Устройство для измерения параметров динамического объекта

Устройство для измерения параметров динамического объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(i ц УУУ59Ф

ОЙИСАНЙЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.08.78 (21) 2656209/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 07.11.80 (5|) М. Кл.з

G 01К 29/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.317.73 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л. П. Руссин, О. Д. Чугунов, Д. А. Решетников, Б. Ф. Комаров и H. В. И1епель (71) Заявитель (54) УСТРОЙ СТВО ДЛЯ ИЗМЕ РЕ Н ИЯ ПАРАМЕТРОВ

ДИНАМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано для измерения фазовых сдвигов между сигналами на входе и выходе динамических объектов, отношения амплитуд этих сигналов, времени переходных процессов и частоты колебаний.

Известно устройство для измерения параметров динамических объектов, содержащее генератор периодических колебаний, формирующий синусоидальный и косинусоидальный сигналы, которые подаются на два параллельно включенных блока умножения. Один из этих сигналов подается на вход исследуемого динамического объекта. 15

Сигнал с выхода объекта через входной преобразователь подается на вторые входы блоков умножения. К выходу каждого блока умножения через интегрирующие усилители подключены два индикатора, один из которых измеряет мнимую, а другой действительную составляющие амплитудно-фазовой частотной характеристики динамического объекта.

Недостаток данной схемы — невозможность измерения фазового сдвига и отношения амплитуд входных и выходных сигналов и значительная погрешность измерений.

Известен также прибор для измерения сдвига фаз и амплитуд, содержащий два сельсина, у которых обмотки статоров соединены. Ротор одного сельсина приводится в движение приводом с переменной скоростью, содержащим сервоусилитель и тахогенератор. Ротор приводного сельсина возбуждается извне от сети следящей системы при использовании исследуемой системы регулирования переменного тока и от внутреннего осциллятора для генерирования низкочастотных сигналов при исследовании систем постоянного тока. К валу вращающегося сельсина прикреплен синхронизирующий переключатель, который пропускает пилообразный сигнал.

Прибор также содержит усилитель несущей частоты, ко входу которого подключен выход второго сельсина, механически связанного с фазовой шкалой измерительного лимба, и усилитель выходного сигнала, соединенный с индикатором величины амплитуды осциллографом.

Недостатком прибора является низкая помехозащищенность и ограниченный диапазон измеряемых частот.

Целью изобретения является повышение точности, сокращение времени и упрощение измерений, 777599

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор электрических колебаний, индикатор и регулируемый фазовращатель, механически связанный с лимбом для отсчета фазового сдвига, введены второй регулируемый фазовращатель, блок мажоритарной логики, два инерционных блока, два блока выделения первой гармоники, лимб для отсчета двух величин постоянной времени, частоты и коэффициента усиления соответственно, эталонное фазосдвигающее звено, блок регулировки усиления, два инвертора, сумматор, блок выделения переменного сигнала, блок детектирования, блок сглаживания пульсаций и шесть коммутаторов, при этом генератор электрических колебаний подключен к одному из входов устройства, соединенного с входами эталонного фазосдвигающего звена и первого блока выделения первой гармоники, выход которого соединен с тремя входами первого коммутатора, первый выход которого соединен с входом второго регулируемого фазовращателя, механически связанного с лимбом для отсчета величины частоты, второй выход упомянутого коммутатора соединен с входом первого регулируемого фазовращателя, а третий выход коммутатора соединен с входом первого инерционного блока, механически связанного с первым лимбом для отсчета величины постоянной времени, причем второй вход устройства через второй коммутатор соединен с одним из входов второго блока выделения первой гармоники, механически связанной через второй лимб для отсчета величины постоянной времени с первым блоком выделения первой гармоники, а другой вход упомянутого блока через третий коммутатор подключен к выходу эталонного фазосдвигающего звена, при этом выход второго блока выделения первой гармоники через блок регулировки усиления, механически связанный с лимбом для отсчета величины коэффициента усиления, подключен к первому входу четвертого коммутатора непосредственно, а через первый инвертор — к второму и третьему входам упомянутого коммутатора, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены с выходами первого и второго фазовращателей и выходом первого инерционного блока соответственно, а первый и второй выходы упомянутого коммутатора подключены к первому входу сумматора, два других входа которого соединены с пятым и шестым выходами упомянутого коммутатора, его третий и четвертый выходы соединены с первым и вторым соответственно входами блока мажоритарной логики, третий вход которого через последовательно соединенные второй инерционный блок и второй инвертор соединен с выходом блока мажоритарной логики и с четвертым входом сумматора, выход которого соединен с двумя входами пятого коммутатора, первый йь1ход которого через блок выделения переменного сигнала соединен с вторым выходом пятого коммутатора и с двумя входами шестого коммутатора, первый выход которого через последовательно соединенные блок детектирования и блок сглаживания пульсаций подключен к одному из входов индикатора, соединенного упругим входом

