Анализатор частотных характеристик

Анализатор частотных характеристик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

Е, Н. Кисин, В. Л. Похуаленский, Г. М. Синевич и М, М. Якубович

Московский ордена Ленина авиационный институт имени Серго Орджоникидзе (7! ) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Йзобретение касается автоматики, а именно технических средств исследова ния и контроли систем автоматического управления и может быть использовано при анализе динамических свойств про мышленных систем автоматики и их эле

5 ментов.

Для снятия частотных характеристик, систем автоматического управления и их моделей в лабораторных условиях широко применяется низкочастотная ап паратура, содержашая генератор нерио днческих колебаний, пиковый вольтметр, низкочастотный фазометр (1).

Комплекс из этих технических средств весьма т ромоздок, не совсем удо бен работе в. йромышленнах, условия требует проведения большого числа под готовительных операций, непосредствен но не связанных с определением частот ных характеристик.

Известно автоматическое устройство для измерения частотных характеристик систем автоматического управления и их элементов, содержащее генератор низ кочастотных колебаний,: сумматор, множительные и интегрирующие устройства, калиброванный фазоврашатель (2 ).

Схема данного устройства .усложнена наличием прецизионного фазов ашателя, реализация которого сопряжена в настоящее время с определенными трудностями.

Наиболее близким по технической суш-, ности к предложенному является устрой ство, содержащее интеграторы, генератор синусоидальных колебаний, первый выход которого соединен с первыми входами первого и второго множительных блоков и со входом исследуемого объекта, а второй выход с первыми входами третьего и четвертого множительных блоков, первый сумматор, соответствуюшне входы которого соединены с выходом исследуемого обьекта и с выходами пер» ного и четвертого множительных блоков, а выход соединен со вторыми входами второго и третьего множительных бло» кos (3), где ИЯ=МЬ.)И ЯЛ

% Q +

- высокочастотная

20 помеха;

-"амплитуда синфазной и квадра туркой состав ляющих второго

25 компенсирующего сигнала (все ч » тыре параметра рх qxPg подлежат дальнейр

h шей подстройке) g и0 - амплитуды син фаз ной и квадр&» турной составляю-: щих компенсирую

mего сигнала; р(Ю Ч М .- вещественная и мнимая4частотные характеристики объекта, подлежа»

40 . шие определенаю;

Ак,Чк - амплитуда и фаза

К и гармоники.

Нетрудно видеть, что при .(I >- ); "ф -<1 вторая невязка имеет минимальное значе;ние,- не равное нулю лишь в силу паразитных высших гармоник, указанного вы-. ше происхождения, и помех. Поиск, 56 4ииума второй не зки можно по у и ь ных. : с помощью "автоматической подстройки параметров P u Q пепи компенсации

x ðàäèeíòíûì методом. Алгоритм такой подстройки имеет .следующий вид:

55 м х 3E.

=-Л6". р„, =ЛаЕ"МнаА

9 -Л f." "„=ЛаР соь лЛ, (5)

° Ъ 8E. »

35

3 702

Принцип действия этого устройства основан на компенсации сигнала с выхода исследуемого объекта Х ь (1) ком» пенсирующим искусственно сформирован нйм сигналом X,„Þ Полная компен ия сигнала ХьЫх®(когда ошибка компенсации . = Х р Ю ХкЮстановит» ся тождественно равной нулю) выполня ется автоматической подстройкой параметров компенсирующего сигнала, Следует, однако отметить, что из-за неиз бежных на практике погрешностей,в технической реализации функциональных узлов, составляющих измерительную схему устройства, а также изза нелиней ностей в исследуемой системе, реально всегда существующих, ошибка компен саций f в момент компенсапии нулю, не равна, а представляет собой. сумму из периодических колебаний с малой амплитудой и высокочастотной помехи, вызванной внутренними шумами исжледу, емого объекта и йзмерением сигнала

Х Ь) Это приводит к появлению по грешностей в определении частотных ха рактерйстик.

Ge4b изобретения - йовышение точнос

,т,иг"анализатора.

Это достигает а тем, что аналйзатор частотных характеристик содержит два . фйльтра, второй и третий сумматоры, вы, ходы, которых соединены со вторыми вйбдами соответственно первого и чет вертого множительных блоков, первый вход второго сумматора подключен к выходу первого интегратора, вход кото» рого связан со вторым входом второго сумматора и выходом первого фильтра, вход которого соединен с выходом вто"рого множительного блока, перзый вход - третьего сумматора подключен к выходу второго интегратора, вход которого связан со вторым входом третьего сумма тора и выходом второго фильтра, вход которого соединен с выходом третьего множительного блока.

На чертеже изображена структурная

" схема предложенного устройства

Оно содержит генератор 1 сй нусоидаль колебаний йсследуемый объект 2. суммато ры 3, 4, 5, множительные блоки Вэ 7в.

8, 9, фильтры 10, 11.и интеграторы

12, 13, Выходы генератора 1 отлича ются по фазе на угол

K.

