Устройство для определения частотных характеристик динамических объектов

Устройство для определения частотных характеристик динамических объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CoIo3 Советских

Социалистических

Республик 744474 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.10.77 (21) 2535480/18-24 (51) М Кл с присоединением заявки ¹â€”

G 05 В 23/02

1Ъоудоретвенный комитет

СССР (23) Приоритет— (53) УДК 62-50 (088.8) Опубликовано 30,06.80. Бюллетень ¹ 24. йо делом изобретений и открытий

Дата опубликования описания 05.07.80 (72) Авторы изобретения

В. Л. Волков и 1О. М. Гладков

Ордена Ленина институт проблем управления (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к области экспериМентального определения частотных характеристик различного рода динамических объектов, к числу которых могут относиться системы автоматического управления и нх элементы, технологические установки, электрические машины; газотеплообменные агрегаты и т; д., характеризуемые наличием помехи значительного уровня в контролируемых сигналах. При исследовании объектов такого рода практически невозможно сформировать входное возмущающее воздейст- 1о вие, по форме близкое к гармоническому и не содержащее помехи, что не позволяет задавать частоту основной гармонической составляющей с требуемой точностью.

Известные устройства для определения частотных характеристик динамических объектов содержат генератор синусоидального: задающего воздействия, соединенный со входом исследуемого объекта, и блоки измерения амплитуды и фазы на выходе объекта (1} и 12}. m

Такие устройства обладают низкой помехозащищенностью н, следовательно, низкой точностью определения частотных характеристик динамических объектов даже в том случае, когда на выходе исследуемого объекта присутствует помеха низкого уровня.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее генератор задающего воздействия, последовательно соединенные первую модель, первый блок сравнения, первый квадратор, первый интегратор и первый экстремальный регулятор, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первой модели, последовательно соединенные вторую модель, второй блок сравнения, второй квадратор, второй интегратор н второй экстремальный регулятор, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами второй модели, первые сигнальные выходы первой и второй моделей подключены к соответствующим входам блока деления, вторые сигнальные выходы первой и второй моделей — к соответствующим входам сумматора.

Известное устройство предназначено для исследования только таких объектов, которые позволяют формировать задающее воздействие, по форме близкое к гармоническому сигналу t 33.

? 44474

Наличие во входном н выходном сигналах исследуемого объекта помех в значительной степени понижает точность известного устройства, следствием чего является су жение области его функционального приме вен и я.

Цель изобретения — повышение точности н расширение области применения устройства. !!оставленная цель достигается тем, что в устройстве установлены последовательно соединенные блок памяти, множительно-делительный блок и генератор опорного сигнала, выходы которого подключены к соответствукпцим входам первой и второй моделей; а вход блока памяти соединен с соответствующим выходом первой модели.

1(а чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит систему I автоматического управления, исследуемый объект 2, являющийся одним из функциональных блоков системы автоматического управления, устройство 3 для определения частотных характеристик динамических объектов, генератор 4 задающего воздействия, первый и второй блоки 5, 6 сравнения, первый и второй квадраторы 7, 8, первый и второй интеграторы 9, 10, первый и второй экстремальные регуляторы 1, 12, первая и вторая модели 13, 14, первый и второй усилители 15, 16, первый и,второй фазосдвигающие блоки 17, 18, блок 19 памяти, множительно-делительный блок 20, генератор 21 опорного сигнала, блок 22 деления, сумматор 23 На чертеже приняты следующие обозначения: х(t) - — задающее (входное) воздействие, n»(t) — помеха, присутствующая в задающем воздействии x(t); у(1) — выходной сигнал исследуемого объекта, п z(t)помеха, присутствующая в выходном снгнале у (1), w» ъ,,..., w, ..., w — передаточные функции блоков, входящих в состав системы автоматического управления.

Устройство работает следующим образом ! Iри определении частотных характеристик на вход исследуемого объекта 2 с выход» ген» ритор» 4 задающего воздействия под,ц теH возмупгающее воздействие произволь. ной формы частоты а, из последовательности частот(ь;), заданйой программой испытаний, которое можно представить в виде:

x(t)- ASin(cegt+fz)+ Д (() где A и р„соответственно амплитуда и фазовый сдвиг задающего воздействия на частоте ы„; М,(1) -- сумма гармонических составляю»цих с частотами, отличными от м; и случайной составляющей n (t).

Формирователем задающего воздействия является генератор 4 и весь комплекс устройств связи и блоков системы I автоматического управления, участвующих в преобразовании задающего воздействия, до Bx(!да ис(лелуемого объекта 2

На выходе объекта 2 формируется сигнал у (t ) = BS i n (И; + ф ) + N» (t ) где В и ф — соответственно амплитуда и фазовый сдвиг выходного сигнала на частоте ы;, N (() — сумма сигнала N.1((), преобразованного объектом, и помехи и (1), присутствующей на выходе объекта 2.

Обычно в процессе испытаний входной и выходной сигналы исследуемого объекта 2 на каждой частоте фиксируются в накопителе (например, записываются на магнитную ленту) и при определении частотных характеристик на входы устройства 3 подаются записи сигналов x(t) и y(t) длительности Т.

Генератор 21 опорного сигнала формирует гармонический сигнал единичной амплитуды и нулевой фазы

u(t) = Sin ь,„ t„ где ь,„- Ы + Ьо„, который подается иа вход йервой модели 13, состоящей из усилителя 15 и фазосдвигающего блока 17, В данном случае генератор 21 формирует модель задающего воздействия на объект 2.