1р с вторым выходом шестого коммутатора.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

На схеме изображены генератор электрических колебаний 1, первый блок выделе1-. ния первой гармоники 2, первый коммутатор 3, первый инерционный блок 4, первый лимб для отсчета величины постоянной времени 5, первый и второй фазовращатели 6 и 7, лимб для отсчета величины частоты 8, лимб для отсчета фазового сдвига 9, динамический объект 10, второй коммутатор 11, второй блок выделения первой гармоники

12, третий коммутатор 13, эталонное фазосдвигающее звено 14, блок регулировки усиления 15, лимб для отсчета величины коэффициента усиления 16, сумматор 17, четвертый коммутатор 18, первый инвертор

19, блок мажоритарной логики 20, второй инерционный блок 21, второй инвертор 22, пятый и шестой коммутаторы 23 и 24, инЗД дикатор 25, блок выделения переменного сигнала 26, блок детектирования 27 и блок сглаживания пульсаций 28, второй лимб для отсчета величины постоянной времез5 ни 29.

Устройство работает следующим образом.

При измерении фазового сдвига сигналов на входе и выходе динамического объекта

10 сигнал с генератора электрических колебаний 1 поступает на вход А, а снимается сигнал с входа Б. Первый коммутатор 3 находится в положении«б», а четвертый коммутатор 18 — в положениях «в» и «г».

При этом лимб 9, с которым механически связан фазовращатель 6, выведен на нуль.

Сигнал с динамического объекта 10 через второй коммутатор 11, второй блок выделения первой гармоники 12, блок регулировки яо усиления 15 и инвертор 19 поступает на один вход блока мажоритарной логики 20, а сигнал с фазовращателя 6 — на другой.

На третий вход блока мажоритарной логики 20 поступает сигнал с выхода второго инерционного блока 21, вход которого связан через второй инвертор 22 с выходом блока мажоритарной логики 20 цепью положительной обратной связи.

Свойство блока мажоритарной логики 20

60 таково, что в каждый момент времени он сравнивает три поступающих на вход сигнала и формирует на выходе блока сигнал, который является средним в данный момент времени. Логическая операция, осу65 ществляемая блоком мажоритарной логики

777599

Поэтому в случае, когда фазовый сдвиг динамического объекта 10 не равен фазовому сдвигу фазовращателя 6, выходной сигнал с блока мажоритарной логики 20 будет отличен от нуля. Этот сигнал поступит на 15 второй вход сумматора 17, а далее на индикатор 25. Если сигнал с генератора электрических колебаний 1 имеет низкую частоту, т. е. амплитуда колебания стрелки индикатора 25 достаточна для на- 20 блюдения и если в сигнале с динамического объекта 10 отсутствует постоянная составляющая, тогда сумматор 17 соединенс индикатором 25 непосредственно; при этом пятый и шестой коммутаторы 23 и 24 нахо- 25 дятся в положении «б».

При этом стрелка индикатора 25 будет совершать колебания относительно нулевого положения.

По мере уменьшения фазового сдвига 50 между сигналами с динамического объекта

10 и фазовращателя 6 посредством увеличения фазового сдвига фазовращателя 6, которое осуществляется с помощью лимба

9, уменьшается и амплитуда колебаний 35 стрелки индикатора 25. Лимбом 9 устанавливают такое значение фазового сдвига, при котором стрелка индикатора 25 имеет амплитуду колебаний, близкую к нулю. Это говорит о равенстве фаз указанных сигна- 40 лов. При этом фазовый сдвиг, считываемый с лимба 9, будет равен фазовому сдвигу сигнала на выходе динамического объекта 10.

