Устройство для определения частотных характеристик динамических объектов

Устройство для определения частотных характеристик динамических объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«ч978067 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 09. Об. 81(21) 3298538/18-21 с присоединением заявки N9(23) ПриоритетОпубликовано 30.1182.Бюллетень Йо 44

Дата опубликования описания 30. 11. 82

РЦМ g+ з

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

6 01 R 25/00

C 01 R 27/28

}53}УДЯ 621.317.. 77 (088. 8) rs

О. Д. Чугунов, Б. Ф. Комаров и Л. П. Руссиш "- -- "..:;. .;:з:(! ir (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ

XAPAKTEPHCTHK ДИНАМИЧЕСКИХ OBhEKTOB

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может бить использовано при создании устройств для определения параметров динамических объектов, а именно фазочастотных и амплитудно-частотных характеристик.

Известно устройство для определения частотных характеристик динамических объектов, содержащее генератоР тп электрических колебаний, фазоинвертор, два сумматора, два квадратора и индикатор Устройство измеряет мнимую и действительную частотные характеристики динамического обЪекта (1).

Недостаток известного устройства заключается в том, что для -получения амплитудной и Фазовой частотных характеристик необходимо полученные значения мнимой и действительной характе ристик возвести в квадрат, сложить; .из полученной суммы извлечь корень, а также вычислить обратно тригонометрические Функции частного от деления указанных характеристик.

Все это уменьшает точность, уве- 25 личивает время измерения и усложняет процесс измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения характеристик динамических объектов, кото рое содержит генератор электрических колебаний, блок регулируемого фазового сдвига, усилитель с переключателем регулировки коэффициента усиления и индикатор(21.

Блок регулируемого фазового сдвига выполнен в виде двух сельсинов.

Первый сельсин приводится в движение приводом с переменной скоростью, со3 держащим,,сервоусилительi и тахогенератор, второй сельсин механически связан с фазовой шкалой фазовращателя, а электрически - с одним из входов индикатора, выполненного в виде электронно-лучевой трубки, второй вход которого соединен с выходом динамического объекта.

Поскольку первый вход электроннолучевой трубки является вертикальной разверткой луча, а второй вход— горизонтальной разверткой, то в этом случае на экране осциллографа индицируется фигура Лиссажу с наложением на нее высокочастотными колебаниями.

Для определения фазового сдвига поворачивают фазовую шкалу вместе с подвижным сельсином до тех пор, пока кривая на экране осциллографа не превратится в линию. Прн этом со шкалы

978067

50 непосредственно считывается фазовый сдвиг.

Такое устройство позволяет осуществить непосредственно измерение фазового сдвига без производства дойолнительных расчетов, однако оно ха- 5 рактеризуется недостаточной точностью (не выше 53) и ограниченным частотным диапазоном (порядка 0,1-10 гц) ввиду использования сельсинов в качестве задатчика фазоного сдвига, требующих точной механической юстиронки и фильтрации модуляционного сигнала при измерении, а также увеличенным временем измерения из-за наличия модуляции сигнала на входе индикатора и невозможностью измерения модуляции отношения амплитуд на входе и выходе динамического объекта.

Кроме того, это устройство имеет сложную конструкцию.

Цель изобретения — увеличение точности, сокращение времени измерения и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения частотных хаюактеоистик пинамических объектов, содержащем генератор электрических колебаний, блок регулируемого фазового сдвига, усилитель с переключателем регулировки коэффициента усиления и индикатор, один из входов которого подключен к выходу генератора электрических колебаний через последовательно подключенные указанный усилитель и клеммы для подключения исследуемого динамического объекта, 35 а другой — через блок регулируемого фазового сдвига, блок регулируемого фазового сдвига выполнен н виде последовательно подключенных задатчика величин фазового сдвига, сумматора, 40 первого нелинейного элемента, первого синусного преобразователя и первого фильтра, а между входной клеммой исследуемого динамического объекта и генератором электрических колебаний включена цепь коррекции, состоящая из последовательно подключенных второго нелинейного элемента, второго синусного преобразователя и второго фильтра.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из генератора

