Устройство для определения коэффи-циентов гармонической линеари-зации

Устройство для определения коэффи-циентов гармонической линеари-зации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ но796791

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6i) Дополнительное и ввт. сеид-ву

К„з (22) Заявлено 28.02.79 (21) 2730905/18-24 с присоединением заявки Но (23) ПриоритетОпубликовано 15,0181 Бюллетень Ио 2

Дата опублинования описания 17.01.81

С 05 В 23/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53} УДК 82-50. (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Л. Соседка и Л. Ф. Коломойцева

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Артема (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ГАРМОНИЧЕСКОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройств для определения амплитудно-фазовых час тотных характеристик промышленных объ5 е7<тов и систем автоматического регулирования.

Известно устройство для определения коэффициентов гармонической линеаризации, основанное на вычислении коэффициентов ряда Фурье и содержащее генератор гармонических колебаний ортогональных функций, блоки умножения, интеграторы и регистраторы.

Для определения одного значения коэффициента гармонической линеаризации в известном устройстве на вход исследуемого объекта следует подать гармоническое воздействие, а затем осуществить разложение в ряд Фурье 20 выходного сигнала. Для определения второго значения коэффициента гармо-. нической линеариэации нужно изменить амплитуду подаваемого сигнала и повторить измерение (1) .

Для объектов с большими постоянными времени процесс измерения .коэффициентов гармонической линеаризации занимает много времени, что является недостатком этого устройства. ЗО

Известны также устройства для измерения частотных характеристик автоматических систем, содержащие гене" ратор гармонических сигналов, два выхода которого соединены со входами двух множительных блоков и с выходом функционального блока, выход которого н выход соответствующего интегратора соединены сс входами делителя, при этом выходы интеграторов, делителя и функционального блока связаны с регистрирующими.приборами. Оно содержит также дифференцирующий блок, соединенный с выходом системы, и блок записи и многократного считывания, вход которого подключен к выходу дифференци" рующего блока, а два выхода — ко входам множительных блоков f2) и p) .Недостатком этих устройств является то, что они не позволяют определять коэффициенты гармонической линеаризации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения коэффициентов гармонической линеаризацни, содержащее компараторы, ключи, задающий блок генераторы синусоидальных и косинусо" идальных.колебаний, выходы которых соединены с одними из входов блоков

796791 умножения, и последовательно соединенные интеграторы и блоки регистрации .

С помощью известного устройства кожно определять амплитудно-фазовые арактеристики линейных систем, но евозможно определять коэффициенты гармонической линеариэации.

Цель изобретения.- расширение функциональных возможностей ус геройства.

Поставгенная цель достигается тем, что в устройстве выход каждого из бло- ков умножения соединен со входом соответствующего ему интегратора через ключ, управляющий вход которого через соответствующий ему компаратор соединен с выходом задающего блока. 15

На фи . 1 представлена частотная характеристика устройства, на фиг.2 блок-схема устройства.

Работа данного устройства основана на реализации соотношений для определе- щ ния коэффициентов гармонической линеаризации q(A) и q (А): E

g.C

Я,(4)= gf Х (АьеыЦ ь поу с (g) 25 ()= j x (Asinmt) coarct-d+ < g)

ЗО

При определении q (А) и q (А) классическим методом необходимо на вход нелинейности Х = Х(А) подать синусоидальный сигнал определенной амплиту.ды, а затем представить выходной сиг- З5 нал в ряд Фурье и взять первую гармонику этого ряда. Эти действия следует повторить при изменяющейся амплитуде входного сигнала и получить значения коэффициентов гармонической линеаризации как функции амплитуды. 40

Линейно растущий сигнал можно получить от задатчика интенсивности и подать на вход системы. В этом случае система используется как усилитель мощности и поэтому позволяет опреде- 45 лить коэффициенты гармонической линеаризации звеньев, потребляющих значительную мощность, например, двигателей с механизмами и т.д; Для избежания ошибки в определении Ч(А) и ц (А) 50 темп роста линейно растущего сигнала должен быть достаточно медленным, чтобы в системе успели затухнуть свободные колебания. Скоростной ошибкой можно пренебречь, так как следящие системы имеют большой коэффициент усиления, а задающий сигнал возрастает достаточно медленно. Чтобы выражения (1) и (2) при действии линейно растущего сигнала остались неизменными, надо сформировать синусоидальные и косинусо- Щ идальные сигналы.

Рассмотрим их формирование на примере характеристики реле с зоной нечувствительности, но без гистерезиса.

Исключение гистерезиса упрощает характеристику реле и не является принципиальным, а принимается только для упрощения рассуждений.

На вход звена подается линейно растущий сигнал (фиг. 1). Зададим ряд точек А, А ... A„, которые соответствуют значениям амплитуды, при которой вычисляются q(А) и q (А) . Каждому значению амплитуды входного сигнала соответствует значение выходного сигнала, определяемого видом нелинейности.

Так как сигнал, подаваемый на нелиней ное звено, линейно растущий, то формирование синусоидального сигнала имеЕт свои особенности: до заданных точек

А1, А ... А„ должны сформироваться четверть синусоид, и в заданных точках синусоидальный опорный сигнал должен достичь максимального значения.

При достижении максимального значения для каждой амплитуды процесс перемножения Х вых. и синусоидального сигнала с последующим интегрированием заканчивается, а результат интегрирования запоминается. Процесс определения коэффициента гармонической линеаризации в этих точках временно прекращается, хотя амплитуда линейно растушего сигнала возрастает и достигает мак-. симума. При уменьшении входного сигнала его амплитуда вновь дЖ;тигает, выбранных ранее точек А„,, ... А, А1, тогда вновь формируется вторая четверть синусоиды, и определение коэффициентов гармонической линеаризации происходит в соответствии с выражениями (11 и (2), хотя на вход исследуемого звена подается линейно растущий сигнал.

