Устройство для измерения частотных характеристик замкнутых автоматических систем

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для экспериментального определения частотчных характеристик динамических систем с обратной связью. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Источник 9 гармонического сигнала изменяемой частоты вырабатывает гармонический сигнал, который через элемент 1 сравнения поступает на второй вход элемента 2 сравнения, где сравнивается с сигналом с выходным сигналом блока 4 обратной связи объекта 3 управления. В элементе 5 сравнения гармонический сигнал с выхода источника 9 гармонического сигнала изменяемой частоты сравнивается с выходным сигналом блока 4 обратной связи объекта 3 управления и через элемент 6 сравнения поступает на вход модели 7, выходной сигнал которой через блок 8 модели обратной связи объекта управления поступает на первый вход элемента 1 сравнения. Выходные сигналы блоков 10-12 определения амплитуды и блоков 13-15 определения фазы поступают на входы арифметического блока 16. 4 ил.

„.ЯО,ы155

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социдлистичесних

РЕСПУБЛИК

А1 (51)5 с Ot R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A.ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i 884 мима

ГОСУДАРСТ ЕНК и HOMEY

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

: (21) 4258484/24-21 (22) 08.06.87 (46) 23.04.90. 6юл. М 15 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) Ю.A.Tðîíü (53) 621.317 (088 ° 8) (56) Саридис Дж. Самоорганизующиеся стохастические системы управления.

М.: Наука, 1980, с. 54.

Electronic Design, 1974, Ч. 24, N 22. р. 170, f ig. 2. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАМКНУТЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для экспериментального определения частотных характеристик динамических систем с обратной связью. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Источник 9 гармоничес1 г кого сигнала изменяемой частоты вырабатывает гармонический сигнал, который через элемент 1 сравнения поступает на второй вход элемента 2 сравнения, где сравнивается с сигналом с выходным сигналом блока 4 обратной связи объекта 3 управления. В эле" менте 5 сравнения гармонический сиг" нал с выхода источника 9 гармонического сИгнала изменяемой частоты сравнивается с выходным сигналом блока 4 обратной связи объекта 3 управления и через элемент 6 сравнения поступает на вход модели 7, вы-. ходной сигнал которой через блок 8 модели обратной связи объекта управления поступает на первый вход элемента 1 сравнения. Выходные сигналы блоков 10 - 12 определения амплитуды и блоков 13 - 15 определения фазы поступают на входы арифметического блока 16, 4 ил.

1559315

Изобретение относится к измерй тельной технике и предназначено для экспериментального определения частотных характеристик динамических систем с обратной связью в системах автоматического контроля динамических объектов, в частности в системах управления и регулирования, радиотехнических системах, содержащих 10 частотно-зависимые замкнутые контуры.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. 15

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения частотных характеристик замкнутых автоматических систем; на фиг.2 - 4 - блоксхемы стандартных аналоговых вычислительных блоков, осуществляющих определение амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик объекта управления и блока обратной связи объекта управления в арифметичес- 25 ком блоке.

Устройство для измерения частотных характеристик замкнутых автоматических систем содержит последовательно соединенные элементы 1 и 2 сравнения., измеряемый объект 3 управления, блок 4 обратной связи объекта управления, элементы 5 и 6 сравнения, модель 7 объекта управления и блок

8 модели обратной связи объекта управления, источник 9 гармонического сигнала изменяемой частоты, блоки

10 - 12 определения амплитуды, блоки 13 - 15 определения фазы, арифметический блок 16. Выход блока 8 модели обратной связи объекта управления соединен с вторым входом элемента 6 сравнения и первым входом элемента 1 сравнения. Выход источника 9 гармонического сигнала соединен с входами блока 12 определение амплитуды и блока 15 определения фазы и с вторыми входами элементов 1 и 5 сравнения. Выход блока 4 обратной связи объекта управления соединен с первым входом элемента 2 сравнения, с входом которого соединен выход элемента 1 сравнения. Выход измеряемого объекта 3 управления соединен с входными блока 10 определения амплитуды и блока 13 определе-, ния фазы, выход модели 7 объекта управления соединен с входами блока 11 ойределения амплитуды и блока 14 onY()

