Устройство для определения частотных характеристик систем регулирования

Устройство для определения частотных характеристик систем регулирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социвлистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii,75()442 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (5! )М. Кл.

G 05 В 23/02 (22) Заявлено 27.06.)8 (2l ) 2633975/Ф8-24 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Гесударстееииый комитет

СССР (53) УД К62.50 (088.8) до делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.07.80. 6ктллетень Ж 27

Дата опубликования описания 23.07.80 (72) Авторы изобретения

В. Л. Соседка, М. А. Алексеев, E. Н. Логачев и А. И. Категоренко

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Артема (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для экспериментального определения частотных характеристик импульсных систем автоматического регулирования.

Известно устройство. для определения час5 тотных характеристик систем регулирования, которое содержит reHeparop синусоидальных сигналов, подаваемых на выход исследуемой системы, и регулятор, который, регулируя часто1О ту и фазу генератора синусоидальных колебаний, поддерживает такую последовательность импульсов, чтобы на выходе системы установи.лась периодическая решетчатая функция, Затем, стробируя выходной сигнал и добиваясь его максимума, определяют амплитуду выходного сигнала, а по изменешпо положения стробирующих импульсов определяют фазу выходного сигнала (11.

Недостатки устройства — длительное время анаЛиза, связанное с выводом системы в режим вынужденных колебаний и с последующим поиском следящей системой экстремальных значений и невысокая точность определения час2 тотных характеристик при наличии помех. Это связано с тем, что амплитуда выходного сигнала определяется путем стробирования ее в соответствующие моменты времени. Помеха, накладываясь на выходной сигнал, искажает его амплитудное значение, что и приводит. к невысокой точности определения частотных характеристик.

Известно также устройство для определения частотных характеристик систем регулирования, в котором исключена следящая система для поиска экстремальных значений, что увеличирает ее быстродействие т2) .

Недостатком устройства — низкая точность определения амплитуд при действии помех, так как в этих технических решениях используется одна и та же идея стробирования выходных сигналов.

Наиболее близким техническим решением является устройство для определения частотных характеристик систем регулирования, содержащее последовательно соединенные генератор частоты и генератор синусоипального сигнала, выход которого подключен ко входу исследуе750442 4 этого необходимо правую часть выражения (1) представить в виде ряда

25 и отрицательных значений

3 мой системы, последовательно соединенные первый сумматор, первый преобразователь напряжение-частота", первый счетчик и первый регистрирующий блок, последовательно соединенные второй сумматор, второй преобразова» »

5 тель напряжение-частота, второй счетчик и второй регистрирующий блок, и две группы блоков умножения, первые входы которых подключены к выходу генератора частоты, а вторые входы — к выходу исследуемой системы (3) .

В нем используется метод разложения в ряд Фурье, что обеспечивает помехоустойчивость устройства. Однако это устройство не может использоваться для определения частот15 ных характеристик импульсных систем .

Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит по числу нечетных блоков умножения первой группы инверторы, входы которых соединены с выходами соответствующих нечетных блоков умножения первой группы, выходы — с соответствующими входами первого сумматора, а выходы блоков умножения второй группы связаны с соответствующими входами второ1о сумматора, и, кроме того, тем, что блок умножения содержит последовательно соединенные делитель частоты, генератор функций Радемахера и генератор функций Уолша, последовательно соединенные группу ключей, сумматор и ключ, выход которого связан с выходом блока умножения, управляющий вход — с выходом задатчика интервала интегрирования, вход которого подключен к соответствующему выходу генератора функций Радемахера, вход делителя частотЬ соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого связан с первым входом группы ключей, второй вход которой

40 подключен к выходу генератора функций

Уолша.

Реализация устройства основана на связи между амплитудно-фазовой характеристикой импульсной системы W () u) и амплитудно-фа45 зовой характеристикой непрерывной системы чч(j и) и векторно сложить. Члены в правой части выражения (2) представляют собой векторы, проведенные из начала координат комплексной плоскости до точек ()1() W<), (с,)+ 2(а, ),... (Ы вЂ” (д и ), ((.з -2(ап)...амплитудно-фазовои характеристики непрерывной системы W{ j o0) .Члены в выражениях (1) и (2) следует брать до тех пор, пока вклад последнего слагаемого не сделается достаточно малым.

