Устройство для определения параметров линейных динамических объектов

 

союз соВетских

СОЦИАЛИС ГИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si1s G 05 В 23/00

ОСУДАР СТВЕ 1+Ю Е Г1АТ Е Н ТНОЕ

ЕДОМСТВО СССР

ОСПАТЕНТ СССР) НАПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е . (1) УУ(р)= (1) 4914724/24 (2) 25,02.91 (6) 30.08.93. Бюл. М 32 (1) Центральный научно-исследователький институт "Гранит" (2) Е.В. Зенкевич, В.В. Каманин и В.Г. Куиш (6) Авторское свидетельство СССР

694839, кл. G 05 В 23/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

9. 1169372, кл. G 05 В 23/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР ф. 661511, кл. G 05 В 23/00, 1977. ! (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

APAMETPOB ЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕКИХ ОБЪЕКТОВ

7) Устройство для определения параметов линейных динамических объектов отноится к автоматике, а именно к технике

1 змерения параметров передаточных функций динамических объектов, и может быть использовано при исследовании и наладке

Изобретение относится к автоматике, в ч1астн ости к устройствам, определяющим пааметры передаточных функций разомкнутых ледящих систем, а также наиболее распротраненных элементов систем автомэтичекого управления — скоростных следящих истем с передаточной функцией вида

Цель изобретения — расширение облати применения за счет возможности опрееления величин запаздывания.

На фиг. 2 — 10 изображены структурная хема устройства для определения парэмет„„!Ж „„1837259 А1 автоматических систем, а также в самонастраивающихся системах.

Целью изобретения является увеличение количества исследуемых параметров путем обеспечения определения величины запаздывания неустойчивых динамических объектов.

Устройство содержит формирователь входного сигнала, с выхода которого ступенчатое воздействие подается на вход динамического звена, а также блок памяти, в котором фиксируется четыре значения переходной характеристики объекта через равные промежутки времени. После проверки правильности обрабатываемого участка переходной характеристики сигналы с выходов блока памяти поступают в блок вычисления параметров обьекта, на выходах которого вычисляются значения коэффициента усиления, постоянной времени, величины запаздывания для динамических объектов, содержащих интегрирующие элементы. 10 ил. ров линейных динамических обьектов и его отдельных блоков, на фиг. 1 — переходной процесс объекта.

Устройство для определения парамет- С1 ров линейных динамических обьектов со- 4 держит исследуемый объект 1, формирователь входного сигнала 2, измери- (Л тель интервалов времени 3, компаратор 4, блок 5 контроля, блок 6 памяти, блок 7 ключей, блок 8 вычисления параметров объекта, блок 9 вычисления промежуточного коэффициента, первый и второй блоки 10 и

11 умножения, первый накапливающий сумматор 12, первый блок 13 сложения, блок 14 логарифмирования. второй накапливающий

1837259

15 сумматор 15, третий блок 16 умножения, первый блок 17 деления, второй блок 18 сложения. второй — четвертый блоки 19 — 21 деления, четвертый и пятый блоки 22, 23 умножения, блок 24 вычитания.

Формирователь 2 входного сигнала (фиг. 3) содержит источник 25 напряжения, первое реле 26, кнопку "Пуск" 27, кнопку

"Сброс" 28, инвертор 29, второй компаратор

30, второе реле 31, индикаторную лампу 32, масштабный блок 33, третье и четвертое реле 34 и 35, вторую индикаторную лампу 36, пятое реле 37, третью индикаторную лампу

38, Измеритель 3 интервалов времени (фиг, 4) содержит первое — пятое реле 39 — 43 времени, второй-шестой инверторы 44 — 48, первую-пятую схемы 49 — 53 совпадения.

Блок 5 контроля (фиг. 5) содержит второй-шестой блоки 54 — 58 вычитания, третий и четвертый компараторы 59 и 60, схему

"или" 61, Первое-пятое реле 39-43 времени (фиг.

6) содержит схему совпадения 62, транзисторы 63 — 64, конденсатор 65, первый управляющий ключ 66 и резистор 67.

Блок 6 памяти (фиг. 7) содержит первуючетвертую схемы 68 — 71 памяти.

Первая-четвертая схемы 68 — 71 памяти (фиг. 8) содержат конденсатор 72, резистор

73, шестое реле 74, операционный усилитель 75, конденсатор 76, резистор 77.