С(ы)е О тЯ(ы) е

A(cd) е

1+А (иэ) е В (cd) e где A(cd) и B(cd) - неизвестные амплитудночастотные характеристики (WX) объекта 3 управления и блока 4 обратной связи объекта управления соотвественно;

g(cd) и

P (cd) - фазочастотные характеристики (фЧХ) соответственно объекта 3 управления и блока 4 обратной связи объекта управления;

UCCd) и

Y(cd) амплитуды сигналов на входе и выходе исследуемой системы, т.е. на первом входе элемента 2 сравнения и на выходе объекта

3 управления;

tg(ur} и

y() фазовые углы; ределения фазы. Выходы блоков 10

12 определения амплитуды и блоков

13 - 15 определения фазы соединены соответственно с первым - шестым входами арифметического блока 16, выходы которого являются выходом устройства для измерения частотных характеристик замкнутых автоматических систем.

Устройство для измерения частотных характеристик замкнутых автоматических систем работает следующим образом.

Источник 9 гармонического сигнала изменяемой частоты вырабатывает rap ионический сигнал, который можно записать в виде х(ы)е в(>, где

Е(ы) - угол сдвига фаз; cd - частота.

Этот сигнал поступает через элемент

1 сравнения на второй вход элемента

2 сравнения.

Частотная передаточная функция (чПФ) замкнутого преобразования исследуемой системы, включающей в себя элемент 2 сравнения, объект 3 управ-. ления и блок 4 обратной связи объекта управления, имеет вид

155931

1 4 (ы) (,„1 > ()е

С (ь>) е ()е Мм(.1

А (ф) е м > м

А () < м(+lВ (>) Рм(1 где А (м) и В (Ю) -WXt (мИ и pÄ(cd) - ФЧХ модели 7 и блока 8 модели обратной связи объекта управления соответственно; и„(ы) и У (ю} сигналы на первом входе элемента 6 сравнения и З0 на выходе модели 7; „(ь ) и „(о>) фазовые углы.

Гармонический сигнал x(cd)e

i e(cd) сравнивается с сигналом обратного преобразования модели (с выхода блока 8), на входе исследуемой системы формируется сигнал U (cd) пропорционально полученной разности в соответствии с уравнением

40 у(ж)=@cd) -у(ы) - соответственно

АЧХ и ФЧХ замкнутого контура исследуемой системы.

Уравнение замкнутого контура модели, включающего в себя элемент 6 сравнения, модель 7 и блок 8 модели обратной связй объекта управления, имеет вид

5 о

К выбору модели 7 и блока 8 модели обратной связи объекта управления предъявляются следующие требования. Структуры блоков 7 и 8 должны соответствовать структуре блоков 3 и 4, а диапазоны частот звеньев, реализующих блоки 7 и 8, — диапазонам частот звеньев, составляющих блоки

3 и 4. Это означает, что идентичность блоков 3 и 7, 4 и 8 понимается как идентичность по порядку дифференциаль" ных уравнений, описывающих работу указанных блоков. Если, например, объект 3 управления представляет собой типовое интегрирующее звено, то и модель 7 должна представлять собой типовое интегрирующее звено. Па" раметры же модели 7 и блока 8 модели обратной связи объекта управления выбираются произвольно, желательно в области малых значений.

В блоках 10 — 12 осуществляется определение амплитуд поступающих со-. ответствующих гармонических сигналов, а в блоках 13 - 15 определение их фаз. Сигналы с блоков 10 -... 15 пос- тупают на первый - шестой входы арифметического блока 16 соответственно.

В арифметическом блоке 16 с помощью стандартных аналоговых вычислительных блоков осуществляется определение АЧХ и ФЧХ объекта 3 управления и блока 4 обратной связи объекта управления. Примеры выполнения стандартных блоков представлены на фиг.2 - 4.

