Устройство для определения частотных характеристик линейных систем регулирования

Устройство для определения частотных характеристик линейных систем регулирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

c l па е.-:;:и>543951Союз Советских

Социалистических

Республик

OnИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТВЛЬСТВУ (61) ДОполнительиое к авт. саид-ву—

{22) Заявлено 12. 10. 7 6{21) 2411543/18-24 с присоедииеиием заявки №вЂ” (23) 1 1риоритет

Опубликовано 25.02.7Жюллетеиь ¹ 7

2 (51) М. Кл

Cj 05 В 23/02

Гооударотвенный комитет

СССР

an делам нзооретеннй и открытий (53) УДК 62.50 (088.8) Дата опубликования описания 28 02 79

В. Л. Соседка, B. Г. Ткаленко, Ю. B. Шннская, В. И. Лукин, В. A. Нецвегаев и Л. Ф. Коломойцева (72) Авторы изобретения

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный ннстн ту t ям. А р тема (71) Заявитель

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОИРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Изобретение относится к области автоматического управления н регулирования и может быгь использовано для экспериментального исследования динамических характеристик систем автоматического управления (САУ).

Известно устройство для. определения частотных характеристик линейных систем регулирования, содержащее несколько линейных внбрагоров, входы которых соединены с выходом объекта, а выходыс блоком инднкацнн. Оно содержит также генератор полигармоническнх колебаняй, подключенный к входу объекта jlj

Это устройство огличаегся сложностью реализации линейных вибрагоров и их наладки.

Известно также устройство для нзмерения и наблюдения частотных характерисгяк, содержащее генератор входных сигналов, дифференцнрующую цепь с диодами, ключи, активные фильтры и сумматоры, а также коммутатор, причем первый канал коммутатора подкпючен к сум« магору формирования вещественной частотной харакгернсгики, а остальные через ключи, связанные также с выходом объекта, подключены к соо гве тсгвующнм акгнвным фильтрам, первые выходы ко5 горых через свои ключи соединены с упомянутым сумматором, а вторые выходы через re же ключи соединены с сумматором формирования мнимой sacroгной характеристики, прн этом вход объекта через свой ключ связан с генератором входных снгналов, другой вход которого через дифферендирующую цепь связан с диодом н через ключ подключен к управляющему входу коммутатора (2j . Оцнако использование этого устройства для снятия амплитудно-фазовых характеристик загрудннгельно нз-за чувсгвнгельнос гн к помехам, при этом необходимо через дискретные промежутки времени определять значения координат выходного сигнала. Так как выходной сигнал будет искажен действием помех, го координаты будут определяться с ошибкой, что пов64895 1 лияет на точность в определении амплигудно=фазовой характеристики системы.

tBllGGnee близким к изобретению гехническим решением является ус трейс тво для определения частотных характеристик систем регулирования, содержащее задающий блок, генератор колебаний, блок сравнения, первый блок умножителей„, соответствующие входы которого соединены с выходами генератора колебаний, ОЛОки ин тегра тОрОВ и сумматОрОв блОк масштабирования, регистрирующий блок, и генератор экспоненциальных функций(Э .

Это устройство имеет низкую точность определения амплитудно-фазовой характеристики промышленных систем регулирования, 1ак как при дифференцировании импульсной переходной функции возрастает спектральная плоскость мощности промышленных помех, Roropaa искажает результаты обработки, а также длительность времени обработки.

Время обработки связано не только с длительностью процесса определения частотных характеристик контролируемой системы, но и, это главное, с цлительностыо времени анализа уже измеренной частотной характеристики. действительно, после определенич частотной характеристики ее следует нанести на диаграмму равного значейия показателя колебательности М и определить его значение, а затем уже судить о динамических свойствах системы.

Аналогичный процесс происходит и при оценке быстродействия: следует найти частоты среза системы, а затем уже оценить быстродействие.

С помощью комплексно-частотных характеристик процесс оценки показателя колебательности и быстродействия сокращается, Действительно, предположим, что мы определяем комплексно-частотную характеристику при изменении параметра о ,по прямой, проведенной под -45 к дей1 ствительной оси, и Сис тема оказалась устойчивае Это значит, что кОрни харак теристического уравнения находятся слева or этой прямой. Следовательно, можно с помощью комплексно-частотных характеристик оценить коэффициент демпфHpoBBHHRâ

Предположим, что необходимо определить комплексно-частотные характеристики при изменении параметра вдоль прямой, параллельной мнимой оси, и система оказалась устойчивой. Следовательно эти характеристики позволяют определить за-пас устойчивости.

UeJlbIo изобретения является повыше ние точности и расширение функциональ« ных возможностей устройства.

