Устройство для определения амплитуднофазовых характеристик

Устройство для определения амплитуднофазовых характеристик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

кбякетр т, фд 2

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Свез Саеетскик

Социалистически я

Реснублнк

«»664157

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополиительиое к авт. свид-ву (22) Заявлено 170277. (21) 2454270/18-24 (51)М, Кл.2

G 05 В 23/02 с присоединением заявки Но,— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 25.05.79, бкзллетемь Но 19 (53) УДК б 2 . 50 (088.8) Дата опубликования описания 28,05.79

- g- - . Е (72) Авторы

ИЗОбретения В.л. Соседка, М.А. Алексеев и С.A. Харитонов (71) ЗаяВИтЕЛЬ Днепропетровский ордена Трудового Красного. Знамени горный институт им. Артема (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования и предназначено для экспериментального исследования динамических характеристик линейных систем автоматического управления (САУ) .

Контроль работоспособности систем, выбор корректирующих устройств с целью достижения заданных показателей качества, а также настройку параметров регуляторов целесообразно проводить по частотным характеристикам.

Из в ест но устройств о дл я определе- 15 ния амплитудно-фазовых характеристик, основанное на вычислении ряда Фурье (1). Оно содержит генератор гармонических колебаний ортогональных функций (синусоидальных и косинусоидаль- 20 ных) колебаний, блоки умножения, интеграторы и регис-:.ор. При определении амплитудно-фазовых характеристик этим анализатором система выводится на режим вынужденных колебаний, выходной сигнал системы .умножается на синусоидальные и косинусоидальные колебания, а затем полученное произведение интегрируется на,периоде. На выходе интеграторов получаются значения ве- 30

1 щественной и мнимой составляющих амплитудно-фазовой характеристики.

Недостатками этого УСтройства являются длительность определения амплитудно-фазовых характеристик, так как точки амплитудно-фазовой характеристики определяются путем последовательной подачи на вход системы ряда частот, а также сложность аппаратурной реализации.

Известно также устройство для измерения амплитудных и фазовых характеристик элементов и систем автоматического управления, содержащее генератор синусоидапьных колебаний, перестраиваемый фазовращатель, сумматор, канал подстройки амплитуды и канал подстройки фазы (2).

Недостатками этого устройства являются длительность времени анализа, так как точки амплитудно-фазовой характеристики определяются путем последовательной подачи на вход исследуемой системы ряда частот, а также относительно высокая сложность устройства, особенно его наладка. Последнее объясняется тем, что каналы подстройки фазы и амплитулы содержат нелинейное звено (синхронный детектор) и, кроме того, связаны через сумма664157 4 тор, что делает систему многосвязанной и нелинейной.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для определения амплитудно-фазовых характеристик, содержащее последовательно соединенные генератор частоты и формирователь частоты и блоки регистрирующих приборов (3).Кроме того оно содержит линейные вибраторы,входы которых соединены С выходом объектов,а выходы — с блоком индикации,Оно содержит также генератор полигармонических колебаний, подключенный ко входу объекта.

Однако и это устройство имеет недостатки:

Повышенная чувствительность линейных вибраторов к действию помех, а следовательно, пониженная. точность.

Сложность в аппаратурной реали- Ю зации, связанная со сложностью реализации линейных вибраторов и относительно большим количеством преобразователей аналог-код.

Цель изобретения — повышение точ- 28 ности устройства. поставленная цель .Достигается-тем, что оно содержит генератор функций

Радемахера, блок дискретно-аналоговых генераторов, сумматор, преобразова- 8О тель напряжение-частота, задатчик интервала интегрирования, ключ, блок выделения знака, два блока логических элементов, два блока делителей частоты и два блока корреляторов, 88 выходы. которых соединены с соответствующими входами блоков регистрирующих приборов, выход блока выделения знака соединен с первыми входами блоков логических элементов, другие входы которых связаны с соответствующими выходами генератора функций Радемахера, вход которого соединен с выходом формирователя частоты, а соответствующие выходы подключены ко входам блока дискретно-аналоговых гене- 45 раторов, выходы которого связаны с соответствующими входами сумматора, вход блока выделения знака соединен со входом преобразователя напряже- . ние-частота, выход которого через Я) ключ связан со входами блоков делителей частоты, выходы которых соединены с первой группой входов соответствующих блоков корреляторов, ко второй групйе входов которых подключены выходы соответствующих блоков логических элементов, один из, выходов генератора функций Радемахера через эадатчик интервала интегрирования связан с управляющим входом ключа..

На чертеже представлена блок-схема устройства с исследуемой системой.