1 электрических колебаний, вырабатывающего электрический сигнал в виде двуполярного пилообразного напряжения постоянной амплитуды с регулируемой частотой, сумматора 2, первый нход которого подключен к генерато- 60 ру 1, задатчика 3 электрических сигналов сдвига фаз, подключенного к второму входу сумматора 2. Устройство содержит также первый нелинейный зле= мент 4, реализующий пилообразную фун- 65 кциональную зависимость. Выход первого нелинейного элемента 4 подключен ко входу двуполярного синусного преобразователя 5, ныход которого через первый фильтр б с аттенюатором амплитуды подключен к горизонтальным. (вертикальным) пластинам индикатора 7 выполненного в виде электронно-лучевой трубки.

Выход генератора 1 одновременно подключен ко входу второго нелинейного элемента 8, реализующего пилообразную функциональнуIO зависимость, выход которого подключен ко входу второго синусного преобразователя 9.

Причем выход второго синусного преобразователя через второй фильтр 10 подключен ко входу исследуемого динамического объекта 11. Выход динами ческого объекта 11 подключен к входу усилителя 12, коэффициент усиления которого регулируется задатчиком 13.

Выход усилителя 12 подключен к вертикальным (горизонтальным) пластинам индикатора 7. Задатчик 3 электрических сигналов фазового сдвига, сумма-. тор 2, первый нелинейный элемент 4, первый синусный преобразонатель 5 и Первый фильтр б образуют блок регулируемого фазового сдвига 14.

Устройство содержит также два градуироночных лимба (не показаны), которые механически связаны с задатчиком 3 фазы и задатчиком 13 коэффициента усиления усилителя 12 соответственно. Указанные лимбы находятся на передней панели устройства.

Устройство для своей работы может использовать в качестве индикатора 7 любой промышленный электронно-лучевой осциллограф. Нелинейные элементы 4 и 8, синусные преобразователи 5 и 9 и фильтры б и 10 попарно идентичны.

При этом нелинейные элементы 4 и 8, а также синусные преобразователи могут иметь различное конструктивное выполнение.

Нелинейные элементы 4 и 8 реализуются путем использования кворум-элемента устройства, выделяющего на выходе средний сигнал по величине из трех действующих на его вход. Эти три сигнала, поступающие на вход кворум-элемента, формируют из основного входного сигнала путем смещения его на постоянную величину и изменения его полярности.

Благодаря принципу работы кворумэлемента и коррекции входных сигналов на выходе кворум-элемента, являющегося выходом нелинейного звена, формируется сигнал с кусочно-линейной зависимостью, т.е. такое выполнение нелинейного звена позволяет получить нелинейную характеристику, а следовательно, и изменение сигнала, на выходе треугольной формы.

9780б7

Полученный на выходе нелинейных элементов 4 и 8 сигнал треугольной формы преобразуют посредством синусных преобразователей 5 и 9, выполненных, например, в виде двухквадратного синусного элемента с полевыми транзисторами, диодами и резисторами, . в сигнал синусоидальной формы.

Определение частотных характерис «тик предлагаемым устройством производят следующим образом. 10 генератор 1 вырабатывает двухполярное электрическое напряжение пило,образной формы и постоянной амплитуды, которое подают на один иэ входов сумматора 2 и на вход нелинейного элемента 8. При этом на второй вход сумматора 2 подается электрическое напряжение с эадатчика 3., В качестве задатчика 3 может быть использован любой источник регулируемого постоянного напряжения, например переменный резистор, движок которого электрически связан с сумматором 2, а механически - с лимбом (не показан), проградуированном в величинах фазового сдвига.

Перед началом измерений задатчик 3 устанавливают в нулевое положение, что соответствует нулевоглу значению электрического напряжения и нулевому фазовому углу.

С выхода сумматора 2 электрический сигнал через нелинейный элемент 4, реализующий треугольную зависимость, сивусный преобразователь 5 и фильтр б, 35 подключен к одному иэ входов, например горизонтальным пластинам индикатора 7, выполненного в виде электронно-лучевой трубки. Второй вход индиктаора, например вертикальные 4р

/ пластины, соединен:., при этом через последовательно соединенные усилитель 12, динамический объект 11, второй фильтр 10, второй преобразователь

9 с выходом второго нелинейного элемента 8, имеющего треугольную зависимость.