Блок 9 вычисления промежуточного коэффициента (фиг, 9) содержит третий и четвертый блоки 78,79 сложения, пятый блок 80 деления, Блок 7 ключей (фиг. 10) содержит первое-четвертое бесконтактнь;е реле 81 — 84.

Сигнальный вход блока 14 логарифмирования соединен с выходом блока 9 вычисления промежуточного коэффициента, входом первого накапливающего сумматора 12 и первыми входами первого и зторого блоков 10 и 11 умножения, сигнальные выходы которых соединены с четвертым и третьим сигнальными входами первого блока 13 сложения соответственно, сигнальный выход которого соединен с первым сигнальным входом первого блока 17 деления, второй сигнальный вход которого соединен с выходом третьего блока 16 умножения, первый сигнальный вход которого соединен с выходом первого накапливающего сумматора 12, второй сигнальный вход — с пятым сигнальным входом блока 8 вычисления параметров объекта, вторым сигнальным входом четвертого блока 19 деления и пятого блока 22 умножения, выход которого соединен с первым сигнальным входом второго блока 20 деления, а первый сигнальный

55 вход — через второй накапливающий сумматор 15 с входом блока 14 логарифмирования, сигнальный выход которого соединен с первым входом четвертого блока 19 деления, выход которого соединен с третьим сигнальным выходом блока 8 вычисления параметров объекта и вторым сигнальным входом блока 24 вычитания, выход которого соединен со вторым сигнальным выходом блока 8 вычисления параметров объекта, второй сигнальный вход которого соединен с выходом первого накапливающего сумматора 12 и первым сигнальным входом четвертого блока 23 умножения, второй сигнальный вход которого соединен с выходом первого блока 17 деления и первы.-. выходом блока 8 вычисления параметров объекта, а выход — с первым сигнальным входом третьего блока 21 деления, выход которого соединен с первым сигнальным входом блока 24 вычитания, а второй сигнальный вход — с выходом второго блока 18 сложения, первый сигнальный вход которого соединен с выходом второго блока 11 умножения, а второй сигнальный вход с первым входом блока 8 вычисления параметров объекта, первым входом первого блока 13 сложения и первым входом блока 9 вычисления промежуточного коэффициента, второй сигнальный вход которого соединен со вторым входом второго блока 11 умножения, вторым входом первого блока 13 сложения и вторым входом блока 8 вычисления параметров объекта, третий сигнальный вход — со вторым входом первого блока умножения и третьим входом блока 8 вычисления параметров объекта, четвертый вход — с четвертым входом блока 8 вычисления параметров объекта, пятый вход которого соединен со вторым входом формирователя 2 входного сигнала, а первый-четвертый сигнальные входы — с первым-четвертым выходами блока 7 ключей соответственно, первый-четвертый сигнальные входы которого соединены с первым-четвертым сигнальными входами блока 5 контроля и памяти

6 соответственно, первый сигнальный вход которого соединен с выходом объекта, второй-пятый управляющие входы - с первымчетвертым управляющими выходами измерителя 3 интервалов времени соответственно, первый сигнальный вход которого соединен со входом объекта, а пятый управляющий выход — со вторым входом формирователя входного сигнала 2, третий сигнальный вход которого соединен с выходом объекта, а третий выход — с пятым управляющим входом блока 7 ключей, а четвертый вход — через компаратор 4 с первым сигнальным выходом блока 6 памяти.

1837259

В формирователе входного сигнала 2 первый выход источника напряжения 25 через обмотку и контакты реле 26 и кнопки 27 и 28 подключен к земляной точке, второй в ход подключен через нормально разом нутые контакты реле 26 к первому выходу формирователя входного сигнала 2, через м сштабный блок 33 соединен со вторым в ходом формирователя входного сигнала

2 через нормально разомкнутые контакты р ле 35 и 37 и нормально разомкнутые конт кты реле 34 с третьим выходом формиров теля входного сигнала 2, третий вход к торого через инвертор 29 и нормально р замкнутые контакты реле 26 соединен со в орым входом формирователя входного с гнала 2, а также через компаратор 30 и о мотку реле 31 соединен с земляной точк й, к которой подсоединены лампы 32, 36, 3, которые соответственно через нормальн разомкнутые контакты реле 31, 35, 37 с единены с источником питания Е, обмотк которых соединены с земляной точкой и с первым и четвертым входами формироват ля входного сигнала соответственно.