Она содержит генератор частоты l,фор" мирователь частоты 2 (с переменным коэффициентом деления), генератор функций Радемахера 3, дискретно-ана- 65 логовые генераторы (на функциях Уолша) 4, состоящие из синтезаторов функцйй Уолша 5 и задатчиков весовых коэффициентов Уолша 6, сумматор 7, исследуемую систему 8, преобразователь напряжения-частота 9, блок выделения знака 10, ключ 11, задатчик интервала интегрирования 12, блок логических элементов 13, логические элементы 14, блок логических элементов 15 делители 16, блок делителей частоты 17, релейные корреляторы 18 блок делителей частоты 19, регистрирующие приборы 20, блоки корреляторов

21 и 22, блоки регистрирующих приборов 23 и 24 и блок дискретно-аналоговых генераторов 25.

В качестве блока выявления знака выходного сигнала может испольэоваться нуль-орган, в качестве задатчика интервала интегрирования 12 используется счетчик самой низкочастотной функции Радемахера, в качестве логического блока используется элемент, выполняющий функцию равнозначность, в качестве релейных корреляторов 18 используются реверсиэные счетчики, Таким образом, все перечисленные элементы относятся к стандартным элементам измерительной техники. К ним не предъявляется особых требований.

Относительно новыми блоками в данном устройстве является генератор ортогональных функций Радемахера 3 и дискретно-аналоговые генераторы 4.

Как известно, функции Радемахера имеют вид правильной прямоугольной кривой-меандра, причем на нормированном интервале укладывается 2 полупериоt дов этого меандра (i = 1,2...). Функции Радемахера являются, нечетными на интервале .задания, поэтому их можно считать аналогами sign sine;t. При сдвиге функций Радемахера на четверть периода образуется система функций, которые можно считать аналогами sign.

Иэ описания функций Радемахера следует устройство для реализации двух групп функций Радемахера, являющихся аналогами sign sin,t u sign совы t частота от формирователя частоты. 2 последовательно делится триггерами пополам (система функций sign

sin v, t), каждая получаемая функция

Радемахера сдвигается на четверть периода дискретным фаэовращателем (система функций sign cosa; t) . Дискретно-аналоговый генератор 4 состоит из синтезаторов функций Уолша 5, задатчиков весовых коэффициентов 6.

На входы синтезатора функций Уолша

5 подаются соответствующие функции

Радемахера, причем частота низшей из них соответствует частота синусоидального сигнала на выходе задатчи- ка весового коэффициента б. Число W

I.... и пп К- п "

: и .

664157 ь

r((I «1ПМ1 (;(< )yt кИ) "Е Л„«ь(2" ((;t (2) 20 функции уолша и, соответственно; число функциЯ Радемахера определяется заданной погрешностью приближения частной суммы ряда Фурье к аппроксимированной (в нашем случае синусоидальной) функции.

Функции Уолша суммируются в задатчике коэффициентов 6, который представляет собой операционный усилитель на W входов. Коэффициент усиления по каждому входу равен коэффициенту а(разложения синусоидальной функции по ортонормированной системе функций Уолша и определяется как

q, (t) — система ортонормированных функций Уолша. Таким образом, на выходах эадатчиков весовых коэффициентов 6 имеет и синусоидальных функций с част от ами

2 ю, (где К = 1,2,...h) .

На чертеже представлен случай, когда — 4.

Сумматор 7 предстанляет собой например, оп ер аци он н ый усилит ел ь, где суммируются все и колебаний и на выходе сумматора 7 получаются полигармонические колебания, Работа устройства состоит в следующем. С генератора (стабильной) частоты 1 импульсы поступают на делитель 2 с переменным коэффяциентом деления. Затем импульсы поступают на генератор функций

Радемахера 3.

Генератор 3 имеет две группы выходовг выход 1-;р, являющихс я аналогами

sign sin(1;t и (р+1) -: q, являющихся аналогами sign cosa; t. Сигналы с выходов 1 - . р подаются на дискретноI аналоговые генераторы 4. На выходах дискретно-аналоговых генераторов 4 появляются гармонические сигналы с частотами 2 ь1, (где k = 1,2...h) .

Эти сигналы суммируются в сумматоре

7 и на его выходе получаем полигармонические колебания. Эти колебания подаются на вход исследуемой системы

8. На выходе исследуемой системы 8 после затухания свободных колебаний остаются вынужденные колебания, ам. плитуда и фаза которых определяется "-"параметрами системы. Преобразователем напряжение-частота 9 выходное напряжение исследуемой системы . преобразуется в частоту, через ключ

11, управляемый задатчиком интервала интЕгрирования 12, через делители 14 в блоках делителей 17 и 19 импульсы поступают на два блока корреляторов. 21, 22, каждый иэ которых управляется соответствующим логическим элементом 14. На первые входы логических блоков 13, 15 поступают сигналы sign у (t), у (t) — сигнал с выхода исследуемой системы, а на нторые входы — поступают соответстК-1 вУю(аие аналоги sign cos 2 (к1, (k = 1,2,...h) . На первые входы логических элементов 14 поступает сигнал sign y(t), а на,вторые входы— поступают соответствующие сигналы

sign sin 2 v; t (k = 1,2,...h) . Как изнестно, взаимная релейная корреляционная функция входного и выходного сигналов записывается в виде („„(г)=7) q(t) 1gnf1((t "г))м, (1)

1) где x(t) — входной сигнал системы, определяемый выражением у(t) — выходной сигнал системы, определяемый выражением

П к-1 ()(t) «5 8„sir((2 (д Ф ((р„) (3) А — амплитуда к-той гармоники к входного сигнала;

B амплитуда к-той гармоники выходн or o си гн ал а; (р — фазовый сдвиг на к-той к, гармоники; — частота низшей гармоники в группе;

n — число гармоник в группе, 3(1 на которых определяется амплитудно- ф азов а я характеристи к а .

