Адаптивный вычислитель частотных характеристик систем автоматического управления

 

АДАПТИВНЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКО1О УПРАВЛЕНИЯ, содержйщий генератор синусоидс1льных колебаний, первый выход которого соединен с входными клеммами вычислителя, подключаемыми к входу исследуемой системы управления, первый и второй множительные блоки, первые вхо;цы которых подключены к первому выходу генератора синусоидальных колебаний. третий и четвертый множительные бло-, ки, первые входы которых соединены со вторым выходом генератора, два индикатора частотных характеристик, первый интегратор, подключенный входом к выходу второго мнозкительного блока, а выходом - ко второму,входу первого множительного блока и к входу первого индикатора, второй интегратор , вход которого соединен с выходом четвертого множительного блока , а выход - со вторым входом третьего множительного блока и входом второго индикатора, и сумматор, входы которого подключены соответственно к выходам первого и третьего множительных блоков и к входным клеймам вычислителя, подключаем к выходу исследуемой системы управл ния, отличающийся тем, что, с целью поььшекия быстродействия и помехоустойчивости вычислитег ля, он содержит датчик частоты, подключенный входом к первому выходу генератора, блок зоны нечувствительэ vl ности, вход которого соединен с выходом сумматора, и пятый множитель ный блок, первый вход которого подto ключен к выходу блока зоны нечувствительности , второй вход соединен э с выходом датчика частоты, а выходсо вторыми входами второго и четверного множительных блоков. 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

NI I I

РЕСПУБЛИК

3@9 G 5 В 23 02

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21 ) 3228337/18-24 (22) 12.12.80 (46) 07.02.84. Вюл. Р 5 (72) E,Н.Кисин, В.Л.Похваленский, В.И.Русланов, Й.В.Сычева, Г.М.Синевич и М.N.ßêóáîâè÷ (71) Московский ордена Ленина и ордена Октярьской Революции авиацион ный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 62-50(088.8) (56) 1. Вавилов A.A. Солодовников А.И. Экспериментальное определение частотных характеристик автома» тических систем. М.-Л., Госэнерго-. издат, 1963, с. 107.

2. Вавилов A.A., Солодовников A.È. Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем. М.-Л., Госэнергоиздат, 1963, с. 115, рис. 2-18.

3. Авторское свидетельство СССР

М 640264, кл. G 05 В 23/02, 1978. (54 )(57} АДАПТИВНЫИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ

ЧАСТОТЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ, содержаний генератор синусоидальных колебаний, первый выход которого соединен с входными клеммами вычислителя, подключаемыми к входу исследуемой системы управления, первый и второй множительные блоки, первые входы которых подключены к первому вйходу генератора синусоидальных колебаний, ;,.SU„, A третий и четвертый множительные бло-, ки, первые входы которых соединены со вторым выходом генератора, два индикатора частотных характеристик, первый интегратор, подключенный входом к выходу второго множительного блока, а выходом - ко второму.входу первого множительного блока и к sxoду первого индикатора, второй интегратор, вход которого соединен с выходом четвертого множительного блока, а выход - co вторым входом третьего множительного блока и входом второго индикатора, и сумматор, входы которого подключены соответственно к выходам первого и третьего множительных блоков и к входным клеммам вычислителя, подключаемьак к выходу исследуемой системы управл ния, отличающийся тем, что, с целью повыаения быстродействия и помехоустойчивости вычислителя, он содержит датчик частоты, под- ф ключенный входом к первому выходу генератора, блок зоны нечувствительности, вход которого соединен с выходом сумматора, и пятый множитель ный блок, первый вход которого под« ключен к выходу блока зоны нечуйствительности, второй вход соединен с выходом датчика частоты, а выходсо вторыми входами второго. и четверного множительных блоков.

1072004

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам для исследования и контроля систем автоматического управления (САУ;) и предназначено для определения вещественной и мнимой частотных характеристик автоматических систем и их функциональных узлов.

Известно устройство для опреде-, ления вещественной и мнимой частот- щ ных характеристик, принцип действия которого основан на измерении мгновенных значений сигнала на выходе исследуемого объекта Г13.

Однако определение именно мгновенных значений выходного сигнала, практически всегда сопровождающееся аддитивным включением случаййых помех, не позволяет добиться высокой точности идентификации частотных характеристик САУ. 20

Известно также устройство, исполь. зующее компенсационный метод измерения и содержащее фаэоинверторы, два трехпоэицяонных ключа, два делителя, сумматор, генератор синусоидальных колебаний и индикатор С23.