В случае, когда сигнал с генератора 45 электрических колебаний 1 имеет высокую частоту колебаний, т. е. стрелка индикатора 25 практически не отклоняется, необходимо шестой коммутатор 24 перевести в положение «а», При этом блок детектиро- 50 вания 27 и блок сглаживания пульсаций 28 обеспечат формирование постоянного сигнала, пропорционального амплитуде сигнала на выходе сумматора 17.

Стрелка индикатора при этом не будет 55 совершать колебаний, а будет отклоняться на постоянную величину, которую посредством фазовращателя 6 уменьшают до нуля.

Далее фазовый сдвиг динамического объ- 60 екта 10 определяется аналогично режиму измерений на низких частотах.

В случае наличия в измеряемом сигнале постоянных составляющих пятый коммутатор 23 необходимо установить в положении 65

0 для трех входов, может быть записана в виде:

Хвых = MBKC 1МИН (Х,Ха) МИН (ХаХа) мин (х,х,)J где хь ха, хз — сигналы на входе блока мажоритарной логики 20;

Хвых СИГНаЛ На ВЫХОДЕ ЭТОГО блока.

«а», что обеспечит выделение переменной составляющей посредством блока выделения переменного сигнала 26. После измерения фазового сдвига фазовращатель 6 ос5 тается в положении минимального отклонения стрелки, и производят измерение отношения амплитуд сигналов на выходе и входе динамического объекта 10. Для этого необходимо первый коммутатор 3 оставить в том же положении, что и при измерении фазовых сдвигов, а четвертый коммутатор

18

8 перевести в положение «б» и «г». При этом лимб 16, который механически связан с блоком регулировки усиления 15, первоначально выведен на нуль.

Далее измерение отношения амплитуд на выходе и входе динамического объекта 10 производят аналогично измерению фазового сдвига, т. е. с помощью индикатора 25 фиксируют сигнал с выхода динамического объекта 10, а затем подбирают с помощью лимба 16 такое значение коэффициента усиления, при котором стрелка индикатора возвращается к нулю. В этом случае величина коэффициента усиления, считываемая с лимба 16, равна отношению амплитуд на выходе и входе динамического объекта 10.

Если сигналы с выхода динамического объекта 10 имеют нелинейную форму, необходимо с помощью лимба 29, механически связанного с блоками выделения первой гармоники 2 и 12, установить в соответствии с частотой надлежащее значение постоянной времени, которая обеспечивает выделение первой гармоники. Так как постоянные времени изменяются одинаково, как по первому, так и по второму блоку выделения первой гармоники 2 и 12, соответственно, то введение этих блоков в канал измерения не требует дополнительных пересчетов параметров динамического объекта 10.

При измерении частоты первый коммутатор 3 переводят в положение «а», а четвертый коммутатор 18 — в положения «в» и «д». Посредством третьего коммутатора

13 замыкают цепь между выходом эталонного фазосдвигающего звена 14 и вторым входом блока выделения первой гармоники

12, а посредством второго коммутатора 11 размыкают цепь между выходом динамического объекта 10 и первым входом блока выделения первой гармоники 11. Далее измерение частоты производят аналогично измерению фазового сдвига, но вместо фазовращателя 6 используют фазовращатель

7, с которым механически связан лимб 8, проградуированный в величинах частоты.

Так как фазовый сдвиг фазовращателя 7 зависит от частоты и постоянной времени

Т, а эталонное фазосдвигающее звено 14 имеет, в нашем примере, постоянный фазовый сдвиг 90 на всех частотах, то для каждой измеряемой частоты имеется вполне определенная постоянная времени фазовращателя 7, при которой фазовый сдвиг

777599 равен 90 . Между частотой и постоянной времени фазовращателя 7 существует определенная зависимость при фазовом сдвиге

90, а именно f= . Поэтому уравнивани2ПТ ем фазовых сдвигов фазовращателя 7 и эталонного фазосдвигающего звена 14 мы определяем частоту колебаний, которую считываем с лимба 8.

При измерении быстродействия динамического объекта 10 на вход блока выделения первой гармоники 2 и вход динамического объекта 10 подают периодический сигнал прямоугольной формы с выхода генератора электрических колебаний 1. Первый коммутатор 3 переключают в положение «в», а четвертый коммутатор 18 — в положение «б» и «е». При этом второй коммутатор 11 замкнут, а третий коммутатор 13 разомкнут, пятый и шестой коммутаторы 23 и 24 находятся в положении «а».

