Устройство для определения параметров динамического звена

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ данАМИЧЕСКОГО ЗВЕНА, содё.ржацёе нормирукпций блок no cjкл10чек шй входом к выходу исследуемого объекта и последовательно соедияенкые блок управления и масштабный блок, Ш11ХОД сигнала которого подключен к взсоду исследуемого; объекта, о т л и чаю щё е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродейрття определения коэффициентов передаточной функции динa 0lчecкбгo зв«на ступенчатом BosjoteftctEKR, оно содержит четыре блока памяти,. четыре управляемые схемы четыре ключа, пять вычислителей, два .блока вычитания, четыре блока умножения, три двухпозиционных переключателя , два квадратора, блок деления , сумматор, нуль-орган и пороговый блок; выход масштабного блока подключен через четыре блоКа памяти к первым входам четырех ключей соответственно, вторые входы блоков памяти через соответствующие управляемые схемы задержки соединены с вторым выход блока управления, третий выход которого подключен к вторым входам управляемых схем задержки , а четвертый выход - к первому входу третьего блока умножения и через второй квадратор - к первому СО входу четвертого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу третьего двухпозиционного аёрёкЛючатёля, первый вход крторо го соединен с первым выходом четвертого :вычислителя, второй вход С . выходом первого блока деления, третий вход - через пороговый блок О5 с выходом второго блока вычитания и с третьим входом второго двухпо s 1 зиционного переключателя, выход которого подключен к второму входу INS третьего блока умножения, первый вход - к второму выходу четвертого вычислителя, второй вход через первый двухпозиционный переключатель К выходу первого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу первого сумматора, второй вход через первый блок деления - к выходу второю блока умножения, перi вый вход которого соединен с первым входом первого сумматора и выходом

rЮ1 . (111

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ . РЕСПУБЛИН

4(я) С 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЙЯ

H АВТОИ:КОМЪ СВИДЕТЕЛЬ@ТБУ

ГОСЗЩАРСТЭЕНИЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ . (2 1) 3686069/24-24 (22) 28.12.83 (46). 07.06.85. Вюл. У 21 (72) И.Н. -Ннгстер,. В.В. Каманин, В.Г. Кулиш и В.Л. Черников

: (53) 62-50 (088.8) (56) !. Васильев Д.В. и др. Нроекти" рование и расчет следящих систем. Л., "Судостроение", 1964, с. 509.

2. Авторское свидетельство СССР

В 23583i, 1967 . (прототип).

3. Пасс А.Е., Штумпф Э.П. Судовая злектроника. Л,, "Судостроение", 1975.

4 ° Бабиков M.A., Косинский А.В . . Элементы и устройства .автоматики.

М., "Высшая школа", 1975, с. 287-

288,: рис. 6.30.

5. Петров Г.М., Лакушин И.Б., Бартольд Э.E. Методы моделирования систем управления на аналоговых и аналого"цифровьи вычислительйых ма: шинах. N., "Машиностроение", 1.975, с. 46-47, рис. 1. 14. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕCKOrO ЗВЕНА, содержащее нормйрующий блок, подключенный входом к выходу исследуемого объекта и последовательно соеди.— .неннйе блок управления и масштабный блок, выход си1ны а которого подклю. чен к входу исследуемого объекта, о т л и ч а ю щ е е с я там, что, .с целью повышения точности и быстродействия:определения коэ4фициейтов передаточной функции динамйчеСкого .звана прн ступенчатом воздействии, . оно содержит, четыре. блока иаыятн, четыре управляемые схемы задержки, 1 четыре ключа, пять вычислителей, два .блока вычитания, четыре блока умножения, три двухпозиционных переключателя, два квадратора, блок деления, сумматор, нуль-орган и пороговый блок, выход масштабного блока подключен через четыре блока памяти к первым входам четырех ключей соответственно, вторые входы блоков памяти через соответствующие управляемые схемы задержки соединены с вторым выходом блока управления, третий. выход которого подключен к вторым входам управляемых схем задержки, а.четвертый выход — к первому входу третьего блока умножения и через второй квадратор - к первому входу четвертого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу третьего двухпозиционного переключателя,. первый вход которо го соединен с первым выходом .четвертого вычислителя, второй вход— с выходом первого блока деления, третий вход — через пороговый блок с выходом второго блока вычитания и с: третьим входом второго двухпозиционного переключателя, выход которого подключен к второму входу третьего блока умножения, первый вход — к-второму выходу четвертого въ1числителя, второй вход. через первый двухпозиционный переключатель к выходу первого блока умножения, первый: вход которого подключен к вы" ходу -первого. сумматора, второй вход через. первый блок деления — к выходу второго блока умножения, первый вход которого соединен с первым входом первого сумматора и выходом