Qocrm.ается это тем, что устройство содержит второй блок умножителей и блок масштабирования, выходы которого подключены к соответствующим входам первого и второго блоков сумматоров, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков интеграторов, выход задающего блока связан с первым входом блока сравнения и первым входом rpe тьего блока суммагоров, к другим входам которого подклк чены соответствующие выходы первого блока интеграторов, второй вход блока сравнения подключен к входу устройства, выход связан с первым входом второго блока умножителей, к другим входам которого подключены соответствующие выходы генератора экспоненциальных функций, выходы второго блока умножителей соединены с соответствующими входами первого блока умножителей, выходы которого связаны. с соответствующими входами блока масштабирования, а входы регистрирующегб блока соединены с соответствующими выходами второго блока интеграторов и третьего блока сумматоров.

В теории а в тома ти ч еского регулироЗ вания при исследовании линейных систем для определения показателя колебателькости, запаса устойчивости по модулю и фазе, а также для построения корневых годографов возникает необходимость в определении комплексно-частотных характеристик, т.е. характеристик, у которых в качестве аргумента используется комплексная переменная 5 =о +)сд . При построении обычных амплитудно-фазовых характеристик в качестве аргумента используется только мнимая составляющая комплексной переменной g, т.е. Я )&.

Если обратиться к геометрической интерпретации этого положения, то обычный частотный анализ основан на отображении только мнимой оси (амплитудно-фазовая характеристика), а комплексночастотный анализ основан на отображении .всей комплексной плоскости. При экспериментальном опрецелении амплигуцно-фазовой характеристики на вход системы следует подавать синусоидальные колебания, а при определении комплекс648951 но-частотных харакгерисгик на вход системы следует подавать расходящиеся или затухающиеся колебания.

При снятии обычных амплитудно-фазовых частотных характеристик, т.е. при подаче на вход незатухающих гармонических колебаний, отделение вынужденных колебаний ог собственных производится за счет ожицания, длительность когорого достаточна для затухания собственных колебаний.

Совершенно очевидно, что при подаче на вход затухающих или расходящихся гармонических колебаний такой метод физически не приемлем.

Устройство основано. на связи между комплексно-частотной харакгерис гикой и импульсной переходной характеристикой линейной системы автоматического регулирования К (): ао

«(el-J<(t)e dt=fa(t) e dt)t)

С о

Задавая одновременно или последовательно значения ряца частот ьд и коэффициентов затухания а6, по этому выражению можно определить одновременно или послецовательно дискретные значения комплексно-частотной харак герис гики исследуемой системы для определенных радиальных прямых плоскости

5 =K+) . г(ля снятия импульсной переходной характеристики системы необходимо формирование о =функции, что затруднительно. Ыелесообразно перейти к переходной функции (((Ф ), снимаемой при единичном ступенчатом воздействии.

Лля этого проинтегрируем выражение (1) по частям.

cV= КЩ31 7= (@сН. С=В(Ц-И(сю)

«(в) =(h(tl-h(a)j е J i ef(h(t)-h(оо)1=h()-e J(h()-h(t)) -"dt.

Учитывая, что

-5Сд1

6" + 3< (- =сов<А+j((; q $

«(" ) ) "()-,(Р(со) h(t))фсояы(+

+Я б 3 и GA+ ) 43 coG ю1 - J оь 9 t т) 4)Ца сИ

-4Х

Ho W(c ijujR(.%(()(,ij j )Эп) (а(+ j j, отс)ода ® (<+ j () =h()-) (È(-)-ЬЩ<

>(()(,cos û1 å(д)(; и >Це р,«(tt+.(>) ((() h(t))(aeinrA— ы сне са1) е

-а 1

На чертеже представлена функциональ-!

О ная с-,åìà устройства. Она содержит исследуемую систему 1„%дающий блок 2, блок сравнения 3, умножигелй 4, генератор колебаний 5, интеграторы 6, первый блок умножителей 7, регистрирующий блок

8, первый блок сумматоров 9, генератор экспоненциальных функций 10, блок умножителей 11, масштабнь)е ячейки 12 и 1@ сумматоры 14, объединенные в блоки сум магоров второй 15 и третий 16, блоки.

2О интеграторов первый 17, второй 18, блок масштабирования 19.

B качестве зацающего блока 2 может использоваться любой регулирующий источник постоянного напряжения, в каче2 сгве блоке сравнечия 3 — операционный усилитель HB QBG входа. Ь качесгBE . умножигеля 4. генератора колебаний 5, ипгеграгоров 6, блока регистрации 8, сумматоров 14, масштабных ячеек 12 .@ и 13;ã использоваться обычные стандартные элемен -ы аналоговой или дискретной техники.

