Устройство для определения фазочастотной характеристики динамического объекта

 

ОП ИС-АИИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнн

Социалистических

Республик (iiI 734623 (61) Дополннтельное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 03. 10.77(21) 2580506/18-24 (51)M. Кл.

G05 В 23/02 с присоединением заявки ¹Гасударственный комитет

СССР (23) Приоритет

IID делам нвабретеннй н атнрытнй

Опублнковано 15,05. 80. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 20.05,80 (53) УДК 62. 50 (088.8) (72) Автор изобретения

В. А. Николаенко (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОЧАСТОТНОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИНАМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА тае

Изобретение относится к области автоматики, а именно к устройствам для получения информации о динамических свойствах обьектов. Оно может быть использовано для определения оптимальных параметров настройки регуляторов

5 в системах автоматического регулирования и, в частности для определения частотных характеристик.

Известны устройства для определения ., частотных характеристик (1), содержащие генератор периодических колебаний на входе и регистратор на выходе обьекта.

В этих устройствах фазу, соответствующую заданной частоте, получают либо в результате обработки диаграммы регистратора либо после измерения показываюшими приборами — анализаторами частотных характеристик.

Недостатком этих устройств является относительная сложность определения фазы, заключающаяся в трудоемкости обработки диаграммы (установке оптималь .ной скорости диаграммы, сдвиге перьев

2 и пр.)в первом случае и увеличении их веса и усложнении схемы — во втором.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для определения фазочастотной характеристики динамического объекта (2), содержащее нелинейный элемент, вход которого соединен с выходом динамического обьекВ результате исключения сложного узла измерения фазы известное устройство упрощается и облегчается, что особенно важно для пусконаладочных организапий, занимающихся расчетом и настройкой автоматических систем регулирования.

Параметры амплитудно-фазовой .характеристики (модуль и фазу объекта) определяют путем математических расчетов по результатам измерения частоты и модуля автоколебаний при различных заданных значениях постоянной времени фильтра, включенного между выходом нелинейного элемента и входом. динамического объекта.

734623 эар

1 -E о Чинар™palp

К недостаткам устройства относятся сложность математической обработки и неоднозначная зависимость постоянной времени фильтра от определяемых параметров.

Цель изобретения - уваличение быстродействия устройства, т.е. сокращение врэмени получения информации о динамических свойствах объекта в заранее выбранных точках амплитудно-фазовой характеристики, характеризуемых заданным углом отставания.

Эта цепь достигается тем, что в устройство введены интегратор и последовательно соединенные импульсатор, сигнумреле, триггер и делитапь, выход которого подключен ко входу динамического объекта, причем вход и выход интегратора соединены с соответствующими выходом и входом сигнум-реле.

2и

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 — фаэочастотная и амплитудно-частотная характеристики послевключенного звена, на фиг. 3 — эпюра сигналов послевключен25 ного звена с въиеленной эпюрой сигналов одного цикла (подупериода) на фиг. 4— электрическая схема интегратора.

Устройство для определения фаэочастотной характеристики динамического объекта 1 содержит нелинейный элемент (элемент сравнения) 2, посдевключенное звено 3, в состав которого входят импульсатор 4, сигнум-реле 5, интегратор

6, триггер 7 со счетным входом и делитапь 8.

Интегратор (фиг. 4) включает в себя операционные усилители 9-11.

Устройство работает следующим образок

Сигнал Х gg объекта 1 исследсвания воздействует на нелинейный элемент 2,, который формирует релейную характеристику с выходным сигналом X() y сдвину

C тым по фазе на 180 . В контуре возникает автокслебатапьный режим, при котором допжен соблюдаться баланс фаз, т,е.

180 = )"1. о где - угол отставания послевключен( ного звена 3, о- угол отставания объекта исследования, Если послевключенное звено 3 имеет фаэочастотные и амплитудно частотные характеристики, показанные на фиг. 2, то для любой частоты можно записать;

Таким образом, установив угод 1 согласно выражению (1) на послевипоченном звене и измерив частоту (и амплитуду) сигнала после того как установится автоколебательный режим, мы получим ичформацию об интересуюшей нас точке фазочастотной .характеристики, характеризуемой углом Чо ° Измерение осуществляют следующим образом (см, фиг. 3). Единичный сигнал Хо с abaoда нелинейного элемента со знаком, противоположным входному сигналу, воздействует на импульсатор 4, в результате чего при каждом "перекидывании формируется кратковременный импульс )(, заставляющий срабатывать сигнум-реле 5, котороа блокируется сигнапом заданного уровня Х пд. Сигнум-рапе включает интегратор 6 на заряд емкости (возрастание сигнал Х со скоростьюЧ ),При равенстве сигналов Ху и ) сигнум-рапе возвращается в первоначальное состояние и переключает интегратор на разряд. При: этом сигнал Хр убывает со скоростью

Чрор до тех пор, пока не произойдет новое перекидывание . После этого цикл повторяется.