Предположим, что у (t ) состоит и э и ервой гармоники плюс четные гармоники .

35 Этого можно добиться, сформировав определенным образом в х одной сигнал .

Используем в качестве s i g n (x (t + t ) )

m-1 сигнал sign э1п 2 «(; t npu t 0 и сигнал

4() 1 6t пКпып2 и;(ККппп — п)*9К спп2" ц+

1 при Т = „,, sin 2 (.(1 (: — один иэ

R rn-(2 2 1(з(45 сигналов, составляющий полигармонический сигнал. Разложение

sign sin 2 ьк; t u sign cos 2 ((; в ряд Фурье представляет иэ себя сумm-1 му гармоники с частотой 2 ьз; t u бесконечного числа нечетных гармоник с частотами (2е- 1) 2 ы;, где е

1,2,... Подставим поочередно разrrI 4 ложения sign sin 2 м, t u sign

cos 2 (1, t в формулу (1), пред- ставить y(t) как сумму h гармоник.

Тогда под интегралом в выражении (1) будет стоять произведение двух тригонометрических рядон,у которых н силу ортогональности все слагаемые вида:

60 т

К-1 Щ.1

I « "(2 (1;« чк„) sir(2e-1) 2. (,(.1 (к;

664157

Формула изобретения

Ж ч 1 Р !м, 2. Авторское

Р 446035, кл. G

3. Авторское

Р 307390, кл. С

50 свидетельство СССР

05 В 23/02, 23. 11.72. свидетельство СССР

05 В 23/02,01,04.70,.

J !!(2 ; +(Р„) 2e-1) 2(((} Ы t о равны О, кроме тех; у которых часто ((\-! (Il-! ты 2 ц ; и (2e — 1) 2 !.!; равны (т.е. при е е 1) .

Выражение (1) н этом случае примет нид

„2

IINg!.ðà-l l"-й !щ t(w((пД (g) где Re (W(jv) ) и 7П, (W(ju) ) — действительнйе и мнимая части амплитудночастотной характеристики системы.

Из выражений (4) и (5) получаем

Операция умножения y(t) sign (!!-! . sin 2 !!, t и интегрирования при. определении г„„ > (о) осущест- . вляется блоком корреляторов 22, которые управляются сигналами с выходов блока логических элементов 15. Операция умножения y(t) íà sign .sin 2 и,(†.р + t ) и интегрирования при определении осуществл яетс я блоком коррел ят оров

21, которые управляются сигналами с выходов блока логических элементов

13. Учет множителей н выражениях (6), (7) можно осуществить делителями 14.

Значение действительной R e (W(j

Описанное устройство позволяет повысить точность определения амплитудно-фазовых характеристик.

Устройство для определения амплитудно-фазовых характеристик, содержащее последовательно соединенные генератор частоты, формирователь частоты и блоки регистрирующих приборон, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит. генератор функ ций Радемахера, блок дискретно-аналоговых генераторов, сумматор, преобразователь напряжение-частота, эадатчик интервала интегрирования, ключ, блок выделения знака, два блока логических элементов, два блока делителей частоты и два блока корреl5 ляторов, выходы которых соединены с соответстнующими входами блоков регистрирующих приборов, выход блока выделения знака соединен с первыми входами блоков логических элементов, 2р другие входы которых связаны с соответствующими выходами генератора функций Радемахера, вход которого соединен с выходом формирователя частоты, а соответствующие выходы подключены ко входам блока дискретно5 аналоговых генераторов, выходы которого связаны с соответствующими входами сумматора, вход блока выделения знака соединен со входом преобразователя напряжение-частота, выход которого через ключ снязан со входами блоков делителей частоты, выходы которых соединены с первой группой входов соответствующих блоков корреляторов, ко второй группе входов кото:35 рых подключены выход соответствующих блоков логических элементов, один из выходов генератора функций Радемахера через задатчик интервала интегрирования связан с управляющим входом ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Вавилов.А. A., Солодовников А, И.

Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем, М-Л,, Госэнергоиэдат, 1963.

45 бб 4157 в ю л гг га

Редактор Б. Герцен

Эаказ 3000/46

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

Яг)—

1

S 6

Составитель В. Васильев

Техред И. Вабурка Корректор А, Гриценко

Тираж 1014 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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