Устройство для определения частотных характеристик

 

(72) Авторы изобретения

Г.И. Волович и А.В. Вели н

Челябинский политехнический институт им. Лейийского- комсомола (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК

Изобретение относится к технике экспериментального определения частотных характеристик элементов систем автоматического регулирования, в частности частотных характеристик стабилизированных источников питания и потребителей постоянного тока, используемых в системах управления, электроприводах, радиоэлектронных устройствах и т.д., может быть применено при разработке и наладке систем электропитания, содержащих сложные регелируемые источники и потребители.

По основному авт.св. Ф 332442 известно устройство для измерения иммитансных частотных характеристик источников питания и потребителей, содержащее управляющую нагрузку, подключенную через измерительные шунты параллельно источнику питания и потребителю, генератор низких частот, соединенный с управляемой нагрузкой и компенсационный измерительный блок, два масштабных блока, два фильтрую.— щнх блока и переключатель, подвижный контакт которого связан с общей шиной первый неподвижный контакт подключен . к зажимам шунта и источникам питания, а второй — к общим зажимам шунта и потребителя, причем входы компенсационного измерительного блока через соответствующие масштабные и фильтрующне блоки подсоединены к соответствующим зажимам управляемой нагрузки

Недостатком этого устройства является большая длительность и трудоемкость измерения, вызванная необходимостью вручную компенсировать разность амплитуд и фазовый сдвиг входного и выходного сигналов исследуемого объекта. Поэтому при ограниченном времени снятия ЧХ это устройство не обеспечивает достаточно высокой точности. Большое число аналоговых элементов (блок компенсации амп литуды, фазовращатель и др.) приводят

864250 а второго

1 к ухудшению точности устройства и снижают его динамический диапазон.

Цель изобретения — снижение времени и повьппение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что третий вход компенсационного измерительного блока подключен ко второму выходу генератора низкой частоты, четвертый вход — к третьему выходу 10 генератора низкой частоты, причем компенсационный измерительный блок содержит блок отсчета времени и после.. довательно соединенные первый блок перемножения, первый преобразователь, 15 первый блок совпадения, первый счет- чик и вычислительный блок, а также последовательно соединенные второй блок перемножения, второй преобразователь, второй блок совпадения, вто- 20 рой счетчик, и, кроме того, последовательно соединенные третий блок перемножения, третий преобразователь, третий блок совпадения, третий счетчик и, последовательно соединенные, 25 четвертый блок перемножения, четвертый преобразователь, четвертый блок совпадения и четвертый счетчик, первый вход первого блока перемножения подключен к первому входу второго бло-З0 ка перемножения и первому входу компенсационного измерительного блока, первый вход третьего блока умножения подсоединен к первому входу четвер того блока умножения и второму входу

35 компенсационного измерительного блока, второй вход первого блока умножения подключен ко второму входу четвертого блока умножения, первому входу блока отсчета времени и третье40 му входу компенсационного измерительного блока, второй вход второго блока умножения подсоединен ко второму входу третьего блока умножения, второму входу блока отсчета времени и четвертому входу компенсационного измери45 тельного блока, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого блоков совпадения подключены к выходу блока отсчета времени и второму входу вычислительного блока, вторые входы перво-50

° го, второго, третьего и четвертого счетчиков соединены между собой и подключены к выходу вычислительного блока, подсоединенного третьим входом к выходу второго счетчика, четвертым входом — к выходу третьего счетчика,,а пятым входом — к выходу третьего счетчика.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Источник 1 питания„потребитель 2, блок 3 управляемой нагрузки, двухфазный генератор 4 низких частот, шунты 5, сдвоенный переключатель 6, фильтрующие блоки 7, масштабные блоки 8, компенсационный измерительный блок 9, блоки 10 перемножения, реверсивные преобразователи 11 напряжения в частоту импульсов, блоки 12 совпадения реверсивные счетчики 13.

Кроме того, устройство содержит также блок 14 отсчета времени и вычислительный блок.

Сигнал от генератора 4 подается на блок 3 управляемой нагрузки, изменение проводимости которой по гармоническому закону вызывает соот ветствующие изменения токов и напряжений в системе электропитания.

Измеряемые величины — напряжение и ток, определяемый падением напряжения на одном из шунтов 5, подаются на фильтрующий блок 7, где происходит отделение постоянных составляющих и высокочастотных помех, на масштабный блок 8, где изменяется амплитуда сигналов до уровня, удобного для измерения и, затем, на входы блоков перемножения.

В зависимости от положения переключателя 6 измеряется частотная характеристика (ЧХ) либо источника 1 питания, либо потребителя 2.

