DE1239507B

DE1239507B - Method and device for forming a signal, the mean value of which is proportional to the quotient of a first and a second analog signal multiplied by a third analog signal

Info

Publication number: DE1239507B
Application number: DE1965S0100054
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Braun; Dipl-Ing Kurt Smutny
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1965-10-14
Filing date: 1965-10-14
Publication date: 1967-04-27
Also published as: FR1495809A; NL6613862A; BE687577A; AT260582B; LU52155A1

Description

Verfahren und Einrichtung zur Bildung eines Signals, dessen Mittelwert dem Quotienten aus einem ersten und einem zweiten analogen Signal multipliziert mit einem dritten analogen Signal proportional ist Zur Multiplikation und Division analoger Signale werden bei den herkömmlichen Schaltungen Gleichstrom- oder Gleichspannungsverstärker benötigt. Hierdurch sind die herkömmlichen Schaltungen nicht nur recht aufwendig, sondern führen auch zu Rechenfehlern, die auf Grund der Nullpunktsdrift der Verstärker entstehen.Method and device for forming a signal, its mean value multiplied by the quotient of a first and a second analog signal with a third analog signal is proportional to multiplication and division Analog signals are used in conventional circuits as direct current or direct voltage amplifiers needed. As a result, the conventional circuits are not only quite complex, but also lead to calculation errors due to the zero point drift of the amplifier develop.

Der neuen Lösung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden.The new solution is based on the problem of the aforementioned disadvantages to avoid.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Signals, dessen Mittelwert dem Quotienten aus einem ersten und einem zweiten analogen Signal multipliziert mit einem dritten analogen Signal proportional ist.The invention relates to a method for forming a signal whose Mean value multiplied by the quotient of a first and a second analog signal is proportional to a third analog signal.

Die neue Lösung besteht darin, daß aus den drei analogen Signalen synchron Rechteckwechselgrößen mit gleich langen positiven und negativen Impulsen gebildet werden und daß die Rechteckwechselgröße aus dem ersten analogen Signal mit der integrierten Rechteckwechselaröße aus dem zweiten analogen Signal verglichen und mit jedem Vorzeichenwechsel des sich ergebenden Differenzsignals das Vorzeichen der Rechteckgröße aus dem dritten analogen Signal geändert wird.The new solution is that of the three analog signals synchronous alternating square sizes with positive and negative pulses of equal length are formed and that the square wave variable from the first analog signal compared with the integrated square wave size from the second analog signal and the sign with each change in sign of the resulting difference signal the size of the rectangle from the third analog signal is changed.

Zur Durchführung des neuen Rechenverfahrens kann eine Einrichtung Verwendung finden, die sich von den herkömmlichen Einrichtungen dadurch unterscheidet, daß getrennte Modulationsglieder für die drei analogen Signale vorgesehen sind, die nach Art eines Ringmodulators wirken und mit einem Generator zur Erzeugung einer Modulationsrechteckgröße mit gleich langen positiven und negativen Impulsen verbunden sind, und daß ein Vergleichsglied mit zwei Eingängen vorgesehen ist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Modulationsgliedes für das erste analoge Signal direkt und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Modulationsgliedes für das zweite analoge Signal über ein Integrationsglied verbunden ist, und daß ferner ein viertes Modulationsglied vorgesehen ist, dessen Eingang für das zu modulierende Signal mit dem Ausgang des dritten Modulationsgliedes für das dritte analoge Signal und dessen Eingang für die Modulatorspannung mit dem Ausgang des Vergleichsgliedes verbunden ist.To carry out the new calculation method, a device Find use, which differs from the conventional facilities in that that separate modulation elements are provided for the three analog signals, which act like a ring modulator and with a generator to generate a Modulation rectangle size associated with positive and negative pulses of equal length are, and that a comparator is provided with two inputs, one of which Input with the output of the modulation element for the first analog signal directly and its other input to the output of the modulation element for the second analog signal is connected via an integration element, and that also a fourth Modulation element is provided whose input for the signal to be modulated with the output of the third modulation element for the third analog signal and its Input for the modulator voltage connected to the output of the comparison element is.