Таким образом была сформирована синусоида на половине периода. Вторая половина синусоиды формируется аналогично, но при уменьшении входного сигнала до некоторого наперед заданного значения.

Соотношение между линейно растущим и синусоидальным сигналом, например для точки Ag, имеет вид

А ginu3t=dt (1) где А — амплитудное значение синосуиды; о — коэффициент при линейно растущем сигнале.

В момент времени с = t выполняются два соотношения

= о (1) Ы =Т)2. (Ъ) Исключая из последних уравнений время, получаем связь между частотаьщ. синусоидальных сигналов р, коэффициентом с6 и амплитудами входных сигналов А, для которых определяются коэффициенты q(А) и q (А).

796791

Последнее выражение указывает, что для заданных значений амплитуд между коэффициентом ос и частотами Ю„ должно выполняться соотношение (4).

На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства с исследуемой системой.

Устройство содержит задающий блок 1, исследуемую систему 2, генератор 3 синусоидальных и косинусоидальных колебаний, блоки 4 и 5 умно- о жения, компараторы б, ключи 7, интеграторы 8 и 9, блоки 10 и 11 регистрации, генератор 12 стабильной частоты, делитель 13 с переменным ко-. эффициентом деления, фазовращатели 14, блоки 15 и 16 формирования функций 15

Радемахера, генераторы 17 : 18 функций

Уолша, U3 — опорное напряжение.

Устройство работает следующим образом.

Первый режим — задание параметров, 20 входящих в выражение (4 ). Задают два параметра, например о(,и оз„, а определяют параметр A„. Затем значение

А вводится уровнем напряжения U3 на входы компараторов 6. 25

Второй режим — измерение. В этом режиме на вход исследуемой системы 2 подается от задающего блока 1 линейно растущий сигнал. Одновременно начинает формироваться в генераторе 3 синусоидальных и косинусоидальных колебаний ряд частот, определенных в соответствии с выражением (4). Так как для предложенного устройства важна амплитудная и фазовая стабильность опорных синусоидальных и косинусоидальных колебаний, генератор 3 целесообразно синтезировать на функциях Уолша. Он состоит из генератора 12 стабильной частоты, выход которого подсоединен к делителю 13 с переменным коэффициентом 40 деления и ко входу дискретного фазовращателя 14, который осуществляет сдвиг на и./2, что позволяет произвести синтез синусоидальных и косинусоидальных колебаний в генерато-45 рах 17 и 18 функции Уолша по единому алгоритму. Выход фаэовращателя 14 подсоединен к делителю 13 с переменным коэффициентом. Выходы делителей

13 подсоединены к блокам 15 и 16 Формирования функций РадемаХера. Выходы блоков 15 и 16 Формирования Функции

Радемахера подсоединены к генераторам 17 и 18 функций Уолша, на выходе которых появляются синусоидальные и косинусоидальные колебания заданной 55 частоты. Эти колебания подаются иа один из входов блоков 4 и 5 умножения, на второй вход которых подается сигнал с выхода исследуемой системы 2.

В блоках 4 и 5 сигналы перемножаются и подаются на входы ключей 7, подсоединенных к выходу компараторов б.

Пока входной сигнал не достигнет > гличины Ц ключи 7 открыты и резул Зп тат произведения выходного сигнала исследуемой системы ? на синусоицальные и косинусоидальные функции передается на интеграторы 8 и 9, а затем на блоки регистраторов 10 и 11. Когда входной сигнал достиг напряжения задания компаратор 6 срабатывает, ключ 7

3 разрывает цепь сигнала и процесс интегрирования на интеграторах 8, 9 прекращается, но результат интегрирования в них запоминается. Интеграторы 8 и Э включаются при уменьшении задающего сигнала, когда он достигает соответствующего порога срабатывания.

Схема работает аналогично и при отрицательных значениях линейно растущего сигнала задающего блока 1. Для этого сигнал перед подачей на компараторы 6 инвертируют. Тогда пороги срабатывания компараторов не изменятся.

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется определение коэффициентов гармонической линеаризации при линейно растущем сигнале, 3ro расширяет возможности существующих устройств и ускоряет снятие частотных характеристик промышленных систем регулирования.

Формула изобретения

Устройство для определения коэф-.

Фициентов гармонической линеариэации, содержащее компараторы, ключи, задающий блох, генераторы синусоидальных и косинусоидальных колебаний, выходы которых соединены с одними иэ входов блоков умножения, и последовательно соединенные интеграторы и блоки регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональных воэможностей устройства, в нем выход каждого из блоков умножения соединен со входом соответствующего ему интегратора через ключ, управляющий вход которого через соответствующий ему компаратор соединен с выходом задающего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ордынцев В. М. Автоматизация математического описания объектов управления. М., "Машиностроение", 1969, с. 141-143.

Ф

2. Авторское видетельство СССР

Р 375626, кл. G 05 В 23/02, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 596915, кл. G 05 В 23/00, 15.04.75.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2417156/18-24, кл.

G 05 8 23/02, 03.11.76 (IIpoToTHll), 796791

Фиг. 5

Составитель.Ю. Гладков

Ре акто М. Пет ва Тех ед С.Миг нова Ко екто Н. Г иго к ное

Эаказ 9767 64 Тираж 951 Подпис

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35 Ра ская наб. д. 4 5

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