Лимб 5, механически связанный с инерционным блоком 4, введен на нуль. Меняем постоянную времени инерционного блока 4 с помощью лимба 5 до тех пор, пока сигнал с выхода индикатора 25 не станет равным минимальному значению, т. е. пока стрелка индикатора не возвратится к нулю.

При этом внутреннее значение постоянной времени инерционного блока 4, считываемой с лимба 5, равно быстродействию динамического объекта 10, т. е. времени переходного п р оцес с а в се кунд а х.

В данном устройстве точность индикации и измерение фазовых сдвигов и частоты не зависят от формы и амплитуды сигналов, что позволяет применять его для исследования линейных и нелинейных объектов, подверженных действию большого уровня шумов.

Кроме того, наличие инерционной положительной обратной связи блока мажоритарной логики 20 через инерционное звено

21 и инвертор 22 с единичным коэффициентом усиления позволяет повысить точность и чувствительность устройства в присутствии больших постоянных составляющих посредством запоминания сигнала на выходе блока мажоритарной логики 20 в течение каждого полупериода, позволяет проводить динамический анализ источников тока, а также ускоряет процесс измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров динамического объекта, содержащее генератор электрических колебаний, индикатор и первый регулируемый фазовращатель, механически связанный с лимбом для отсчета фазового сдвига, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, сокращения времени и упрощения измерений, в него введены второй регулируемый фазовращатель, блок мажоритарной логики,два инерционных блока, два блока выделения первой гармоники, пять лимбов для отсчета двух величин постоянной времени, частоты фазового сдвига и коэффициентауси5 ления соответственно, эталонное фазосдвигающее звено, блок регулировки усиления, два инвертора, сумматор, блок выделения переменного сигнала, блок детектирования, блок сгла>кттваттття пульсации и шестт, т<ом10 мутаторов, при этом генератор электрических колебаний подключен к одному из входов устройства, соединенного с входами эталонного фазосдвигающего звена и первого блока выделения первой гармоники, 15 выход которого соединен с тремя входами первого коммутатора, первый выход которого соединен с входом второго регулируемого фазовращателя, механи тески связанного с лимбом для отсчета велтпптны часто20 ты, гторои выход упомянутого коммутатора соединен с входом первого регулируемого фазовратцателя, а третий выход коммутатора соединен с входом первого инерционного блока, механически связанного с первым

25 лимбом для отсчета величины постоянной времени, причем второй вход устройства через второй коммутатор соединен с одним из входов второго блока выде,пения первой гармоники, механи тоски связанного через

Ç0 второй лимб для отсчета величин постоянной времени с первым блоком выделения первой гармоники, а другой вход упомянутого блока через третий коммутатор подключен к выходу эталонного фазосдвигаю35 mего звена, при этом выход второго блока выделения первой гармоники через блок регулировки усиления, механически связанного с лимбом для отсчета величин коэффициента усиления подключен к первому вхо40 ду четвертого коммутатора непосредственíо, а через первый инвертор — к второму и третьему входам упомянутого коммутатора, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены с выходами первого и второго

45 регулируемых фазовращателей и с выходо. первого инерционного блока соответственно, а первый и второй выходы упомянутого коммутатора подключены к первому входу сумматора, два других входа которого соединены с пятым и тпестым выходами упомянутого коммутатора, а его третии и четвертый выхо,ды соединены с первым и с вторым соответственно входами блока мажоритарной логики, третий вход которого

-.епез последовательно соединенные второй

l инерттттонньтй блок и второй инвертор соединен с выходом блока мажоритарной логики и с четвертым входом сумматора,выход которого соединен с двумя входами пятого коммутатора, первый выход которого через блок выделения переменного сигнала соединен с вторым выходом пятого коммутатора и с двумя входами шестого

;,. ммута ора, первый выход которого через последовательно соединенные блок детекти777599

Составитель Л. Муранов

Техред А. Камышникова

Редактор Б. Федотов

Корректор А, Галахова

Заказ 2418/11 Изд. № 558 Тираж 1033 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография пр. Сапунова, 2 рования и блок сглаживания пульсаций подключен к одному из входов индикатора, соединенного другим входом с вторым выходом шестого коммутатора.