В измерителе интервалов времени 3 первые входы реле времени 39 — 43 соединен с первым входом измерителя интервалов в емени 3, вторые входы блоков 39 — 42 саед нены со вторым входом измерителя инт рвалов времени 3, а выходы реле времени

3 — 43 через инверторы 44-48 соответственн соединены с первыми входами схем 49—

5 совпадения, вторые входы которых с единены с первым входом измерителя инт рвалов времени 3, первый — пятый выходы к торого соединены с выходами схем 49 — 53 с впадения соответственно.

В реле времени 39 — 43 конденсаторы 65 и;управляемые ключи бб включены между к ллектором транзистора 63 и базой транз стора 64, вторые входы управляемых ключ и 66 подключены к выходам пороговых б оков 62, первые входы которых подключен i ко второму входу реле времени, на втор е входы подаются постоянные смещения, о личающиеся друг от друга íà AE.

В блоке 5 контроля выход схемы ИЛИ 61 соединен с выходом блока 5 контроля, а первый вход соединен с первым входом б ока вычитания 54, второй вход которого с единен со вторым входом блока 5 контрол и первым входом блока 55 вычитания, в орой вход которого соединен с третьим в одом блока 5 контроля и первым входом б ока 56 вычитания, второй вход которого с единен с четвертым входом блока 5 конт оля, а выход — со вторым входом блока 58 в читания, первый вход которого соединен с. выходом блока вычитания 55 и вторым

55 входом блока 57 вычитания, первый вход которого соединен с выходом блока 54 вычитания, а выход через компаратор 59 соединен с первым входом схемы ИЛИ 61, второй вход которой через компаратор 60 соединен с выходом блока 58 вычитания.

В блоке 6 памяти первые входы схем памяти 68 — 71 соединены с первым входом блока 6 памяти, второй вход которого соединен со вторым входом схемы 68 памяти, третий вход — со вторым входом схемы 69 памяти, четвертый вход — со вторым входом схемы 70 памяти, пятый вход — со вторым входом схемы 71 памяти, выход которой соединен с четвертым выходом блока 6 памяти, третий выход которого соединен с выходом схемы 70 памяти, второй выход — с выходом схемы 69 памяти, первый выход— с выходом схемы 62 памяти. В схемах 68 — 71 выход усилителя постоянного тока 75 через конденсатор 76 подключен к его выходу, а через резистор 77 — к цепочке, состоящей из конденсатора 72 и резистора 73, вход которой подключен к первому входу схем памяти, а выход усилителя через нормально замкнутый контакт реле 74 — ко входу усилителя 75, обмотка реле 75 подключена ко второму входу схем памяти 68 — 71.

B блоке 7 ключей управляющие входы бесконтактных реле 81 — 84 соединены с пятым управляющим входом блока 7 ключей, вторые входы бесконтактных реле 81 — 84 соединены с первым-четвертым входами блока 7 ключей соответственно, а выходы — с первым-четвертым выходами блока 7 ключей.

В блоке 9 вычисления промежуточного коэффициента выходы блоков сложения 78 и 79 соединены с первым и вторым входами блока деления 80, выход которого соединен с выходом блока 9 вычисления промежуточного коэффициента, первый вход которого соединен с первым входом блока 78, второй вход — со вторым входом блока 78 и первым входом блока 79, третий вход — с третьим входом блока 78 и вторым входом блока 79, четвертый вход — с третьим входом блока 79.

В качестве исследуемого объекта может быть широкий класс неустойчивых динамических систем (содержащих интегрирующее звено), а также силовых исполнительных элементов — гидродвигателей, электродвигателей и т.д.

Устройство для определения параметров линейных динамических объектов работает следующим образом.

Перед началом работы, зная примерно длительность переходного процесса обьекта 1, при помощи масштабногб блока 33 устанавливается длительность времен ного

1837259

Л у(0)= у(1)-y(0);

Л у(1)= у(2)-у(1);

Л у(2)= у(3)-у(2) 10

Л у(0)=ду(1)-ЙУ (О )

Л у(1)= у(2)-Ду (1 ) 2 +у 1

1 +у О)