Каждое переключение сигнум-репе в исходное состояние вызывает переключение триггера 7 со счетным входом, сигнал которого подается на делитель 8.

Согласно эпюре фиг.- 3, фаза, установленная на устройстве, (T(2)-Г Tlt

2Ж fC (2) где Т вЂ” период колебаний (; — время отставания входных колебаний от выходных, Представляя уравнение (2) в выражение (1), будем иметь д о т .г

Учитывая, что h p=(qz)-г (4) фЪ

Г (5) где .6Ъ вЂ” величина изменения сигнала на интеграторе,,окончательно псаучают:

Ч 180-7

Для определения периода колебаний используется информация, полученная при

5 734623 б измерении 611 >согласно уравнению (4) Качество работы п с учетом уравнения (5) матических систем ре 2 1, Ьаа аью гом определяется мет

5аР РаЗР ции при введении в эк

Линейность шкалы установки угла и шкалы измерения периода достигается совершенныь ц являют применением реверсируемогО сиги"1 мреле интегратора, соотношение скоростей которого устан ива я дитем е рактеристики объекта тей и сопр и ений. Так, и коналадочные организа тора 4, выполненного на элект онной аппар,уре с д„ит м сопроти,„ений вия пр и легк"х

K К тия частотных характе

Зс р" p< (8) рокар я С (9) трудозатрат и времени

2 15 где К - постоянная величина, определяе- ботки этих характерис мая опорным напряжением.

Предложенное устро

С. — емкость интегратора

ПОВЫСИТЬ ТОЧ НОС ГЬ ИЗМ

%.1д — сопротивление интегратора. тить количество экспе

Подставив выражения (8) и (9) в го определения параметро уравнения (6) и (7), получим: зовой характеристики (р с) Е ках, сократить время

Ч=

1 ф

2 за счет исключения вь ЩДЖ7%« ков и их обработки. П (к я„с)+(хщ zc 1 2кИс г5 К ж„С1 (a lazC) — К

Отсюда следует, что если сумма R +R2 постоянна, то фаза линейно зависит от величины установленного сопротивления

Р., a период линейно зависит от измеряемой величины ь Ь при постоянной веС личине —, которая в данном приборе служит дпя изменения пределов . шкалы., Интегратор работает следующим обра- З5 зом.

До прихода импульсного сигнала Х j на операционный усилитель 9, работающий в релейном режиме, реле РП находится в исходном состоянии (условно приня» тое за отключенное) за счет смешения

U <+ . Под действием импульсного сигн ла реле срабатывает и блокируется контактами РП-1. Операционный усилитель

11, работающий в режиме интегратора, посредством контактов РП-3 включается на заряд емкости 6, Сигнал Х> возрастает,до тех пор, пока не станет равным

Х од,после чего реле РП возвращается в исходноо состояние.

Контакты РП-З, РП-2, РП-1 размь-» каются, а контакт РП-4 включает интегратор на разряд — на инвертированное операционным усилителем 10 опорное напряжение (Цоп ). Сигнал Х убывает при

55 этом до тех пор, пока следующий сигнал

Х не заставит сработать реле РП. После этого цикл повторяется. ромышленных автогулирования во мноодами пх оптимизасплуатацию. В нано, что наиболее ся частотные метоользуются в качестудно-фазовые харегулирования. Пусции не могут ды из-за отсутстприборов для сняристик, больших для сняти и обратик. йство позволяет ерений и сокрариментов за счет в амплитудно-фав требуемых точи трудозатраты нерчивания графири этом работа может бьггь выполнена наладчиками более низкой квалификации.

Устройство обеспечивает вполне достаточную точность, оно не дороже серийно выпускаемых регуляторов, вес устройства не превышает 7-8 кг, à ремонт вполне может бьггь выполнен в мастерских контрольно-измерительных приборов.

Формула изобретения

Устройство дпя Опредапения фазочастотной характеристики динамического объекта, содержащее нелинейный элемент, вход которого соединен с выходом динамического объекта, о т л и ч а ю ш ес я тем, что, с целью увеличения быстродействия устройства, оно содержит интегратор и последовательно соединенные импульсатор, сигнум-реле, триггер и делитель, выход которого подключен ко входу динамического объекта, причем вход и выход интегратора соединены с соответствующими выходом и входом сигнумр еле«

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Балакирев В. С. и др. Экспериментапьное определение динамических характеристик промышленных объектов управления М., Энергия", 1967, с. 10-1 1.

2, Авторское свидетельство СССР

М 253207, кл. GOG В 13/02, 1968 (прототип) i

734623 и х

Xgqe за/

ЦНИИПИ Заказ 2160/51

Тираж 956 Подписное

Филиал ППЛ Патент, г.Ужгород,ул.Проектная,4