Подадим на вход исследуемой импульсной системы синусоидальное воздействие определенной частоты и определим действительную и мнимую составляющую вектора амплитуднофазовой характеристики импульсной системы на этой частоте. Мнимую составляющую вектора амплитудно-фазовой характеристики определим разложением выходного сигнала исследуемой системы по синусам для положительных

2 — х (х (т) Б п сд д = J /w() я)/ где GD — частота работы импульсного эле- и мента; и — натуральный ряд чисел.

Выражение (1), показывает, что амплитудно-фазовая характеристика импульсной системы может быть построена по амплитудно-фазовой характеристике ее непрерывной части. Для

5 750442 б

1 2 . где T, Ti T2, Tf, T — периоды, на которых осуществляются разложения функции в ряд

Фурье.

Суммируя правые части выражений (3)

5 и (4) с учетом коэффициента пропорциональности ()„/2)i, получаем проекцию вектора амплитудно-фазовой характеристики импульсной на мнимую ось.

Просуммируем левые части выражения (3) 10 ния — действительной составляющей. Блоки

4 и 5 умножения состоят из делителя 6 частоты с переменным коэффициентом деления, генератора 7 функций Радемахера, генератора 8 функций Уолша, группы ключей 9, сумматора 10, ключа 11, задатчиков 12 интервала интегрирования. Устройство содержит также инверто," умматоры 14 и 15, преобразователи 16 и 17"напряжение-частота", счетчики 18 и 19, регистрирующие блоки 20 и 21. Выходы и (4): блоков 4 умножения, в которых формируется

®nо сигнал для определения мнимой составляющей э чч (ju)= L)(< г1 и 1=

tYI

1 n---ao амплитудно-фазовой характеристики импульсной

le системы для отрицательного значения аргумент 3.

4 15 та соединены с сумматором 14 через инвер(Ат (. О тор 13.

"цццц@ - n((d+n(dn)

21

n=-со

Устройство работает следующим образом. о Первый режим — подготовка устройства к работе. При этом задается частота, например (5) где .. Т; — пределы интегрирования, равные 20 63 <, на которой определяется амплитуднопериодам, на которых осуществля- фазовая характеристика импульсной системы ется разложение выходного сиг- и выставляются коэффициенты деления делитенала в ряд Фурье. лей 6 частоты в.блоках 4 и 5 умножения. ПриВыражение (5) показывает, что для опреде- чем, для отрицательных значений аргумента ления одной точки Зп,ю (1 1 импульсной 25 выходной сигнал блоков 4 умножения подасистемы на исследуемой частоте <д необходимо ется на сумматор 14 через инвертор 13. выходную величину исследуемой системы раз- Второй режим — измерение. При этом реложить по нестационарному полигармоничес- жиме импульсы с генератора 1 частоты постукому сигналу. Нестационарность заключается в лают на вход генератора 2 синусоидальных том, что периоды интегрирования для каждой 30 сигналов и входы блоков 4 и 5 умножения, частоты разные и, в общем случае, могут в которых происходит умножение входного быть не кратными основному периоду Т. сигнала исследуемой системы на синусоидальДействительная составляющая векторов .ные и косинусоидальные сигналы, частоты ко, амплитудно-фазовой характеристики импульс- торых задаются в соответствии с аргументами ной системы определяется по выражениям, 35 . синусоидальных и косинусоидальных функций аналогичным выражениям (3), (4) и (5), толь- в выражениях (5) и (6). ко во всех формулах следует синусоидальный Для повышения точности определения сигнал заменить на косинусоидальный. Выра- 1 чч (j(а) и Re% (jû)необходимо одновременжение для определения% Ф )с0имеет вид ное выполнение умножения согласно выражеИг о.» 40 ний (5) и (6). Это относительно легко вые полнить, если синусоидальные и косинусоидаль1 г> ные функции представить в вице функциональ1Т . Т ных зависимостей

i О (Ц (gg " -у т1 о ®

О СО

CoS t = Е Ь uv (т.11 1 (8)

На чертеже представлена функциональная к=О схема устройства, предназначенного для опре50 где W< (Ц вЂ” система ортогональных функций, деления амплитудно-фазовых характеристик например Уолша; импульсных систем. О,,Ь,< — коэффициенты ряца Фурье-Уолша.

