Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления и регулирования

 

Устройство предназначено для измерения вещественной и мнимой частотных характеристик (ЧХ) различного рода систем в инфранизком диапазоне частот входного синусоидального сигнала как в лабораторных, так и в заводских условиях. Целью изобретения (Л ГЧ)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 05 В 23 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I 1

L « гzJ l

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1191888 (2 1) 3976872/24-24 (22) 19.11.85 (46) 23.09,87. Бюл. № 35 (72) Е.H.Кисин, Б.В.Клюев, В.Л.Похваленский, Г.М.Синевич, И.В.Сычева, В.М.Тимаков и П.Е.Швецов (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1191888, кл. G 05 В 23/02, 1984.

„„SU„„1339499 А 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ XAPAKTEPHCTHK СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ (57) Устройство предназначено для измерения вещественной и мнимой частотных характеристик (ЧХ) различного рода систем в инфранизком диапазоне частот входного синусоидального сигнала как в лабораторных, так и в заводских условиях. Целью изобретения

1339499

20

2с

30 является повышение быстродействия устройства вблизи верхней границы диапазона частот входного сигнала (20-30 Гц), Измерение проводится посредством формирования в сумматоре 8 сигнала, компенсирующего в сумматоре

9 сигнал, возникающий на выходе исследуемой системы под действием входного синусоидального напряжения с выхода генератора 25. Компенсирующий сигнал представляет собой сумму напряжений, соответственно компенсирующих вещественную, мнимую и постоянную составляющие сигнала на выходе исследуемого объекта. Оценки вещественной и мнимой ЧХ и постоянной составляющей формируются соответственно на выходах интеграторов 5, 6, 7 при возникновении на выходе сумматора 9 ошибки компенсации, При детек1

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам для исследования и контроля систем автоматического управления и регулирования (САУ и P), предназначе но для определения частотных характеристик (ЧХ) как самих автоматических систем, так и функциональных узлов и является усовершенствованием устройства по авт. св. ¹ 1191888, Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На чертеже приведена структурная схема устройства для определения час тотных характеристик САУ и Р, Устройство содержит множительные блоки 1 — 4, интеграторы 5 — 7, сумматоры 8 и 9, аттенюаторы 10 и 11,фильтры 12-14, блок 15 зоны нечувствитель ности, блоки 16 и 17 коррекции усиления, управляемый усилитель 18,датчик 19 частоты, индикаторы 20 и 21. и управляющие элементы 22 и 23.Вход исследуемой САУ и Р 24 соединен с выходом аттенюатора 10, а выход — с одним из входов сумматора 9, выход которого через последовательно соединенные фильтр 12, блок 15 зоны нечувствительности, первый блок 16 кор рекции усиления и управляемый усилитировании последней в множительных блоках 1 и 3 < оответственно синусо— идальным и косинусоидальным сигналами с выходов фильтров 13 и 14 образуются сигналы, в среднем за период пропорциональные отклонению оценок

ЧХ от измеряемых значений, которые поступают на входы интеграторов 5 и

6, Интегрирование прекращается при равенстве оценок вещественной и мнимой ЧХ реальным измеряемым величинам, что соответствует нулю ошибки компенсации на выходе сумматора 9.

Для повышения быстродействия введена дополнительная коррекция коэффициента усиления в контурах подстройки оценок ЧХ по частоте путем подачи на управляющие входы интеграторов

5 и 6 сигнала с выхода датчика частоты 19 ° 1 ил, 2 тель 18 подключен к первым входам множительных блоков 1 и 3 и к информационному входу второго блока 17 коррекции усиления, выход которого через интегратор 7 подключен к одному из входов сумматора 8, Выход множительного блока 1 через последовательно соединенные интегратор 5 и множительный блок 2 подклю.— чен к второму входу сумматора 8, выход множительного блока 3 через последовательно соединенные интегратор

6 и множительный блок 4 подключен к третьему входу сумматора 8, выход которого через аттенюатор 11 соединен с вторым входом сумматора 9.-Первый выход генератора 25 подключен к входу датчика 19 частоты, к второму входу множительного блока 2 и через фильтр 13 к второму входу множительного блока 1, второй выход генератора 25 с фазой колебаний, отличной от фазы колебаний первого выхода на

Jl/2, подключен к второму входу множительного блока 4 и через фильтр 14 к второму входу множительного блока

3. Управляющие входы аттенюаторов

i0 и 11 и управляемого усилителя 18 соединены с выходом управляющего элемента 23. Вход индикатора 20 соеди3 13 нен с выходом интегратора 4, а вход индикатора 21 подключен к выходу интегратора 6; Выход датчика 19 часто— ты соединен с первым управляющими входами блоков 16 и 17 коррекции усипения и с управляющими входами интеграторов 5 и 6. Выход управляюще.о элемента 22 подключен к вторым управляющим входам блоков 16 и 17 коррекции усиления.

Принцип действия известного уст>ойства основан на автоматической (одстройке идентификаторов вещестл Л венной P(t) и мнимой Q(t) ЧХ по закону t л

p(t) = ) 1aEsinzt dt, а

A 1

q(t) = t >аасовис dt, (1) о где а,(,) — амплитуца и частота вход— ного синусоидального воздействия; эквивалентный коэффициент усиления в каналах подA Л стройки оценок P(t) и Q(t); — ошибка компенсации вида.