Однако субъективные действия оператора, направленные на компенсацию выходного сигнала САУ в этом устройстве, а также субъектнвная оценка З0 самого минимума ошибки компенсации снижают нотенциально выссдсие точностные возможности «омпенсационного метода и .ограничивают быстродействие процесса измерения. 35

Наиболее близким техническим решеанем к изобретению является анализатор часто ных характеристик систем управления, содержащий генератор сииусоидальиых колебаний, первый вы-,щ лад которого соединен с входными

«леммами вычислителя, подключаемыми а входу исследуемой системы управления, первый и второй множительные бюнжн, первые входы которых подключены к первому выходу генератора сяиусоидальиых колебаний, третий и четвертый множительные блоки, первые входы которых соединены с вторым выходом геиератора, два индикатора частотных характерйстик, первый интегратор, подключенный входом к выжщу второго множительного блока, а выходом - к второму входу первого множительного блока и к входу nepsore индикатора, второй интегратор, вхсщ которого соединен с выходом четвертого множительного блока, а выход - с вторым входом третьего множительного блока и входом второго индикатора, и сумматор, входы 60 которого подключены соответственно к выходам первого и третьего множительных блоков и к входным клеммам вычислителя, подключаемым к выходу исследуемой системы управления 3, . у

Недостатком известного устройства являются постоянные значения коэффициентов усиления в цепях подстройки сигналов на вторых входах первого и третьего множительных блоков, предусмотренные s этой схеме, снижающие быстродействие устройства на различных частотах синусоидального воздействия.

Кроме того, отсутствие каких-либо специальных мер, направленных на ,ослабление действия помех, реально всегда присутствующих в выходном .сигнале САУ, ухудшает помехозащищенность получаемых результатов.

Целью изобретения является повышение быстродрйствия и помехоустойчивости адаптивного вычислителя частотых характеристик САУ.

Цель достигается тем, что вычислитель содержит датчик частоты, подключенный входом к первому выходу генератора, блок зоны нечувствительности, вход которого соединен с выходом сумматора, и пятый множительный блок, первый вход которого подключен к выходу блока зоны нечувствительности, второй вход соединен с выходом датчика частоты, а выходс вторыми входами второго и четвертого множительных блоков.

На фиг. 1 приведена структурная схема адаптивного вычислителя частотных характеристик САУ, на фиг.2 и 3 показаны основные закономерности, выявленные при исследовании известного устройства: влияние эквивалентного коэффициента усилениями в каналах адаптации на быстродействие прибора и зависимость оптимального (по быстродействию) значения этого коэффициента от частоты синусоидальиого воздействия íà САУ.

Устройство содержит двухфазный генератор 1 синусоидальных колебаний, входные клеммы вычислителя 2, подключаемые к входу исследуемой

САУ, датчик 3 частоты синусоидальных колебаний, множительные блоки 4-8, интеграторы 9 и 10, сумматор 11, блок 12 эоны нечувствительности, индикаторы 13 и 14, входные -клейми вычислителя 15, подключаемые к выходу исследуемой САУ.

Принцип действия предлагаемого вычислительного устройства, также как и у известного, основан на ав-. томатической компенсации установившвйся реакции на выходе САУ вида хеь -QP(co)cin60t. аВ(а)ци эк(, где Ры) и q Йд)- вещественная и

l мнимая частотная характеристики, подле жащие определению, возникающей при п)одаче на его вход синуссидального воздействия ssinQt, 1072004

20

25 грабли ца 1

0 ° 6

A(sa) О, 1 Ца, с 0 211

0,7

0,3 0,4

0,2106 0,211

0,5

0,2

0,21

Ошибка компенсации Е, получаемая на выходе суьэеатрра 11, может быть записана в виде

4 Х,щ()-а4ЬюФ-цфоозМ = с Явь)-Р3зЪ Ы а И(ю)-Q)ass(at, Я где P, Q - значения выходных сигналов интеграторов 9 и 10.

Как видно из выражения (1), тождественное равенство нулю ошибки компенсации Е возможно при одновременном выполнении равенств

Ф = Рж), 6 = Q <),„ т.е. значения сигналов Р н Q представляют собой в этом случае численные значения вещественной P(4 > и мнимой Q(46) частотных характеристик исследуемой CAY на заданной час. тоте Ю .

