Фазометр для исследования систем автоматического управления

 

ФАЗОМЕТР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ АВТО11АТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНКЧ по авт.св. № 913278, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, в него введены второй потенциометр, подключенный параллельно входному резистору второго интегратора и кинематически связанный с генератором и первым потенциометром , первый развязывающий блок, лагометр и второй развязывающий блок, при этом выходы первого и второго интеграторов через соответствующие развязываюгдие блоки соединены с входами лагометра.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) ф (5И C 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ l

К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ а-:, (61) 913278 (21 ) 3468067/18-21 (22) 08.07.82 (46) 23.10.83. Вил.939 (72) A.Ñ. Кочетов (53) 621.317.373(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 913278, кл. G 01 R 25/00, 1980 ° (54)(57.) ФАЗОМЕТР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ по авт.св. Р 913278; о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повыщения точности, в него введены второй потенциометр, подключенный параллельно входному резистору второго интегратора и кинематически связанный с генератором и первым потенциометром, первый развязывающий блок, лагометр и второй развязывающий блок, при этом выходы первого и второго интеграторов через соответствующие развязывающие блоки соединены с входами лагометра.

1049825

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике общего назначения и монет быть использовано при проведении лабораторных испытаний динамических свойств..систем.. автоматического управления или отдельных эве- 5 ньев, а такяе их моделей.

По основному авт.св ° 9 913278 известен фазометр для исследования систем автоматического управления, содержащий генератор, подключенный 10 к блоку включения и входной клемме для подключения исследуемой системы, выходную клемму для подключения исследуемой системы, подключенную к нуль-органу,и фиксатору периода, 15 выходы которого соединены с входным резистором второго интегратора и второго индикатора включения, выход второго интегратора соединен с вторым отсчетным блоком, соответствующие выходы блока включения подключены к конденсаторам обратной связи первого и второго интеграторов, к входу первого индикатора включения и через .первый интегратор к первому отсчетному блоку, при этом в.качестве входного сопротивления первого интегратора использован первый потенциометр, кинематически связанный с генератором.

При включении фазометра в работу запускается генератор синусоидальных ЗО колебаний и одновременно первый и второй интеграторы начинают интегрировать постоянный и синусоидальный сигналы, соответственно. Проинтегрированные сигналы накапливаются на интег- 35 раторах. В момент первого перехода . выходным сигналом исследуемого объекта через нуль сработает нуль-орган. который с помощью блока выключения отключит первый индикатор включения фазометра в работу и остановит процесс интегрирования постоянного сиг нала первым интегратором. С помощью первого отсчетного блока считываются показания угла сдвига фаз, величи-45 на которого прямо пропорциональна величине накопленного заряда первого интегратора. В момент второго перехода через нуль выходным сигналом исследуемого объекта сработаит фиксатор периода, который прекращает интегрирование синусоидального сиг- . нала и выключает второй индикатор включения. С помощью второго отсчетного блока считываются показания поправки угла сдвига фаз, величина ко- 55 торой пропорциональна величине накопленного заряда второго интегратора. Необходимость учета поправки, величина которой может достигать

ЗОВ отсчитываемого угла сдвига фаз, 60 объясняется тем, что измерение угла сдвига фаз осуществляется в течени@ йервого периода изменения выходного синусоидального сигнала исследуемого объекта, когда этот выходной сигнал 65 не принял установившегося значения.

Это позволяет за минимальное время простыми средствами с достаточной степенью точности определить сдвиг фазы входного и выходного сигналов исследуемого объекта инфранизкой частоты (1) .

Недостаток устройства состоит в ограниченных функциональных воэможностях фаэометра, так как опре.деляется только фазовая частотная характеристика исследуемого объекта.

Однако фаэовой частотной характеристики недостаточно для всесторонней оценки динамических свойств исследуемого объекта. Динамические свойства любого объекта наиболее полно характеризуются не только частот- ными, но и временными характеристиками. Временные характеристики, например время регулирования, известный фазометр определить не может.

Кроме того, точность поправки, отсчитываемая с помощью второго отсчетного блока, снижается при изменении в широком диапазоне частоты генерируемого синусоидального сигнала. Это объясняется тем, что величина заряда второго интегратора пропорциональна не только переходной составляющей исследуемого объекта, но и частоте синусоидальных сигналов. Чем меньше частота синусоидального сигнала, тем больше величина разности площадей полуволн выходного сигнала исследуемого объекта и тем больше заряд второго интегратора эа один период изменения этого синусоидального сигнала, хотя переходная составляющая исследуемого объекта на всех частотах, одинаковая и определяется постоянной времени (инерционностью) исследуемого объекта. Это свидетельствует о невысокой точности поправки измерения фазы при изменении частоты синусоидаль-. ного сигнала.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей н повышение точности измерения фазового .сдвига в.широком диапазоне.