116 второго вычислителя, второй вход .с 9ТорНН входом первого сумматора и с выходом третьего вычислителя вход которого подключен к второму входу четвертого вычислителя, к .первому выходу первого вычислителя и через первый квадратор к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого .подключен к первому входу четвертого вычислителя, к входу второго вычислителя и второму выходу первого вычислителя, третий выход которого подключен через пятый вычислитель к второму входу

0372 первого двухпозиционного переключателя, а первый, второй, третий и четвертый входы — соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого ключей, вторые входы которых подключены к пятому выходу блока управления, первый вход кото-. рого подключен к выходу четвертой управляемой схемы задержки, а второй вход через нуль-орган — к выходу .первого блока. вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого блоков памяти.

Изобретение относится к устрой-. ствам контроля и может быть использовано в устройствах идентификации элементов и систем автоматического управления,, например, следящих систем.

Известно устройство и способ

1 . для. определения коэффициентов передаточной функции объекта при подаче на его вход ступенчатого сигнала. iв

В этом устройстве при подаче на вход исследуемого звена ступенчатого воздействия определяются значения первой и второй производных от выходного сигнала объекта, ко- 15 торые затеи подставляются в уравнения. В результате решения системы двух уравнений находятся коэффициенты передаточной функции объекта f1). ,Недостатком такого устройства 20 является низкая точность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, входящее в состав анаризатора переходных процессов, который в случае определения «араметров передаточной фуикции динамического звена второго порядка при стуненчатом воздействии содержит последовательно включенные схему сравнения, блок управления, масштабное уотройство входа, исследуемый объект, нормирующий блок, выход которого через переключатель подключей к входу первого интегратора и через . 35 схему двух совпадений - к выходу

2 схемы сравнения. Выход блока управления подключен через интегоатор времени к входу схемы сравнения и входу следящей систещ., второй: вход которой подключен к. выходу первого интегратора, а выход — к движку линейного потенциометра. Сигнал с движка потенциометра подается на . вход второго интегратора, aего крайние точки соединены через инвертор, вход которого подключен к. пепереключателю. В таком устройстве параметры а и а, передаточной функции вида, Ъ (р) —.... С1)

1+ а„р+ а,р определяются при ступенчатом снятии сигнала на входе исследуемого объекта, осуществляемым блоком управления. Нормированный сигнал с выхода исследуемого объекта поступает на первый интегратор, на выходе которого после окончания переходного . процесса устанавливается напряжение, пропорциональное коэффициенту а„. При-определении. коэффициента а нормированный выходной сигнал и

его инвертированное значение поступают на линейный .потенциометр, движок которого перемещается следящей:системой, отрабатывающей линейно-возрастающее напряжение, выдаваемое интегратором времени. Началь" ное положение следящей системы определяется ранее вычисленным значением коэффициента а, . Напряжение, снимаемое с движка потенциометра

Р поступает на вход второго интегратора, на выходе которого-устанавливается напряжение,. пропорциональное коэффициенту а, . Длительность переходного процесса вычисления коэффициентов определяется настройкой схемц сравнения по сигналам с выхода схемы двух совпадений. 19

Коэффициент К усиления исследуемого объекта определяется по значениям сигналов на выходах масштабного устройства входа и нормирующего блока f2) . 15

Таким образом, в таком устройстве в результате однократной установки входного и выходного сигналов, и двух воспроизведений. переходно: го процесса определяются три коэф. фициента передаточной функции (!)..