55 промежутка Л, Величина Л выбирается из условия, чтобы фиксируемые значения величин у(0), у(1), у(2), у(3) не попали на линейный участок переходного процесса, э первый отсчет y(0) не был равен нулю. С подключением исследуемого объекта 1 к устройству для определения параметров линейных динамических объектов происходит замыкание отрицательной обратной связи через инвертор 29 и нормально замкнутые контакты реле 26 . В момент установки объекта 1 в исходное состояние индикаторная лампа 32 погаснет. При замыкании кнопки 27 "Пуск" в формирователе входного сигнала 2 срабатывает реле 26 и замыкает свои нормально разомкнутые контакты и кнопка 27 блокируется. При размыкании нормально замкнутых контактов реле 26 отрицательная обратная связь размыкается, а при замыкании второго нормально разомкнутого контакта реле 26 сигнал с первого выхода формирователя входного сигнала 2 подается скачком на вход исследуемого объекта 1 и на первые входы реле времени 39-43 измерителя интервалов времени 3. При этом сигнал на выходе исследуемого объекта 1 представляет собой переходной процесс, который поступает на первые входы схем памяти 68 — 71, которые до срабатывания ре ле 74 работают в режиме операционных усилителей .с коэффициентом передачи единица. При подаче сигнала на базу транзистора 63 он открывается, конденсаторы

65 оказываются подключенными параллельно змиттерно-базовому переходу транзистора 64. Количество конденсаторов 65, подключенных в схеме определяется количеством сработавших ключей 66, которое в свою очередь определяется количеством сработавших схем 62 сравнения, определяемое величиной сигнала на втором входе схем задержки. Транзистор 64 запирается и находится в закрытом состоянии до тех flop, пока конденсаторы 65 не разрядятся через резистор 67. Когда окончится процесс разрядки конденсаторов 65, снова появится базовый ток транзистора 64, последний откроется, и сигнала на выходе не будет.

Таким образом задержка времени зависит от постоянной времени Tp=C65R67. Включение реле 39 — 43 совместно с логическими элементами — инверторами 44 — 48, схемами совпадения 49-53 обеспечивает появление сигнала на выходах измерителя интервалов времени 3 с определением запаздыванием по отношению к входному сигналу. Задержка сигналов измерителем интервалов времени 3 равна соответственно Л, 2Л, ЗЛ, 4 Л Л, по мере поступления этих сигналов

50 с первого-четвертого выходов измерителя интервалов времени 3 на вторые входы схем памяти 68 — 75 происходит последовательное срабатывание реле 74 и запоминание соответствующих значений переходного процесса у(0), у(1), у(2), у(3) в моменты времени Л, 2 h. 3 Л, 4Л . Величины сигналов соответствующие первым разностям формируются на блоках вычитания 54, 55, 56, а величины соответствующие вторым разностям формируются на выходах блоков 57, 58 вычитания блока 5 контроля, В случае если величина Л выбрана верно, т.е, у(0) 0;

Ллу(0) 0 Л у(1) 0. т.е. зафиксированные значения не попали на линейный участок переходного процесса, на выходе компаратора 4 и блока 5 контроля появляется сигнал, реле 35 и 37 срабатывают и замыкают свои нормально разомкнутые контакты, при этом загораются индикаторные лампы 36 и

38, сигнализируя о правильном выполнении операций, Управляющий сигнал, поступающий с пятого выхода измерителя интервалов времени 3 спустя время д с момента фиксации последнего необходимого отсчета переходного процесса, вызывает срабатывание реле 34 формирователя входного сигнала 2, которое замыкает свой нормально разомкнутый контакт. После этого управляющий сигнал с третьего выхода формирователя входного сигнала 2 поступает на управляющие входы бесконтактных реле

81 — 84 блока 7 ключей, что приводит к их срабатыванию. Запомненные значения переходного процесса через сработавшие контакты реле 81 — 84 поступают на входы блока 8 вычисления параметров объекта, Значение величины К вычисляется в блоке 9 вычисления промежуточного коэффициента по формуле а значения параметров передаточной функции объекта 1 вычисляются блоками 10-24 математических операций по формулам

Т=- ЫIn(-К) 1837259

10 у(3 — у(2) + К 2 — K 1

Л(7+

3+К г

В случае если длительность временного ромежутка Л выбрана неправильно, т,е. (0)=0 ипи еепомненнме енечение переходого процесса попали в линейную зону, то игналы на выходе компаратора 4 или выхое блока 5 контроля не появляются, реле 35 или 37 не срабатывают, таким образом появление сигнала на третьем выходе формиователя входного сигнала 2 невозможно, ампы 36 или 37 не загораются, фиксируя шибку в измерениях. Сигнал на управляюие входы реле 81-84 не поступает.