Die neue Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß Gleichspannungs- oder Gleichstromverstärker vermieden werden und somit auch keine Fehler infolge von Nullpunktsverschiebungen auftreten können. Da die neue Lösung mit reinen Wechselspannungen arbeitet, ist eine galvanische Trennung aller Aus-und Eingänge voneinander möglich.The new solution is characterized by the fact that direct voltage or DC amplifiers are avoided and thus no errors due to zero point shifts may occur. Since the new solution works with pure alternating voltages, is a galvanic separation of all inputs and outputs from each other is possible.

An Hand eines Ausführungsbeispieles sei die neue Lösung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine Einrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens, F i g. 2 die analogen Signale und die aus ihnen erzeugten Signale in Abhängigkeit von der Zeit.The new solution will be described in more detail using an exemplary embodiment. It shows F i g. 1 a device for carrying out the new method, F i g. 2 the analog signals and the signals generated from them depending on the Time.

Es soll ein Signal z1 gebildet werden, das dem Quotienten aus dem analogen Signal x1 und dem analogen Signal y multipliziert mit dem analogen Signal x2 proportional ist. Der Verlauf der vorgenannten analogen Signale in Abhängigkeit von der Zeit ist in den F i g. 2 d, 2 a, 2 h dargestellt. Aus diesen analogen Signalen werden durch getrennte Modulationsglieder M1, M2, M3 (F i g. 1) Rechteckwechselgrößen xla, ya, x2a gebildet, die entsprechend der Modulationsspannung, die ein Taktgenerator T bereitstellt, gleich lange positive und negative Impulse aufweisen. Die Amplitude dieser Rechteckwechselgrößen, die in den F i g. 2 e, 2 b, 2 i dargestellt sind, entspricht jeweils der Größe des analogen Signals.A signal z1 is to be formed which is proportional to the quotient of the analog signal x1 and the analog signal y multiplied by the analog signal x2. The course of the aforementioned analog signals as a function of time is shown in FIGS. 2 d, 2 a, 2 h shown. From these analog signals, square-wave alternating quantities xla, ya, x2a are formed by separate modulation elements M1, M2, M3 (FIG. 1), which have positive and negative pulses of equal length according to the modulation voltage provided by a clock generator T. The amplitude of these alternating rectangular quantities, which are shown in FIGS. 2 e, 2 b, 2 i are shown, corresponds in each case to the size of the analog signal.

Das Ausgangssignal des Modulationsgliedes M1, also die Rechteckwechselgröße x l a, wird dem einen von zwei Eingängen eines Vergleichsgliedes VG zugeführt. Das Ausgangssignal des Modulationsgliedes M2, also die Rechteckwechselgröße ya, wird einem Integrationsglied 1 mit einem Verstärkungsfaktor 1 zugeführt und dessen Ausgangssignal yai, also die integrierte Rechteckwechselgröße ya, die in F i g. 2 c dargestellt ist, dem anderen der beiden Eingänge des Vergleichsgliedes VG zugeführt. Im Vergleichsglied VG werden entsprechend F i g. 2 f das Signal x 1 a und das Signal yai miteinander verglichen. Das Vergleichsglied VG ist vorteilhaft ein Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor und starker Begrenzung. Dies hat zur Folge, daß, sobald das Signal xla das Signal yai übersteigt, am Ausgang eine positive Spannung ansteht, und umgekehrt, sobald das Signal yai das Signal x 1 a übersteigt, am Ausgang des Vergleichsgliedes VG ein negatives Signal erscheint. Das Ergebnis des Vergleichs der in F i g. 2f dargestellten Signale ist in F i g. 2 g gezeigt. Die Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes VG wird nun einem vierten Modulationsglied M4 als Modulationsspannung für die Rechteckwechselgröße x2a aus dem dritten analogen Signal x2 zugeführt, die am Ausgang des Modulationsgliedes M3 ansteht. Durch die vorgenannte Modulation des bereits im Modulationsglied M3 modulierten analogen Signals x2 wird ein Signal am Ausgang des Modulationsgliedes M4 erhalten, das in F i g. 2 j dargestellt ist. Durch Glättung dieses Signals in einem Glättungsglied G 1 wird ein Signal z erhalten, das dem Quotienten aus x1 und y multipliziert mit x2 proportional ist.The output signal of the modulation element M1, that is to say the square wave variable xla, is fed to one of the two inputs of a comparison element VG. The output signal of the modulation element M2, that is to say the square wave variable ya, is fed to an integration element 1 with a gain factor of 1, and its output signal yai, that is the integrated square wave variable ya, which is shown in FIG. 2 c is shown, fed to the other of the two inputs of the comparison element VG. In the comparison element VG , according to FIG. 2 f the signal x 1 a and the signal yai are compared with one another. The comparison element VG is advantageously an amplifier with a high gain factor and strong limitation. As a result, as soon as the signal xla exceeds the signal yai, a positive voltage is present at the output, and vice versa, as soon as the signal yai exceeds the signal x 1 a, a negative signal appears at the output of the comparison element VG. The result of the comparison in FIG. The signals shown in FIG. 2f are shown in FIG. 2 g shown. The output voltage of the comparison element VG is now fed to a fourth modulation element M4 as a modulation voltage for the square-wave alternating variable x2a from the third analog signal x2, which is present at the output of the modulation element M3. As a result of the aforementioned modulation of the analog signal x2 already modulated in the modulation element M3, a signal is obtained at the output of the modulation element M4, which is shown in FIG. 2 j is shown. By smoothing this signal in a smoothing element G 1, a signal z is obtained which is proportional to the quotient of x1 and y multiplied by x2.