Недостатком известного анализатора переходных процессов является невысокая точность определения коэффициентов а, и а,, что связано с 25 ошибками установки .следящей систе.мой движка потенциометра, нелинейностью характеристики потенциомет-. ра, а также невысокое быстродействие, так как для определения пара- Зе метров двух коэффициентов требуется дважды воспроизвести переходный процесс, причем обязательным требованией является достижение установившегося значения (нулевого значейия) выходного сигнала. В случае

35 исследования объектов с большими поспостояннымн времени или имеющих слабоэатухающие переходные процессы это условие прйводит к большим эат4О ратай времени идентификации, а не полное выполнение его — к большим погрешностям определения коэффициентов- а . и а,. Кроме того, такой анализатор достаточно сложен так 45 как в его: состав входит следящая система высокой точности и высокоточный линейный потенциометр.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия . 5p . оиределения коэффициентов передаточной функции динамического звена при ступенчатом воздействии.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определе- 55 ния параметров динамического звена, содержащее нормирующнй блок, подключенный входом к выходу иссле1 1б0372

lj дуемого объекта,и последовательно соединенные блок управления и масштабный блок, выход которого подключен к входу исследуемого объекта, введены четыре блока памяти, четыре . управляемых схемы задержки, четыре ключа, пять вычислителей, четыре . блока умножения, два блока вычитания, три двухпозиционных переключателя, два квадратора, блок -деления, сумматор, нуль-орган и пороговый блок, выход масштабного блока подключен через четыре блока памяти к первым. входам четырех ключей соответственно, вторые входы блоков памяти через соответствующие управляемые схемы задержки соединены с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к вторым входам управляемых схем задержки, а четвертый выход — к первому входу третьего блока умножения и через второй квадратор к первому входу четвертого. блока умножения, подключенного вторым входом к выходу третьего двухпозициониого переключателя, nepebiA вход которого соединен с первым выходом четвертого вычислителя, второй вход — с выходом первого блока деления, третий вход — через пороговый блок с выходом второго блока вычитания и третьим входом второго двухпозиционного переключателя, выход которого подключен к второму входу третьего блока умножения, первый вход." к второму входу четвертого вычислителя, второй-вход — через первый двухпозиционный переключатель K выходу первого блока умножения, первый вход, которого подключен к выходу первого сумматора, второй вход " через первый блок деления к выходу второго блока умножения, первый вход которого соединен с первым входом первого сумматора и выходом второго вычислителя, второй вход — с вторым входом первого сумматора и выходом третьего вычислителя, вход которого подключен к втоI рому входу четвертого вычислителя, первому выходу первого вычислителя и через первый квадратор — к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого подключен к первому входу, четвертого вычислителя, входу второго вычислителя и второму выходу первого вычислителя, 1160372

УзК1 + У Ка Уз

yç,, + yò,К уа °

w(p) =

a p + 1 (2) 2S

30 а =

1п —

Уз

-2Еп1/К, г

5 третий выход которого подключен через пятый вычислитель ко. второму входу первого двухпозиционного переключателя, а первый — четвертый входы - соответственно к выходам первого -. четвертого ключей, вто рые входы которых подключены к пятому выходу блока управления, первый вход которого подключен к выходу четвертой управляемой схемы

sàöåðæêè, а второй вход через нульорган — к выходу первого блока вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого блоков памяти соответственно.

В предлагаемом устройстве стати.ческий коэффициент усиления испыту-. емого объекта определяется при установке входного сигнала путем деления значений сигналов иа выходах масштабного. блока и нормирующего блока c учетом коэффициента передачи масштабного блока. Для определения коэффициентов а и а, в функции (1) анализируется переходный процесс при ступенчатом снятии сигнала иа входе исследуемого объекта.

Можно показать, что коэффициенты дифференциального уравнения, описывающего объект второго порядка связаны следующими соотношениями с четырьмя следующими друг за другом через промежутки значениями выход- ного сигнала объекта: а) ю2

И2

4 2

4rCCCC — ф К ) 1К2

1 к 12.