В первом случае необходимо увеличить еличину Л на выходе масштабного блока

3, а во втором — уменьшить и повторить ксперимент сначала. Повторный пуск возожен только после того, как объект 1 верулся в исходное положение. Для этого еобходимо нажать кнопку 28 "Сброс", при том снимается сигнал с обмотки реле 26, но разомкнет свои нормально разомкнуые контакты и отключит сигнал со входа бъекта 1, а также замкнет свои нормально амкнутые контакты и подключит к исследумому объекту 1 отрицательную обратную вязь. Лампа 32 погаснет как только объект, вернется в исходное положение.

Таким образом. предлагаемое устройсто позволяет определять параметры широого класса устройств, входящих в состав истем автоматического управления, переаточные функции которых описываются

ыражением (1), т.е. имеют в своем составе нтегрирующие звенья и запаздывание. Таими передаточными функциями описыватся, например, разомкнутые идравлические и злектромеханические ледящие системы, а также разнообразные ильтры. В устройстве за одно воспроизвеение переходного процесса, по четырем очкам переходной характеристики (на люом ее участке за исключением линейного начального в зоне запаздывания) опредеяются все параметры передаточной функии по формулам, которые являются бсолютно точными. В устройстве предусотрен контроль правильности выбранного частка переходной характеристики.

Формула изобретения

Устройство для определения пэрамет° ° ов линейных динамических объектов, соержащее формирователь входного игнала, первый выход которого соединен с соответствующим входом измерителя ин10

55 тервалов времени и является первым выходом устройства, э также компаратор и блок вычисления параметров объекта, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения путем определения величин запаздывания неустойчивых динамических обьектов, в устройство введены блок памяти, блок контроля, блок ключей, а блок вычисления параметров объекта состоит из блока вычисления промежуточного коэффициента, пяти блоков умножения, блоков сложения, двух накапливающих сумматоров, четырех блоков деления, блока логарифмирования и блока вычитания, причем первый выход блока вычисления промежуточного козффициентэ соединен с входом блока логарифмирования, первым входом первого блока умножения, первым входом второго блока умножения и входами первого и второго накапливающих сумматоров, входы блока вычисления промежуточного коэффициента, являющиеся входами блока вычисления параметров объекта, подсоединены соответственно второй — к второму входу блока умножения, третий — к второму входу первого блока умножения и к первому входу первого блока сложения, первый — к второму входу первого блока сложения и первому входу второго блока-сложения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения и третьим входом первого блока сложения, четвертый вход которого подключен к выходу первого блока умножения, э выход — к первому входу первого блока деления, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, первым входом подключенного к выходу первого накапливающего сумматора, соединенному с первыми входами четвертого блока умножения и второго блока деления, второй вход которого соединен с выходом пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу второго накапливающего сумматора, второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом первого блока деления, являющимся первым выходом блока вычисления параметров объекта, выход четвертого блока умножения подключен к первому входутретьего блока деления, второй вход которого соединен с выходом второго блока сложения, выход — с первым входом блока вычитания, выход которого является вторым выходом блока вычисления параметров объекта, первый и второй входы подсоединены соответственно к выходу второго блока деления и выходу четвертого блока деления, который является третьим выходом блока вычисления параметров объекта, первый вход соединен с выходом блока логарифмирования, вторые входы пятого

1837259 и третьего блоков умножения соединены с вторым входом четвертого блока деления, являющимся пятым входом блока вычисления параметров объекта и подсоединенным к второму выходу формирователя входного сигнала, соединенного с вторым входом измерителя интервалов времени, четыре выхода которого соединены с соответствующими управляющими входами блока памяти, пятый информационный вход которого является первым входом устройства и соединен с первым входом формирователя входного сигнала, второй вход которого соединен с пятым выходом измерителя интервалов времени, третий и четвертый входы соединены с выходом компарэтора и

5 блока контроля, четыре сигнальных входа которого соединены с выходами блока памяти и сигнальными входами блока ключей, управляющий вход которого соединен с третьим выходом формирователя входного

10 сигнала, а четыре выхода — с соответствующими входами блока вычисления промежуточного коэффициента.

1837259 рие. 2

1837259

1837259

1837259

1837259

Составитель Е.Зенкевич

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Реда кто

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

64 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва Ж-35 Ра шская на5. 4/5