Aus der F i g. 2 f ersieht man, daß zur Bildung eines dem Quotienten proportionalen Signals nur eine Bedingung erfüllt zu sein braucht, nämlich, daß - bildlich gesprochen - sowohl in der positiven als auch in der negativen Halbwelle jeweils das Impulsdach von x1 a durch die Integrationsgerade von yai geschnitten wird.From FIG. 2 f it can be seen that for the formation of a quotient proportional signal only one condition needs to be met, namely that - figuratively speaking - both in the positive and in the negative half-wave in each case the impulse roof of x1 a is intersected by the integration line of yai will.

Hieraus ergibt sich als Faustregel für eine Bemessung der zu verarbeitenden Signale, daß x1 maximal doppelt so groß sein darf wie y. Dies ist aber wiederum nur möglich, wenn zwischen den Impulsfolgen nach F i g. 2 c und 2 e keine Nullpunktsverschiebung vorhanden ist. Je größer eine Nullpunktsverschiebung ist, um so kleiner wird das maximal zulässige Verhältnis von x 1 zu y. mit dem noch eine proportionale Quotientenermittlung möglich ist. Abgesehen hiervon spielen jedoch Nullpunktsverschiebungen zwischen den Impulsfolgen nach F i g. 2 c und 2 e keine Rolle, da stets eine Nullpunktsverschiebung in beiden Zuständen einer Periode wirksam wird und sich Fehler somit kompensieren.This results as a rule of thumb for dimensioning the to be processed Signals that x1 may not be more than twice as large as y. But this is again only possible if between the pulse trains according to FIG. 2 c and 2 e no zero point shift is available. The greater the zero point shift, the smaller it will be maximum permissible ratio of x 1 to y. with which a proportional quotient determination is possible. Apart from this, however, zero point shifts play between the pulse trains according to F i g. 2 c and 2 e do not matter, as there is always a zero point shift becomes effective in both states of a period and errors compensate each other.

Zur Bildung eines Signals, das unmittelbar gleich dem Quotienten aus den analogen Größen x 1 und y multipliziert mit der analogen Größe x2 ist, ist die Integrationskonstante des Integrierverstärkers I zu 0,5 zu wählen. Eine Integrationskonstante gleich 1 führt zu einem Ergebnis, das gegenüber dem tatsächlich richtigen nur halb so groß ist.To form a signal that is immediately equal to the quotient the analog quantities x 1 and y multiplied by the analog quantity x2 is the The integration constant of the integrating amplifier I should be selected to be 0.5. A constant of integration equal to 1 leads to a result that is only half of what is actually correct is so big.