4rc сс4 Р с(41ас )

1К2 если D К„- АК с О. Этот случай. . соответствует колебательному звену ! ale второго порядка, т.е. ) = —,— — <1 .

21Ф2

I2 . 1- Е„к,Е,к, если D =. К„ — 4К з О, что соответг, ствует случаю апериодического звена

0I второго порядка, т. е, - ) Р

Здесь значения К, и К, в формах определяются из уравнений, связывающих значения переходной функции объекта в четырех точках;.

При этом достаточно определить всего четыре значения выходного сиг" нала исследуемого объекта в течение переходного процесса через равные промежутки времени, а затеи путем

15 преобразования этих сигналов можно определить значения коэффициентов в функции (1) °

Предлагаемое устройство поззоляет с определять коэффициент а„ в случае, 20 когда передаточная функция объекта описывается апериодическим звеном первого, порядка

При этом коэффициент а„ связан со считанными значениями выходного сигнала объекта следующим соотношением

В предлагаемом устройстве для определения параметров динамического звена при определении коэффициентов передаточных функций (1) и (2) требуется только одна реализация переходного процесса; кроме того, четыре значения выходного сигнала

40 исследуемого объекта могут быть сняты на любом участке переходного процесса, например на начальном.

При этом, естественно, резко снижается время на .определение коэффициен45 тов передаточной функции исследуемого объекта, так как нет необходимости в установлении процесса на выходе объекта. (Особенно в случае объектов с большими постоянными времени).

Точность предлагаемого устройства не зависит от моментов определения значений выходного сигнала и не зависит от того, установилось значение выходного сигнала объекта нли нет, что является основной погрешностью известного устройства.

Кроме того, так как определение

7 1160372 . 8 коэффициента а, и а, происходит за . вычислителл, пятый квадра йор 82, одну Реализацию процесса, за малый второй сумматор 83, шестой блок 84 промежуток времени„ это устройство деления, восьмой блок 85 умножения. позволяет е высокой точностью иден- .. В предлагаемом устройстве для тифи@ирбвать параметры .объекта с су- 5 определения параметров динамическо-. щественно .нестационарными парамет- го звена в ..ачестве исследуемого рами . объекта 1 могут использоваться .РазНа фиг. 1 — 8 представлены струк- личные приборы и блоки систем авто- туриые схемы предлагаемого устройст- матическаго управления, передаточВа и его отдельных блоков. . 10 ные функции которых описываются выУстройство содержит. исследуемый Ражением (1) или (2). K таким прибообъект 1, первый масштабный блок 2, Рам можно отнестй,. например, электроиормирующий блок 3, блок 4 управле- механические или гидравлические слення, управляемые схемы 5 — 8 за- дышне системы, усилители, различные держки, блоки 9 †.12 памяти, r> ФильтРы, При исследовании следянуль-орган 13, первый блок 14 вы- щих систем в качестве выходного сиг- . читания, управляемые ключи 15 - 18, "ала. используется сигнал, снимаемый иервьФ вычислитель. 19„ второй блок с датчика обратной .связи (например, 2О вычитания, нервый квадратор 21, . потенциометра). Первый масштабный второй †.четвертый вычислители 22 — Ж: блрк 2 и нормирунуций блок 3 служат

24, первый сумматор 25, пятый вы- . для получения необходимого уровня числитель 26, первый пороговый блок ..входного и выходного сигналов Ис-..

27,- первый блок 28 умножения., пер- следуемого объекта 1 и представляют вый блок 29 деления, второй блок 30 собой усилители постоянного тока умножения, первый двухпознционный 5 с переменнйми коэффициентами перепереключатель 31, третий. блок, 32 ум- . дачи что дости .ается за .счет изноженяя,. второй двухпозиционийй мен«» вручную их входных сопротивпереключатель 33, второй квадратор

34, четвертый. блок 35 умножения, третий двухпозиционный переключаВлок 4 управления (фиг. 2) сл— (фи . 2) слу . -:тель 36, блок 37 стабилизированных жит для управления процессом вычисления коэффициентов .пе е аточной

„„опку 39 Пускй вторую „„ î„,ó 40 ФУнкции и ко Ффициента пеРедачи исследуемого объекта 1 и выдачи начальэадержкк, третье реле 43, делитель 3s ного уровня сигнала на его вхо