Устройство состоит из генератора 1 частоты, генератора 2 синусоидальных сигналов, иссле- Как показывают выражения (7) и (8), дуемой системы 3, двух групп блоков 4 и 5 синусоидальные и косинусоидальные функции умножения. В блоках 4 умножения формиру- формируются из функций Уолша. Синусоидаль55 ется сигнал для определения мнимой составляющей амплитудно-фазовой характеристики импульсной системы, а в блоках 5 умноженая функция формируется на выходе генератора 8 функций Уолша в блоках 4 умножения, а косинусоицальная функция формируется

7 иа выходе генераторов 8 функций Уолша, но в блоках 5 умножения.

Умножение сигнала с выхода исследуемой системы Х() на гармонические функции представлено в следующем виде:

750442 8 осуществляется регистрирующим блоком 20, а индикация действительной части — регистрирублоком 21.

Формула изобретения х(с) ьiп » - x(tl(apwy ()

+O W ®+" 4 O < „, «> (»

10 хф сов ы = )((t)(b w (<) > - b Vv1(т.)+ ° ..+Ь Ю/(((Ц) ., (10) 1 1 " к

35

Поскольку функции Уолша принимают значение + 1 или — 1, умножение сигнала с выхода исследуемой системы на синусоидальный сигнал заменяется суммированием Х (т ), 20 взятого с соответствующим знаком и весовыми коэффициентами а и Ь, . Суммирование осуществляется сумматорами 10 с к — входами (где к — число функций Уолша), причем каждый вход подключен к двум ключам из группы аналоговых ключей 9, на аналоговые входы которых подается текущее значение сигнала Х() и его проинвертированное значение—

Х(т ), а управляющие входы ключей подключены к генератору функций Уолша непосредЗО ственно и через логические инверторы.

Следует отметить, что реализацию генератора 2 синусоидальных сигналов можно осуществить так же, как выполнены блоки.4 и 5 умножения, Отличие состоит лишь в том, что вместо текущего значения сигнала Х(т.) на. аналоговые входы группы ключей 9 подается постоянное напряжение + U и — U, которое определяет амплитуду выходного сигнала.

Далее сигналы с выходов сумматора 10 поступают через ключ 11, либо на входы сум40 маторов 14 и 15 непосредственно, либо через инверторы 13, через которые проходят лишь те сигналы, у которых аргумент синусоидальной функции отрицателен. Ключ 11 управля45 ется задатчиком 12 интервала интегрирования, который определяет интервал времени, в течение которого происходит умножение сигнала с выхода системы на синусоидальный и косинусоидальные сигналы согласно выражениям (5) и (6);

Сигналы с выходов сумматоров 14 и 15 подаются на вход преобразователей 16 и 17 напряжения, далее на счетчики 18 и 19. Индикация результатов определения мнимой составляющей амплитудно-фазовой характеристики

1. Устройство для определения частотных характеристик систем регулирования, содержащее последовательно соединенные генератор частоты и генератор синусоидального сигнала, выход которого подключен ко входу исследуемой системы, последовательно соединенные первый сумматор, первый преобразователь

"напряжение-частота", первый счетчик и первый регистрирующий блок, последовательно соединенные второй сумматор, второй преобразователь "напряжение-частота", второй счетчик и второй регистрирующий блок и две группы блоков умножения, первые входы которых подключены к выходу генератора частоты, а вторые входы — к выходу исследуемой системы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, Что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оно. содержит по числу нечетных блоков умножения первой группы инверторы, входы которых соединены с выходами соответствующих.нечетных блоков умножения первой группы, выходы — с соответствующими входами первого сумматора, а выходы блоков умножения второй группы связаны с соответствующими входами второго сумматора.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок умножения содержит последовательно соединенные делитель частоты, генератор функций Рацемахера и генератор функций Уолша, последовательно соединенные группу ключей, сумматор и ключ, выход которого связан с выходом блока умножения, управляющий вход — с выходом задатчика интервала интегрирования, вход которого подключен к соответствующему выходу генератора функций Радемахера, вход делителя частоты соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого связан с первым входом группы ключей, второй вход которой подключен к выходу генератора функций Уолша.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР И 166395, кл. G 05 В 23/00, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР N 196967, кл. G 05 В 23/00, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке

N 2454270/18 — 24, кл, G 05 В 23/02, 29.08.77 (прототип), 750442

1

) I

1 )

1 ) „! ! I

I 1 !

3

Редактор М. Ликович

Тираж 956 Подписное

UHNHIIH Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Заказ 4464! IS

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

l

=з

l Г ! ! ,1

) !

)1! !

I !

I

Составитель В, Васильев

Техред, А. Куликовская

Корректор f0. Макаренко