Aus den dargestellten Kurvenverläufen läßt sich weiter entnehmen, daß sich automatisch ein richtiges Ergebnis ergibt, wenn x1 oder x2 oder beide negativ sind. Ist jedoch y, d. h. das Nennersignal des Quotienten negativ, dann ist zur Erzielung eines richtigen Ergebnisses eine vorzeichenmäßige Umkehrung des Ausgangssignals des Integrierverstärkers I notwendig. Hierzu ist dem Integrierverstärker ein Umkehrverstärker U mit einem Verstärkungsfaktor 1 nachgeschaltet. Über eine Vorzeichenauswertung VA wird ein Relais R betätigt, das bei Negativwerden des Nennersignals y den linken Eingang des Vergleichsgliedes VG vom Ausgang des Integrierverstärkers I abschaltet und an den Ausgang des Umkehrverstärkers U anschaltet.It can also be seen from the curves shown that a correct result is automatically obtained if x1 or x2 or both are negative. If, however, y, that is to say the denominator signal of the quotient, is negative, then a sign reversal of the output signal of the integrating amplifier I is necessary in order to achieve a correct result. For this purpose, a reversing amplifier U with a gain factor of 1 is connected downstream of the integrating amplifier. A sign evaluation VA actuates a relay R which, when the denominator signal y becomes negative, disconnects the left input of the comparator VG from the output of the integrating amplifier I and connects it to the output of the inverting amplifier U.

Die Vorzeichenauswertung VA kann ein Gleichspannungsverstärker sein. Um diesen zu vermeiden, kann nach einem weiteren Merkmal der neuen Lösung die Phasenlage des Ausgangssignals des Modulationsgliedes M2 in bezug auf das Ausgangssignal des Taktgenerators T ermittelt und hiervon abhängig die Umschaltung des linken Eingangs des Vergleichsgliedes VG vorgenommen werden.The sign evaluation VA can be a DC voltage amplifier. To avoid this, according to a further feature of the new solution, the phase position of the output signal of the modulation element M2 with respect to the output signal of the clock generator T can be determined and the switching of the left input of the comparison element VG can be carried out as a function of this.

Zur Bildung weiterer Produkte mit dem Quotienten aus x 1 und y können weitere Reihenschaltungen aus zwei Modulationsgliedern und einem Glättungsglied vorgesehen werden. Die beiden Eingänge für die Modulationsspannungen der Modulationsglieder werden hierbei ebenfalls mit dem Taktgenerator T bzw. dem Ausgang des Vergleichsgliedes VG verbunden. In der F i g. 1 ist diese Möglichkeit zur Verarbeitung eines weiteren analogen Signals x3 mit den Modulationsgliedern M5, M6 und dem Glättungsglied G2 gegeben.To form further products with the quotient of x 1 and y, further series connections of two modulation elements and a smoothing element can be provided. The two inputs for the modulation voltages of the modulation elements are also connected to the clock generator T or the output of the comparison element VG. In FIG. 1 there is this possibility of processing a further analog signal x3 with the modulation elements M5, M6 and the smoothing element G2.

Claims

Claims: 1. A method for forming a signal, the mean value of which is proportional to the quotient of a first and a second analog signal multiplied by a third analog signal, characterized in that from the three analog signals (x 1, y, x2) square-wave alternating quantities synchronously (x 1 a, ya, x 2 a) are formed with positive and negative pulses of equal length and that the square wave variable (x la) from the first analog signal (x 1) with the integrated square wave variable (ycu) from the second analog signal ( y) and the sign of the rectangular variable (x2a) from the third analog signal (x2) is changed with each change in sign of the resulting difference signal.

2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that separate modulation elements (M1, M2, M3) for the three analog signals (x 1, y, x2) are provided, which act like a ring modulator and with a generator (T) are connected to generate a modulation rectangular size with positive and negative pulses of equal length, and that a comparison element (VG) with two inputs is provided, one input of which is directly connected to the output of the modulation element (M1) for the first analog signal (x1) and whose other input is connected to the output of the modulation element (M2) for the second analog signal (y) via an integration element (1), and that a fourth modulation element (M4) is also provided, the input of which for the signal to be modulated with the The output of the third modulation element (M3) for the third analog signal (x2) and its input for the modulation voltage is connected to the output of the comparison element (VG) t.

3. Establishment according to claim 2, characterized in that for processing a negative second analog signal (- y) between the integration element (1) and the comparison element (VG) a reversing amplifier (U) with a gain factor (- 1) can be switched on.

4. Device according to claim 2, characterized in that the sign evaluation of the second analog signal (y) the phase position of the output signal of the associated Modulation element (M2) determined with respect to the output signal of the clock generator (T) will.