При этом на экране электроннолучевой трубки индикатора 7 будет наблюдаться эллипсообразная кривая

Лиссажу для линейных сигналов или типа петли гистерезиса для нелинейных сигналов.

С помощью задатчика 3 сдвига фаэ, например g виде пере 55 менного резистора, устанавливают такое напряжение на его выходе, при котором фигура Лиссажу, наблюдаемая на экране электронно-лучевой трубки индикатора 7, превращается в одну линию. Для линейных систем - это прямая линия, а для нелинейныхкривая или линия с изломом.

Превращение эллипсообраэной фигуры в одну линии говорит о равенстве фаз сигнала исследуемого динамичес- 65 кого объекта 11 и блока регулируемого фазового сдвига.

Значение фазового сдвига считывается с лимба, проградуированного в величинах фазового сдвига.

Для подавления шумов и выделения первой гармоники при исследовании нелинейных динамических объектов в устройстве предусмотрены фильтры б и 10, имеющие одинаковую передаточную функцию, благодаря чему не требуется коррекции результатов измерений.

При измерении отношения амплитуд динамического объекта 11, которое производят после замера фазового сдвига при выставленном положении движка переменного резистора задатчика 3 фазового сдвига соответствующего фазовому сдвигу динамического объекта 11, сигнал с динамического объекта через инвертируищий вход усилителя12 подключен к вертикальным (горизонтальным) пластинам индикатора 7, а горизонтальные (вертикальные) пластины укаэанного индикатора 7 остаются подключенными к выходу фильтра б.

При этом на экране индикатора 7 наблюдается прямая линия. Изменяя коэффициент усиления инвертирующего усилителя 12 посредством задатчика

13 коэффициента усиления, механически связанного с лимбом (не показан), проградуированным в отношениях амплитуды, добиваются превращения прямой линии в точку, что соответствует равенству амплитуд с выхода усилителя 12 и динамического объекта 11.

Значение отношения амплитуд считывается с лимба, эадатчика 13 величин коэффициентов усиления усилителя 12.

Измерение отношения амплитуд становится возможным благодаря тому, что блок фазового сдвига не изменяет амплитуды входного сигнала при любых фазовых сдвигах.

Так, результаты испытаний показывают, что ввиду отсутствия в блоке фазового сдвига предлагаемого устройства электрических конденсаторов и использования компенсационного метода измерения, когда нет необходимости ждать окончания периода колебаний для получения результата измерения, время измерения фазовых сдвигов и модуля инфранизких частот резко сокращается.

Кроме того, на 203 увеличивается точность, достигая значения 0;53, и значительно упрощается конструкция ввиду отсутствия в предлагаемом уст» ройстве множительно-делительных устройств, счетчиков импульсов интеграторов и других элементов.

978067

Формула изобретения

Устройство для определения частотных характеристик динамических объектов, содержащее генератор электрических колебаний, блок регулируемого фазового сдвига, усилитель с переклю чателем регулировки коэффициента уси. ления и индикатор, один из входов которого подключен к выходу генератора электрических колебаний через последовательно подключенные указан .ный усилитель и клеммы для подключения исследуемого динамического объекта, а другой - через блок регулируемога фазового сдвига, о т л и ч а» ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности, сокращения времени измерения и упрощения конструкции, блок регулируемого фазового сдвига выполнен в виде последовательно под» ключенных задатчика величин фазового сдвига, сумматора, первого нелиней.ного элемента, первого синусного преобразователя и первого фильтра, а между входной клеммой исследуемого динамического объекта и генератором электрических колебаний включена цепь коррекции, состоящая из последовательно подключенных второго нелиней10 його элемента, второго сийусного преобразователя и второго фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Соколов В. Я.. Фаэовые измерения. М., "Энергия", 197Э, с. 63-67.

2. Арендт В. P, Сэвент К. Д. Прак-.тика следящих систем. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 481-488.

978067

Составитель В. Афанасьев

Редактор Н. Безродная Техред Л.Пекарь Корректор Г. Огар.

Заказ 9209/61 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комйтета СССР по делам изобретений и открытий

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

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