Цель достигается тем, что в фазометр для исследования систем автоматического управления, содержащий генератор, подключенный к блоку включения и входной клемме для подключения исследуемой системы, выходную клемму для подключения исследуемой системы, подключенную к нуль-органу и фиксатору периода, выходы которого соединены с входным резистором второго интегратора и второго индикатора включения, выход второго интегратора соединен с вторым отсчетным блоком, соответствующие выходы блока включения подключены к конденсаторам обратной связи первого и второго

1049825

t0 интеграторов, к входу первого индикатора включения и -через первый ин тегратор к первому отсчетному блоку, при этом в качестве входного сопротивления первого интегратора использован первый потенциометр, кинемати» чески связанный с генератором, введены второй потенциометр, подключен-. ный параллельно входному реаистору второго интегратора и кинематнчески . связанный с генератором и первым потенциометром,первый развязывавщий блок, лагометр и второй развязывающий блок, при этом выходы первого и второго интеграторов через соответствующие развязывающие блоки сое- 15 динены с входами лагометра.

В момент завершения измерения вторым интегратором поправки стрелка лагометра установится в положение, равное отношению напряжений на вы- . -2О ходаХ интеграторов. Величина этого отношения прямо пропорциоьальна пос- .тоянной времени исследуемого объек та, которая однозначно характеризует его инерциойность (или форсирув-. 25 щие свойства) 3-4 постоянных времени исследуемого объекта равны време-. ни регулирования при воздействии на вход исследуемого объекта ступен-., чатого постоянного сигнала, что характеризует быстродействие исследуе-.мого объекта. как одну иэ главных временных характеристик. Изменение час-. тоты входного сннусоидального сигнала исследуемого объекта не влияет на величину зарядов как первого, так и:: З второго интеграторов, так как их коэффициенты передачи изменяются с помощью переменных входных резисторов в соответствии с частотой генератора синусоидального сигнала. Это свиде- .. 40 тельствует о высокой точности измерения не только сдвига фазы между двумя синусоидальными сигналами, но и по правки переходной составляющей .при изменении частоты синусондальных 45 сигналов в широком диапазоне.

На чертеже представлена Функцио.йальная схема фазометра с изображением электрических схем ее блоков.

Устройство содержит генератор 1 50 синусоидальных колебаний, исследуемую систему 2.автоматического управления или ее отдельное динамическое звено (исследуемый .объект),блок 3 включе ния, нуль-индикатор,4, первый и вто- 55 рой интеграторы 5 и б., первый и второй отсчетные блоки 7 и 8,. индикаторы

:9 и 10 включения, фиксатор 11 перио"да, чувствительные реле 12-15, реле-, повторители 16-19, тумблер 20 блока 60 включения на два положения:"Измере-:. ние" и Сброс", и три направления, источник 21 постоянного тока, входной постоянный резистор 22 интегра тора б,.контакты 23-35 реле, входнйе 65 потенцноьетры 36 и 37 интеграторов

5 и б, соответственно, блохи 38 н

39 развязки, двухобмоточный стрелочный лагометр 40.

Блок 3 включения соединен с генератором 1, с индикатором 9 включения, с цепями обратных связей интеграторов 5 и б и через потенциометр Зб с отсчетными блоками 7 и 8, а через развязывавщие блоки 38 и 39 с обмотками лагометра 40, соответственно.

Выход исследуемого объекта 2 соединен с входом нуль-индикатора 4 и с входом фиксатора 11 периода, выходы которого подключены к индикатору

10 включения и через параллельно соединенные между собой резистор 22 и потенциометр 37 — к входу интегратора 6..Подвижные хонтакты потенциометров 36 н 37 жестко соединены с элементом настройки (установки) частоты генератора 1. Тумблер.20 блоха 3 вхлвчения установлен в положение

"Сброс". Все реле 12-19 находятся в исходном (выклвченном) положении.

Индикаторы 9 и 10 выключены.

Фаэометр работает следующим образом.

При установке тумблера 20 блока

3 включения в положение "Измерение" запускается в работу генератор 1, тах как снимается блокирующее постоянное напряжение с источника 21 и подается напряжение через размыкающий контакт 23 реле 17 и потенциометр 36 на вход интегратора 5 и через размыкающий контакт 23 на вход индикатора 9 включения. Кроме того, при установке тумблера 20 в положение "Измерение" подготавливается цепь питания реле-повторителей

16-19 и отключаются шунтирующие отрицательные. обратные связи интеграторов 5 и б.

Сннусоидальные колебания заданной частоты и нулевой начальной фазы поступавт на вход исследуемого объекта 2, обладающего, например, инвертирувщим свойством и фазовым запаздыванием.

Интегратор 5 накапливает заряд, величина которого прямо пропорциональна фазовому запаздыванию исследуемого объекта 2 ° Частота синусоидального сигнала не влияет на точ-...„ ность измерения сдвига фазы, так как коэффициент передачи интегратора

5 изменяется одновременно с изменением частоты настройки генератора 1 с помощьв переменного входного потенциометра 36.