Генератор экс )оненцпальных функций может быть выполнен, в частности, на С-цепочках, Устройство работает следующим образом.

Первый режим -. лласшгабирование калибровки. На вход исследуемой системы

1 подают ступенчатое воздействие. B усгановившемся режиме происходит изменение оператором выходного сигнале задающего блока 2 до тех пор пока на выходе блок" сравнения 3 не получится нулевой сигнал. При масштабировании выходы блока сравнения 3 и задающегс блока 2 отключены от дру:их блоков устройства.

Второй режим - измерение. В этом режиме BB вход системы подаегся тот же

Ю ступенчатый сигнал, что и при калибровке, а выход блока сравнения 3 и задиощего блока 2 подсоединяются к остальной части устройства. При подаче на вхоц исследуемой системы 1 сгупенчагоЯ го воздействия с выхода задающего блока 2 годаегся величина установившегося значения P(oat, а с выхода блока сравнения 3 сигнал, равный разности

648951,(((co)- h (4 ). На выходах блока умножителей 11 получаются сигналы, равные произведению(11 (о() ) — } ($ ) Е ", Зги сигналы подаются на входы умножителей 4. На выходах блока умножителей

7 получаются сигналы, равные произведени(о

}и(со)сЦ»})е в п ;»и

}.Щ-h(tl) e " совы(».

Эти сигналы поступают HQ входы мас штабных ячеек 12 и 13, где они умножаются на постоянные коэффициенты о»,>, Р ° ° сб и сд е 4 ) ц е

13

Коэффициенты ф, иЮ задаются оператором и соответствуют параметрам определяемой комплексно-частотной характеристики. Полученные сигналы поступают на входы блоков сумматоров 15 и 16 и далее на входы блоков интеграторов 17 и

18. На выходе блока интеграторов 18 таким образом формируются сигналы ., (»; (;)=&()-) (»)1*

"(»(6 "» (»-» ;» вы;1}е "i gt, регистрируемые блоком регистрации 8.

На выходах блока интеграторов 17 формируется сигнал 36

J)h (ao1- h (t)j(a; coo ; t+

+Ы;GknGD 4)р +

На выходах блока сумматоров 9 цояв-- щ ляегся сигнал

Rsw(ar.; j}s>,)= h(a)-}(h(è)-И(»Ц

«М; 6»>;4 »д;в(пи;»}, e i»gt

Предлагаемое устройство позволяет производить вычисление .комплексно-частотных характеристик в отличие or ранее известных устройств позволяющих производить вычисления лишь амплитудно-фа зовых характеристик M(j Ы ), являющихсВ частным случаем коьац ексно-частотных характеристик (при ñ/ =О). Оно лег ко реализуется на стандартных блоках, Применение этого устройства позволит экспериментально определить комплексночастотные характеристики. С помощью этих характеристик можно определить цо казагели колебагельносги, запас устойчивости по фазе и амплитуде, расположения ближайших к мнимой оси корней харакгеристического уравнения. Эта информация значительно сократит время наладочных работ, а в действующих системах регулирования позволит аа короткий срок goбиться функционирования этих-систем в оптимальном режиме. формула изобретения

Устройство для определения частотных характеристик линейных систем регулирования, содержащее задающий блок, генератор колебаний, блок сравнения, первый блок умножителей, соответствующие входы которого соединены с выходами ген ратора колебаний, блоки интеграторов и суммагоров, блок масштабирования, регистрирующий блок, и генератор экспоненциальных функций, о г л и ч а ю— щ е.е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей устройства, оно содержит второй блок умножителей и блок масштабирования, выходы которого подключены к соответствующим входам первого и второго блоков сумматоров, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков интеграторов, выход задающего блока связан с первым входом блока сравнения и первым входом третьего блока сумматоров, к другим входам которого подключены соответствующиеие выходы первого блока интеграторов, второй вход блока сравнения подключен к входу устройства, выход связан с первым входом второго блока умножителей, к другим входам которого подключены соответствующие выходы генератора экспоненциальных функций, выходы второго блока умножителей соединены с соответствующими входами первого блока умножителей, выходы которого связаны с соответствующими входами блока масштабирования, а входы регистрируоцего блока соединены с соответствующими выходами второго блока интеграторов и третьего блока сумматоров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 307390, М. Кл g 05 В 23/02, 01.04.70.

2. Авторское свидетельство СССР № 287160, М. Кл2 .g 05 В 23/02, 11.06.69.

3. Авторское свидетельство СССР № 375626. М, Кл Q 05 В 23/02, 19.10.70.

64995 1

Сос та ви гель Г. Нефедова

Редактор Е. Гончар Техред M. борисова Корректор С. Шекмар

Заказ 556/44 Тираж 1014 Подписное

LlHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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