Аналитическое выражение для АЧХ объекта 3 управления имеет вид

А(ь»=у" <д Ам() м

U (ьр) е =x (cd) е -B„(cd) "

1 (4 Ю(ы1

f P (l .1Ч„(vol

«е YÄ(Cd) е

18 (u))

Гармонический сигнал x(cd) е сравнивается с сигналом обратного преобразования исследуемой системы (с блока 4) на входе модели (на первом входе элемента Ь сравнения) пропорционально полученной разности в соответствии с уравнением и (Ы) е =x (cd) e -В (Ы) i V () ; 9(аа)) 1р (цд1 .c % (ц )

«е Y (ь)) е а аналитическое выражение для ФЧХ объекта 3 управления - вид

a(cd) Ч(4 V„()+ „(u), аналитическое выражение для АЧХ блока 4 обратной связи объекта управле50 ниЯ имеет д

В(и)=дд -(-y-, аналитическое выражение для ФЧХ блока 4 обратной связи объекта управления имеет вид р(ы)=й()- (ы)- „(), где Г(ь )= 0 (ы)+Е2(м)-20(i)Е (и)) i

cosL: (и),,„(>) (2.з пЕ1)+Е Х ) in -(u)) Яи)) сояр(ю " Е„„(ДсовЛ (м) 1559315 ных возможностей устройства для измерения частотных характеристик замкнутых автоматических систем.

Формула изобретения

В(сд) =А (ь)) х (м); p (ur) =(())+д(ь));

Е ((.))=Г(си)У„„(()) р Л (ы)=Ч (ы)+

+,(м); y ()) i (u) р („>) e =1+А„„(оэ) е . сВ (M)е

t (Ъ, (03) где А (о ) 20 и М (ы) — известные АЧХ и ФЧХ модели 7; х (vi) и 8 (ы)

- измеренные параметры гармонического сигнала на выходе источника 9 гармонического сигнала изменяемой частоты ; — измеренные параметры гар- 30 ионического сигнала на выходе модели 7.

Численные значения, относящиеся к

АЧХ и ФЧХ модели 7 и блока 8 модели обратной связи объекта управления, вводятся в арифметический блок в виде постоянных коэффициентов, соответствующих определенной частоте. При переходе в процессе исследований с одного значения фиксированной часто- 40 ты на другое необходимо перейти на новые значения частотных характеристик модели, соответствующих другому значению частоты.

Использование устройства для из- 45 мерения частотных характеристик замкнутых автоматических систем позволяет определить частотные характеристики прямого и обратного преобразований замкнутой автоматической системы, gp т.е. получить разомкнутые характеристики замкнутой системы без разрыва контура обратной связи. Возможность выбора параметров в широком диапазоне позволяет значительно расширить класс объектов УпРавлениЯ хаРактеристики, которые можно измерять с помощью неизменяемой модели. Все это указывает на расширение функциональУстройство для измерения частотных характеристик замкнутых автоматических систем, содержащее последовательно соединенные блок обратной связи объекта управления, первый элемент сравнения, второй элемент сравнения, модель объекта управления и блок модели обратной связи обьекта управления, а также источник гармонического сигнала изменяемой частоты, выход которого соединен с вторым входом первого элемента сравнения, третий элемент сравнения, к первому входу которого подключен выход блока обратной связи объекта управления, вход которого соединен с клеммой для подключения выхода объекта управления, клемма для подключения входа объекта управления соединена с выходом третьего элемента сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены четвертый элемент сравнения, три блока определения амплитуды, три блока определения фазы и арифметический блок, выходы которого являются выходом устройства, выход блока модели обратной связи объекта управления соединен с вторым входом втоI рого элемента сравнения и через четвертый элемент сравнения с вторым входом третьего элемента сравнения, выход объекта управления соединен с входами первого блока определения амплитуды и первого блока определения фазы, выход модели объекта управления соединен с входами второго блока определения амплитуды и второго блока определения фазы, выход источника гармонического сигнала изменяемой частоты соединен с вторым входом четвертого элемента сравнения и с входами третьего блока определения амплитуды и третьего блока определения фазы, выходы первого, второго, третьего блоков определения амплитуды и первого, второго, третьего блоков определения фазы соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами арифметического блока соответственно.

1559315

à — 1 (") у е ea() 1 s ®,4() (-) ® где

У/

I (g (ñî)

< () () Составитель Ю.Минкин

Редактор Н.Лазаренко Техред Л.Сердюкова

Корректор Л. Патай

Тираж 549

Заказ 836

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101