A ° \

E = х(>„(„(t)-à P sin(8t — à Q cos(()t

A Л (2)

=а (Р (()) -P) s inst+a (Q ((а) -Q )соsvt, Значение коэффициента усиления линейно зависит от частоты 4) входного синусоидального воздействия.

Однако коррекция коэффициента усиления Л по частоте (.> путем умножения невязки Я на текущее значение частоты не обеспечивает приемлемого быстродействия процессбв подстройки оценок ЧХ во всем диапазоне изменения частот, который на практике составляет О, 1-30 Гц, Работа предлагаемого устройства так же, как и известного, основана на автоматической компенсации сигнала х „(„, установившегося под действием входного сигнала х 8> = a sinut на входе исследуемой САУ и P х =аР((а) sinwt+aQ((t)) соз(()г., 86(>, где Р((()), Q((()) — соответственно вещественная и мнимая частотные характеристики САУ и Р, подлежащие определению.

Сигнал с выхода исследуемой САУ и P подается на один из входов сумматора 9, на другой вход которого

39499 поступает компенсационный сигнал х к получаемый на выходе сумматора 8 путем сложения сигналов aPsin(ut и л

aQcos(ot:

2С

55 и и х, =aP s in()t+aQco s() t

Л Л

При несовпадении оценок P u Q с истинными измеряемыми значениями P((()) и Q((d) ошибка компенсации Е на выходе сумматора 9, согласно (2) не равная нулю, проходя через фильтр 12, блок 15 зоны нечувствительности, блок

16 коррекции усиления и управляемый усилитель 18, поступает на входы множительных блоков 1 и 3. Б результате детектирования ошибки сигналами аА, з1п((а С+(() и аА ((а) сов((а +(), ф 1 где Аф((()) и g ((» ) — амплитудная и фазовая частотные характеристики фильтров 13 и 14, на выходах блоков

1 и 3 умножения образуются сигналы, в среднем за период пропорциональные

Л ошибкам (Р((()) — Р1 и (Ц(()) — ф1. Поступая далее на входы интеграторов 5 и

6, эти сигналы вызывают подстройку

> оценки 1> (на выходе интегратора 5)

Л и оценки Q (на выходе интегратора 6), При этом компенсирующий сигнал х„ изменяется таким образом, что ошибка компенсации (непрерывно уменьшается. Процессы измерения заканчиваются при полном обнулении ошибки

При этом сигналы на входах интеграторов 5 и 6 равны нулю и показания индикаторов 20 и 21 фиксируют, как следует из (2), значения, равные измеряемым ЧХ исследуемой САУ и P

A Л

Р = Р(), Q = (;>((а).

Для повышения быстродействия процесса измерения вблизи верхней границы диапазона частот входного синусоидального сигнала введены дополнительные связи с выхода датчика 19 частоты на управляющие входы интеграторов 5 и 6, что позволяет изменять коэффициент Л по частоте одновременно в блоке 16 коррекции усиления и в интеграторах 5 и 6, Необходимое для обеспеченич приемлемого быстродействия многократное (в сотни раз) изменение коэффициента jl формируется как произведение коэффициента

Л = Ла, на соответствующем интеграторе и коэффициента Л в блоке 16 коррек Р ции усиления (3) Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления и регулирования по авт. св, Р 1191888, о т л и чающее с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, выход датчика частоты подключен к управляющим входам первого и второго интеграторов.

Составитель В.Хромов

Редактор В.Летраш Техред M.Õoäàíè÷

Корректор А,Тяско

Заказ 4218/36 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4,1=л,Л, Л,= л,л Л, где, — общий коэффициент усиления в контурах подстройки оцел и нок P и Q, соответствующий нижней границе диапазона рабочих частот ы .

Такой способ коррекции общего коэффициента усиления при равенстве

Л = = Л позволяет резко уменьшить

Е требуемое изменение коэффициента в блоке коррекции усиления: с

Г

E — 300 в известном устройстве до значения Лс = /300 "- 17,4. Это дает воэможность уменьшить уровень сигнала на выходе этого блока, тем самым обеспечив его работу в линейной зоне. 3а счет этого становится возможным на верхних частотах диапазона л измерение оценок Р и Q, Предлагаемая коррекция позволяет увеличить реальную скорость интегрирования, обеспечив тем самым приемлемое быстродействие процессов измерения на высоких частотах. Коррекция может быть реализована, например, если в состав интегратора (5 или 6) включить множительный блок, на один из входов которого подается входной сигнал интегратора, а на другой вход — управляющий сигнал с выхода датчика

19 частоты.

В случаях, когда не предъявляет:— ся высоких требований к быстродействию процессов идентификации ЧХ, допустима упрощенная реализация пред1339499

6 лагаемой коррекции коэффициента усиления по диапазонам частот, на которые разбивается вся рабочая об5 ласть частот устройства. В этом слу— чае оператор выступает в качестве датчика частоты, переключая четырехсекционный (для одновременного изменения коэффициента в блоках 16 и 17 корреКции усиления и в интеграторах

5 и 6) многопозиционный (для реализации нескольких значений коэффициента усиления в соответствии с требуемым числом диапазонов частот) переключатель в зависимости от конкретной частоты, на которой производится измерение.

Таким образом, обеспечивается реализация необходимого на высоких частотах большого коэффициента усиления в контурах подстройки оценок

Л л

Р и Q и тем самым быстродействие процессов измерения в указанной об25 ласти (20-30 Гц).