Если на входах блоков перемножения сигнал имеет вид а„М =А„йи(uut+v„)+n„(+>, где Ю вЂ” частота сигнала Г СК.

rl (t) — высшие гармоники и помехи, то на выходе первого блока перемножения

Ь„()=аЖМИМ= 2" СО Р„А

2 COS2ОАcos9,+ — Ь И2ugt Sin9 .д (4}

Ь,И) =aй)с08%6 = ыи--coe2в р

A(. Д

+ - 1 2аО.ЬСОЪМ + И", И) где А,1 и 91 соответственно амплитуда и начальная фаза колебаний напряжения на источнике питания или потребителе.

Преобразователь 1 напряжения в частоту совместно с реверсивным счетчиком 13 осуществляет аналого-цифро8642

10 вое преобразование сигнала с одновременным интегрированием. Интегрирование начинается при появлении на вторых входах схем 12 совпадения,,подключенных к выходу блока 14 отсчета време5 ни, разрешающего сигнала. При приходе на блок 14 сигнала от оператора о начале измерения начинается отсчет времени измер ения.

Синхронизирующий сигнал, поступающий с шин генератора 4, обеспечивает кратность времени измерения периоду испытательного сигнала, что снижает влияние внешних гармоник и случайных помех на точность измерения.

После окончания установленного времени измерения, с выхода блока 14 отсчета времени поступает запрещающий сигнал на схемы 12 совпадения, в результате чего поступление импульсов в счетчики 13 прекращается, т.е. прекращается интегрирование. Числа в

0 счетчиках 13 пропорциональны средним значениям выходных напряжений блоков перемножения Ь.1(t), b<(t) b>(t), b (t) гз и соответственно равнй

О „= КА„С ОМ„ а = КА„Ы1ИQ д- = 1 А2 СОМ 1 4 = " 2 1""д. где А, f соответственно амплитуда и начальная фаза колебаний тока источника питания или потребителя, - коэффициент пропорциональности, общий для всех каналов.

Одновременно тот же сигнал с блока

14 поступает в микропроцессор 15,.когорый по заложенной в него программе пересчитывает числа счетчиков в зна- 40 чения логарифмического модуля и -аргумента частотной функции, соответствен. но

L=(O(Eg (d >eh<)-Ef(d<+d >))

Ч = ОГ1- Я (d4/a ) -a>c сигнал, устанавливающий счетчики 13 в нулевые, положения.

Эа счет совмещения операции аналого-цифрового преобразования и интегрирования удается весьма простыми средствами повысить точность и расширить динамический диапазон устройства, что, в свою очередь, позволяет упростить конструкцию фильтрующих

50 6 и масштабных блоков, повысив теш самым их точность. Обеспечение интегрирования за время, кратное периоду испытательного сигнала, позволяет, в соответствии с теорией оптимальной фильтрами, обеспечить при заданной погрешности минимальное время измерения в условиях аддитивной помехи в виде белого шума и полностью устранить влияние высших гармоник и.;пытательного сигнала.

Формула изобретения

Устройство для определения частотных характеристик по авт.св. 11 332442, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения времени и повышения точности измерений, третий вход компенсационного измерительного блока подключен ко второму выходу генератора низкой частоты, четвертый вход— к третьему выходу генератора низкой частоты, причем компенсационный измерительный блок содержит блок отсчета времени и последовательно соединенные первый блок перемножения, первый преобразователь, первый блок совпадения, первый. счетчик и вычислительный блок, а также последовательно соединенные второй блок перемножения, второй преобразователь, второй блок совпадения, второй счетчик и, кроме того, последовательно соединенные третий блок перемножения, третий преобразователь, третий блок

Ъ совпадения, третий счетчик и, последовательно соединенные, четвертый блок перемножения, четвертый преобразователь, четвертый блок совпадения и четвертый счетчик, первый вход первого блока перемножения подключен х первому входу второго блока перемно" жения и первому входу компенсационного измерительного блока, первый вход третьего блока умножения подсоединен к первому входу четвертого блока умножения и второму входу компенсационного измерительного блока, второй вход первого блока умножения подключен ко второму входу четвертого блока умножения, первому входу блока отсчета времени и третье ;у входу компенсационного измерительного блока, второй вход второго блока умножения подсоединен ко второму входу третьего блока умножения, второму входу блока отсчета времени и четвертому входу

7 864250 8 компенсационного измерительного бло- блока, подсоединенного третьим вхока,. вторые входы первого, второго, дом к выходу второго счетчика, четтретьего и четвертого блоков совпа- вертым входом - к вы выходу третьего дения подключены к выходу блока отс- счетчика, а пятым входом - к выходу чета времени и второму входу вычис" у третьего счетчика. лительного блока, вторые входы первопринятые во внимание при экспертизе счетчиков соединены между собой и !.Авторское свидетельство СССР подключены к выходу вычислительного 9 332442, кл. G 05 8 23/02, )970.