Индикатор 9 включения сигнализирует о том, что идет процесс ижмерения фазы. Важность включения индикатора 9 состоит в том, что для инфранизких частот .процесс измерения сдвига фазы может длиться десятки, минут, 1049825

10

25

Ф

Выходной сигнал исследуемого объекта 2 поступает на вход нуль-индикатора 4, на вход фиксатора 11 периода и через размыкающие контакты 35 реле 19 и параллельно соединенные между собой резистор

22 и потенциометр 37. — на вход интегратора б. Отрицательная полу-, волна выходного сигнала проходит через диод на вход чувствительного реле 12 нуль-индикатора 4, которое срабатывает и с помощью своих замыкающих контактов 27 включает в Работу реле-повторитель 16. Реле повторитель 16 срабатывает, самоблокируется через замыкающие контакты 28 и с помощьв замыкающих контактов 24 подготавливает цепь питания чувствительного реле 13.

Одновременно отрицательная полуволна интегрируется интегратором б. Ю

В момент изменения полярности сигнала с выхода исследуемого объекта 2 сработает чувствительное реле

13, с помощью замыкающих контактов

29 включит реле-повторитель 17, при срабатывании которого происходит отключение источника 21 питания от входа интегратора 5 и индикатора 9 включения. Отклвчение осуществляется с помощьв размыкавщих 3Q контактов 23. С помощью замыкающих контактов 30 и 25 реле-повторителя

17 осуществляется включение фиксатора 11 периода.

Интегратор 5 прекращает интегри° рование. Индикатор 9 включения.отключается, сигнализируя о том, что процесс измерения фазы завершен и можно снимать показания с отсчетного блока 7, которые прямо пропорциональ-4О ны заряду интегратора 5. Это выгодно отличает предлагаемый фазометр от всех известных своей простотой и малым временем измерения. Обычно для измерения сдвига фазы инфранизких частот в установившемся режиме 45 (т.е. спустя 3-4 к ппебания) требуются десятки минут, что усложняет фазометры и увеличивает время измерения.

Компенсация ошибки измерения, 50 обусловленная переходными процессами, осуществляется с помощью фиксатора 11 периода и интегратора б.

После завершения измерения интегратором 5 включается чувствительное реле 14 фиксатора 11 периода, которое своими контактами 31 включает реле-повторитель 18. Реле-повторитель

18 срабатывает самоблокируется с помощью замыкающих контактов 32, а с помощью замыкающих контактов. 26 подготавливает цепь для срабатывания чувствительного реле 15. Заряд на интегратор 6 начнет уменьшаться, так как выходной сигнал исследуемого объекта 2 изменяет свой знак.

В момент смены знака сработает чувствительное реле 15, которое кон— тактами 33 включит реле-повторитель

19. Реле.-повторитель 19 срабатывает„ самоблокируется с помощьв переключающих контактов 34 и отключает выходной сигнал исследуемого объекта 2 от интегратора 6.

Отключение индикатора 10 вклвчения сигнализирует о том, что процесс измерения поправки сдвига фазы завершен.

При измерении положительного фазового сдвига работа фазометра не отличается от его работы при измерении отрицательного фазового сдвига. При этом поправку следует добав-. лять к показаниям первого отсчетного блока 7.

Шкалы отсчетных блоков 7 и 8 должны быть симметричными с нулевым положением и проградуированы от +180 до -180 и от +60 до -60,соответо ственно.

Для измерения сдвига фазы другой частоты синусоидального сигнала необходимо привести в исходное состояние схему Фазометра путем установки тумблера 20 на блоке 3 включения в положение "Сброс" и на генераторе 1 установить новую частоту. Элемент настройки частоты генератора 1 жестко соединен с подвижным контактом не только входного потенциометра 36 интегратора 5, но и входного потенциометра 37 ийтегратора 6.

С помощью развязывающих блоков

38 и 39 и стрелочного лагометра 40 определяется величина отношения зарядов интеграторов 5 и б, которая прямо пропорциональна постоянной времени исследуемого объекта 2. Это позволяет расширить функциональные воэможности фазометра и измерять им не только частотные (сдвиг фазы), но и временные параметры (постоянную времени) исследуемого объекта.

Использование изобретения повышает на ЗВ точность измерения сдвига фазы между входным и выходным сигналами исследуемого объекта при изменении частоты сигналов на один порядок за счет повышения в 10 раэ точности определения йоправки с помощью дополнительно установленного переменного резистора, подвижный контакт которого жестко соединен с элементом настройки частоты генератора.! 04 .3В25

Составитель С. Морозов

Редактор О. Юрковецкая Техред А.Бабинец Корректор A.Çèìîêoñîâ

Заказ 8410/42 Тира>< 710 Подписное

В!!П!!П!! 1осударственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, !4осква, Ж-35, Раумская наб., д, 4/5

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