Принцип работы анализатора основан

" на автоматической компенсации устано вившейся реакции на выходе исследуе

352 - 4 мого обьекта компенсируюшими сигналами, Сформируем вторую невязку " = - (р еф щ1,+ очаА1, (1

5 .гце +6 - (X5ga_#_) —.ХК® реальная ошибка компенсации, O и Ш амплитуда и частота синусо идального воздействия, После . преобразований

6"-0 „ МпаА соево ., + д А,<чи(Кж1 Ч„1 и(Ю и) а . о"„= аф (ш)-9)-p"),,„о Ца(и)-6)- «) > (3) /

352 ь, таточный минимум невязки 2), вызывают

20 известном анализаторе. Omega таковых погрешностей дает следующие результа1

Tbl

I"Í l.-éÌÈ»а я "

2S (для абсолютных погрешностей от выс« ших гармоник);

)ар/ 3ьь!-Ич — Ф= К {10)

Ь (для абсолютных погрешностей от вы- сокочастотной цомехи).

Сравнение формул (9), (10) с аналогичными формулами для известного анализатора показывает," что при надлежаЗ5 meM выборе коаффнциента усиления К и постоянной времени T фильтров 10 и 11 абсолютные погрешности измерения час тотных характеристик в предлагаемом анализаторе существенно меньше, чем в

40 известных.

Анализатор частотных характеристик, содержащий интеграторы, генератор сннусоидальных колебаний, первый выход которого соединен с первыми входами первого и второго множительных блоков и со входом исследуемого объекта, а второй выход - с первыми входами третьего и четвертого множительных бло« ков, первый сумматор, соответствующие входы которого соединены с выходом исследуемого обьекта и с выходами первого и четвертого множительных блоков, 4 ,а выход соедийен со вторыми входами второго. и третьего множительных блоков, о т—

5 702 где g — постояйный положительный ко - эффициент.

Обеспечив достаточное быстродейст вие контура подстройки параметров Р

М и Q можно утверждать, что они явш ются, как это следует из (4), оценками текущих разностей ГРОФА- 03 М l Ц(йг43.

Информация об атих разностях может быть, в свою очередь, использована дЛЯ подстройки параметров и 8 до зна- io чений

9=Р(»; ь= (А {6),; сводящих к йулю сами разности. Такую подстройку Р и Ц целесообразно орга низовать по схеме астатического регулирования, согласно которой

Ф= „Р" б=,ц", (7 ) где A.4 А - постоянные положительные

- 4) коаффициейтй обеспечивающие приемлемую более медленную, по сравнению q (5)„, скорость настройки параметров Р и Q цепи компенсации.

Алгоритмы подстройки (5) параметров и { второго компенсирующего сигна ла могут быть упрощены при практичес кой реализации за счет замены операции чистого" интегрирования приближенным интегрированием с помощью фильтров, . например, с передаточной функцией вида — частотные характеристики кото рых совпадают в области рабочих частот

ТР+4

1 с аналогичными характеристиками;инте грируилцего звена. Схема предлагаемого, анализатора частотных характеристик построена в соответствии с (2), (3), (5) ° (7) ° Сигнал второй невязки реализо- ван в виде

Xybtz(t)-o (P Р")мииА (d+Q )cosm на сумматорах 3, 4, 5 и множительных блоках 6 и 9, сигналы Р и Q получены

М % путем фильтрации на фильтрах 10 и 11 45 результатов произведения второй невяз ки на 9ФМАи сща Е,Асигналы и 6; пР дставляют собой результат интегрировауя сигналов P u Q

Устройство работает следуюшим образом, Непрерывно (с большим быстродействи ем) по алгоритму (5} . идентифицируются текушие разности ГР(Ш)-Р 3 и (q (u — ф 2, которые одновременно с процессом их Iидентификации -ликвидируются (с более медленной скоростью) по а в"оритмам (7) вплоть до нуля, В случае идеальной реализации всех функционал ных элементов, входящих в измерительную схему анализатора, и отсутствии помех при атом выполняются условия ь

Р=Р(ОЛ 4=9(uO) E=-a+=O P =Ц =О,Й) т.е. сигналы на выходе интеграторов.12 и 13 "представляют собой искомые численные значения вещественной и мнимой частотных характеристик исследуемого объекта, В реальных условиях паразитные высшие гармоники и высок частотные помехи, создающие отличный от нуля осФормула изобретения

7 ..-:,, — «;«7О2352, л и ч а ю ш и и с я тем, что, .с йелью .." "выходом второго фильтра, вход которого повышения точности анализатора, он со соединен с выходом третьего множительдержит. два фильтра,второй и третий астм ного блока. ,Моторы, выходы которых соедйнены со вто- И ч и ф.р ии,, рыми входами соответственно первого и > принятые во внимание при экспертизе четвертого множительных блоков, первый 1. Вавилов А. А., Солодовников А. И. вход второго сумматора подключен к вы Эксперимеитальноеопределеииечастотных ходу первого интегратора, вход которого характеристик автоматических систем, связан со вторым входом второго сум- МЛ, Госэиергоиздат, 1963, с. 103-.107. матора и выходом первого фильтра, вход 10 2. Авторское свидетельство СССР которого соединен с выходом второго % 446035, кл, 4 05 В 23/02, от множительного блока, первый вход тре 23„11, 72, тьего сумматора подключен к выходу awo 3, Авторское1 свидетельство СССР пс рого интегратора, вход которого связан заявке % 2387201/24, приоритет со вторым входом третьего сумматора и >> 19.7.1976 (прототип).

Составитель Г Нефедова редактор В, :айнрштейн Техред О, panpegizo Корректор T. Скворпова:.

Подписное

Заказ 7588/45 Тираж 1015

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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