виде произведений функций всех конту­ ров. Представление найденного выражения для МДНФ иля МДНФ через элементарные функции, соответствующие выбранным' типам логических элементов, завершает синтез логической функции проек­ тируемого устройства. Оно осуществляется по законам алгебры ло­ гики.

Изложенная последовательность синтеза логического устройства, конечно, не позволяет построить устройство минимальной сложности при любых типах логических элементов. Действительно, минималь­ ная форма функции отыскивается в классе нормальных форм, кото­

197

рым соответствуют лишь элементарные операшш и соответственно элементы И, ИЛИ, НЕ. Однако в составе серий логических элемен­ тов имеются и иные функциональные элементы, например ИЛИ — НЕ, И — НЕ II т. д. Преобразование же минимальных форм для пе­ рехода к заданным типам элементов помимо И, ИЛИ, НЕ может осуществляться неравнозначными по количеству элементов способа­ ми. Поэтому заключительный третий этап синтеза требует сравнения вариантов.

Следует также обратить внимание и на недостаток самого под­ хода к синтезу многотактиого устройства, заключающемуся в раз-

В х о д f

Рис. 7-9. Функциональная схема декады двоично-десятичного счетчика. '

биении его на однотактные, связанные через введенные промежуточ­ ные переменные. При этом в процессе -проектирования может также иметь место проигрыш -в общем количестве элементов. Вместе с тем в силу простоты изложенного подхода он получил широкое исполь­ зование в практике.

Одним из основных узлов ДВУ и АЦП являются суммирующие устройства. Проиллюстрируем изложенную методику синтеза на при­ мере синтеза схем логики декады двоично-десятичного счетчика. Отметим, что при' построении суммирующих устройств .обычно используют двоичные и двоично-десятичные коды, -причем последним отдается предпочтение в тех случаях, когда требуется индикация результата в десятичной системе счисления.

На рис. 7-9 представлена функциональная схема декады (деся­ тичного разряда) двоично-десятичного счетчика, включающая четыре счетных триггера и три логические схемы ЛСі, Л С 2, Л С3, осущест­

вляющие связь между двоичными разрядами на триггерах. Введем промежуточные переменные Х\, х2, .ѵ3, х4, характеризующие состоя­

триггеры в процессе сложения и вычитания, отражает левая полови­ на табл. 7-2, составленной на -первом этапе синтеза. Здесь приведе-

198

счетчика должен содержать еще двоичный знаковый разряд (триг­ гер знака) и цепь циклического переноса в младший десятичный разряд '(в .младшую декаду). Наличие знакового разряда не влияет на -построение схемы декады и поэтому не отражается табл. 7-2.

Рассмотрим процесс синтеза на примере логической схемы ЛСг, .

управляющей работой третьего триггера, который может быть -вы­ полнен по любой из схем .рис. 7-7. Триггер изменяет свое состояние при изменении уг с 1 на 0. Из левой половины табл. 7-2 следует,

что если не учитывать промежуточных в процессе счета состояний (позиции 5, 6, 8, 9), то хз изменяет свое значение от позиции 4, 7,

10, 14 к соответственно 7, 10, 11, 1. Исходя из этого и появляется необходимость в учете .промежуточных состояний триггеров, так как иначе в позициях 7, 10 значения для уг должны были бы быть рав­ ны и 0, н 1, что невозможно. Итак, принимаем значения уг равными

ния уг пока будем считать неопределенными равными Я і—Я Б. Зна­ чения Я і—Я 5 выберем на втором этапе синтеза, руководствуясь сле­

дующим:

4. Если Я і= 1, то и Нг—1.

2.Если Я2=0, то Нг может принимать любое значение как 1,

так и 0.

3.Если Я/,= 1, то и ЯБ=1.

4. Если Я4= 0, то Я 5 может принимать значение как 0, так и 1. б. Значение Яз может быть равным либо 1, либо 0.

Переходим ко второму этапу синтеза. На основании табл. 7-2 составляем карты Карно для случаев работы счетчика в режиме сложения (рис. 7-40,а) и вычитания (рис. 7-10,6). Синтез логических функций осуществим в классе ДНФ. Из условия получения меньше-

199