Алгоритм настройки параметров IP и Q до обнуляющих ошибку компенсации E значений в вычислителе аналогичен алгоритму настройки этих же параметров в. прототипе и имеет

Р= i!again«t &, ¹ JÀàå eosW сК, .л (2) 3. Оптимальное значение Ъ«эквивалентного коэффициента усиления . практически не зависит от значений фазовой частотной характеристики уф (фиг. 2) и имеет близкую к линейной зависимость от текущих значений частоты ю воздействия (фиг. 3), Технически закон коррекции З. по частоте выполнен в изобретении в виде множительного блока 8, íà первый вход которого поступает ошибка компенсации Е, а на.второй вход - сигнал с датчика 3 частоты.

Автоматическая подстройка параметров P и 4 схемы компенсации осу" ществляется в соответствии с (2) путем умножения сигнала с выхода множительного блока 6 на сигнал asin4t и aaosvt в множительных блоках 4 и 6 и последующего интегрирования полученных произведений на интеграторах 9 и 10. В момент полной компенсации сигнала Xw ошибка Е становится тождественно равной нулю, тем самым обнупяются сигналы на входах интеграторов 9 и 10 и процесс интегрирования на этом заканчивается. Установившиеся значения сигналов Ф и Q на выходах интегратора, зарегистрирозанные индикаторами 13 и 14, представляют собой численные где Ф - эквивалентный коэффициент усиления в каналах подстройки параметров Р и Q схемы компенсации выходного сигнала САУ.

- Проведенные методом цифрового моделирования исследования адаптивного вычислителя частотых характеристик САУ выявили следукжрюе закономерности.

1. Эквивалентный коэффициент усиления 5. существенно влияет на динамику процессов оцеиивания частотных характеристик и как следствие на потребное для такой оценки время, т.е. на быстродействие прибора.

На фиг. 2 приведены типовые зависимости времени измерения ат 3(, указывающие на существование оптимального значения = 4, обеспечивающего при заданных значениях ы минимум времени оценивания.

2. Значение амплитудно-частотной характеристики А(м)«. (Р Ф влияет на быстродействие вычислителя незначительно (табл. 1, где T - время измерения). !

0,211 0,2112 0,2114 значения вещественной Р(4 ) и мнимой Q{м)) частотных характеристик исследуемой САУ.

Измерение выходного сигнала САУ, как правило, сопровождается появлением аддитивной случайной помехи 5(tj, Входя далее в ошибку компенсации

Е Хвв- Х + N(t) где Ха а(Фsinet + Qcosst) - сигнал компенсации, эта помеха участвует в настройке параметров Р и Ъ

i! ЭО„ »- !,)!«« !Ц ЭМ«!«!!Ю !« цф!!!!!„.-KIewþ(Ô. з ий»М !й, е t ф) вызывая случайные колебания показа-50 ыий индикаторов 13 и 14 относительно значений Р(а) и Q(). Эти колебанкя являются естественник источником погрешностей идентификации частотных характеристик, затрудняя их численное определение. Для ослаблеиия действия помех s схему устрой» ства введен блок эоны нечувствитель» кости, препятствующий прохождению аомехй в каналы подстройки вещественной и мнимой частотных характеристик и тем самим способствующий улучшению помехозащнщенности прибора. ,В табл. 2 приведены значения дис» персий оценок частотных характерстик до и после введения зоны нечувстви1072004 а 0 ь 38 = 2,4

41 тельиости в тракт прохождения ошиб = ки Е компенсации в каналы единицы.

Результаты получены цифровым моделированием уравнений (3), при А(<) а = 12, помеха 5(t) принята распределенной по нормальному закону с

5 нулевым математическим ожиданием и среднеквадратичным отклонением Ю 0,8 (отношение шум/сигнал на выходе САУ тем самым составляет 20%).

k Таблица 2 10

0,192 10. 0,235 10

0,247 10 0,875 10 5

Как видно из табл., введение блока эоны нечувствительности в схему адаптивного вычислителя приводит к резкому снижению дисперсия оцел нок Ф и g частотных характеристик.

Анализ результатов моделирования показывает, что предлагаемая коррекция эквивалентного коэффициента усиления позволяет повысить быстродействие адаптивного вычислителя частотных характеристик, а введение в схему блока зоны нечувствительности улучшает его помехозащищенность.

Составитель A.Ëàùåç

Редактор Ai .Шандор Теяред T.Nàòî÷êà Воррехтор Г.Реветии»

Эакаэ 123/39 Тирам 84% Надин сиое

ВНИИП -Государственного комитета СССР о делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5 ююеюаеавееюавюе аее ЮЮЮЮВЗЮВЮВЮЮЮ Ю4В ЮЭВЮ

Филиал HOG "патент", r.уигород, ул.йроектиаи, 4