На выходе первой модели 13 формируется сигнал вида

" »(t)= K

Я, (Т) . Экстремальный регулятор 11 минимизирует величину среднеквадратичной разности путем изменения величины фазового сдвига первого фазосдвигающего блока 17

° 1»")» — — ».си,„, где т — величина времени запаздыванйя. Полученное значение фазового сдвига первой модели 13, соответствующее минимуму среднеквадратичной разности Е, (Т) запоминают в блоке 9 памяти.

-т —Затем изменяют длину наблюдаемой реализации сигналз x(t) и определяют минимум среднеквадратичной разности Е (T ) при длине наблюдаемой реализации T" < Т. Гlолученное значение фазового сдвига первой модели 13, соответствующего минимуму среднеквадратичной разности " (T"), . запоминают в блоке 19 памяти.

Из блока 19 памяти сигнал, пропорциональный разности между двумя запомненными значениями фазового сдвига модели !3, 744474

5 Ь поступает на вход множительно-делитель- присутствующих во входном ного блока 20 на в хо м и выходном а, на выходе которого форми- сигналах и за счет этого повысить точность устройства на порядок. Применение устройр р д дйствием управляюще- ства позволяет значительно упростить техго сигнала с выхода множительно-делитель- нические средства, необходимые для провеного блока 20 изм . меняет частоту опорного сиг- 5 дения частотных испытаний, поскольку в нала ы данном случае не требуется аппаратура для

Указанный процесс продолжается до тех формирования гармонического задающего пор, пока фазовые сдвиги первой модели 13, воздействия. Кроме того, в ряде практичезафиксированные в блоке 19 памяти при ски важных случаев в процессе испытаний двух длинах наблюдения Г и Т, не станут гармоническое задающее, воздействие вообравны между собой. Это служит сигналом Ю ще не удается сформировать по техничесокончания процесса поиска по частоте. Полу- ким причинам. Известные устройства в таченное значение частоты опорного сигнала ких случаях не применимы. Указанные об о,, равное частоте <е;, фиксируется в re- . стоятельства позволяют сделать заключенераторе 21. Значение фазового сдвига 9,1=% ние о расширении области применения устпервой модели !3, полученное после Ройства окончания процесса по частоте, также фикси55 руется. Опорный сигнал частоты ы „с генератора 21 через вторую, модель 14 подается Формула изобретения на вход блока б сравнения, в котором сравнивается с выходкым сигналом объекта 2y(t), Устройство для определения частотных

Выходной сигнал блока 6 сравнения преоб- 26 характеристик динамических объектов, содерразуется в квадраторе 8 к интеграторе 10 жащее генератор задающего воздействия, на вход экстремального регулятора 12 посту последовательно соединенные первую модель, пает сигнал, пропорциональный среднеквад- первый блок сравнения, первый квадратор, ратичной разности входных сигналов бло- первый интегратор и первый экстремальный ка 6 сравнения Я, (Г). Эстремальный регу регулятор, выходы которого соединены соотлятор !2 минимизирует величину среднеквад ветственно с управляющими входами перратичной разности путем изменения величи- . вой моделя, последовательно соединенные ны фазового сдвига второго фазосдвигаю- вторую модель, второй блок сравнения, втощего блока !89 = z .о,, где ee рой квадратор, второй интегратор и второй личина времени запаздывания. Полученное экстремальный регулятор, выходы которого значение фазового сдвкга 9z — — Р второй 5е соединены соответственно с управляющими модели 4, соответствующе. у инимуму сред- входами второй модели, первые сигнальные неквадратичкой разности Я,(Г) фиксируют выходы первой и второй моделей подключеЗа икси ованные значения фазовых сдви- ны к соответствующим входам блока делегов 9< и 9х моделей 13 к 14 подаются на ния, вторые сигнальные выходы первой и сумматор 23, в котором определяется фазо второй моделей — к соответствующим аховый сдвиг р„объекта 2 на частоте wo. — . 55 дам сумматора, отличающееся тем что с

3I. э

I 1 равнок целью повышения точности и расширения

,= - = +l e:. области применения устройства, в ием устаПосле окончания поиска фазового сдви- новлены последовательно соединенные блок

ra i1, объекта 2 производится поиск его коэф- памяти, множительно-делительный блок и фицйента усиления на частоте в„. 11ри этом 4в генеРатоР опоРного сигнала, выходы котоизменяются коэффициенты усиления первой рого подключены к соответствующим вхои второй моделей 13 и !4 до тех пор, пока дам п Рвой и втоРой моделей, а вход блока не будут достигнуты минимумы сигналов памЯти соединен с соответствУющим выхо на входах экстремальных регуляторов 11 и

12. Значение коэффициента усиления первой модели К = — А и значение коэффициента о 45 Источники информации, усиления второй моден К =- В, соответст- принятые во внимание при экспертизе вующие минимумам.. среднеквадратичных разностей 5 (Г) н « (т), фиксируют. 1. Вавилов А. А. и др ЭкспериментальЗафкксированные значения коэффициен- ное определение частотных хаРактеРистик тов усиления первой и второк моделей 13 56 автоматических систем. М.-Л., ГосэнеРго и 14 поступают на входы блока 22 деления, в котором определяется коэффициент уснле. ния объекта 2 на частоте сю . =- ы равный 2. Леонов Ю, П. и др. Применение стаai. тических методов для определения характеК ристик объектов,"Автоматика к телемеханика"

4 К 55, том ХХ, № 9, 1959. а

Указанные отличительные особенности 3. Авторское свидетельство СССР позволяют скомпенсировать влияние помех, № 554525, кл. G 05 В 13/02, 19?4 (прототип).

744474

Составитель В. Васильев Редактор А. Долинич Техред К. Шуфрич Корректор В Бутяга

Вак аз 3793/12 Тираж 956 Подпнс ног

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР яо делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж--35, Раушская .наб., д. 4/5. Филиал ППП аПатентэ г. Ужгород, ул. Проектная, 4