44 напряжений, второй масштабнЫй . Блок. 4 управления состоит из блок 45„ четвертое реле 46,- пятое блока 37 стабилизированных напряжеРеле 47, схейу 48 .задержки, инди" ний, пяти .реле 38,41, 43, 46, 47, каторную лампу 49, реле 50 времени, . двух кнопок 39 "Пуск" и 40 "Сброс", иивертор 51, схеиу. 52 совпадения, 40 схем: 42 и 48 задержки, делителя 44.. резйстор 53,.конденсатор 54., резис- напряжений, второго масштабного блотор 55 управляемый ключ 56, тран- . ка 45 и индикаторной лампы 49. Пер-rcmp 57, транзистор. 58, второй по- вый выход блока 37: стабилизированных

Роговый блок 59. -Устройство также нанряжений через обмотки:и контаксодержит конденсатор 60, резистор 61,<5 там реле 38, 41, 43. и кнопки 39.и конденсатор 62:, резистор 63, ycrrrrrr- 40 подключен к земляной точке, а .тель 64 постоянного тока, шестое второй через нормально замкнутые и реле 65,:.пятый блок 66 умножения, . ::нормально Разомкнутые. контакты ре- третий квадратор:67,-шестой блок:68: . ле 38 — к первому и второму выходам . умиожения, третий блок 69 вычитания., И блока 4 управления соответственно. четвертый квадратор 70, четвертый . Кроме того, второй выход блока 37 блок 71 вычитания, седьмой блок 72 через делитель 44 напряжения подуиножения, восьмой блок 73:умкоже ключей к третьему выходу блока 4 упния иятый блок 74 вычитания, вто-.. Равления, а через делитель 44 напрярой.блок 75 деления, третий блок 76 55 жения и масштабный блок 45 — к деления, четвертый блок 77 деленная, его.четвертому выходу. Первый вход шестой. вычислитель 78,:пятый блок 79 блока 4 уйравления подключен через

: деления, седьмой 80.и восьмой 81 схему 48 задержки к входу пятого

1 160372

Второй масштабный блок 45 представляет собой усилитель постоянногс тока, напряжение на выходе которореле 47, а второй вход — к входу реле 46. .В качестве блока 37 стабилизиро.ванных напряжений .используется обычный стабилизированный источник з постоянного тока,,который состоит из двух идентичных источников постоянного напряжения, которые отличаются только уровнем выходного напряжения. Первый выход блока 37 10 подключен к источнику постоянного напряжения 27 В, а второй выход—, к источнику постоянного напряжения

40 В. Первое реле 38 имеет два нормально разомкнутых контакта и один нормально замкнутый, второе реле 41 - один нормально разомкнутый.контакт и один нормально. зам.кнутый, третье реле 43 — один нормально замкнутый контакт, четвер- щ тое реле 46 — один йормально замкнутый и один нормально разомкнутый контакт, пятое реле 47 — два нормально разомкнутых контакта. Кнопка 39 служит для скачкообразного сня- 25 тия сигнала с входа исследуемого объекта 1 и имеет нормально разомкнутые контакты. . Кнопка 40 служит дпя возвращения

s исходное состояние устройства и ЗО имеет два контакта: один нормально замкнутый,. а другой нормапьно разомкнутый.

Схемы 42 и 48 задержки представляют собой последовательно соединенные реле времени, инвертор и схему совпадения, второй вход которой подключен к входу реле времени (фиг. 3), за исключением второго входа к реле 50 -времени (31. Реле 50 << времени схем 42 и 48.задержки содержит два транзистора, на базу первого иэ которых подается входной сигнал, а его коллектор через кон,денсатор подключен к базе второго, с коллектора которого снимается

: выходной .сигнал $33. За счет выбора емкости конденсатора обеспечивается задержка выходного сигналана Ю с.

Делитель 44: напряжений служит для управления временем задержки управляемык схем 5 — .8 задержки и пред ставляет собой обычный реэистквный делитель нанряжений.

ro пропорционально устанавливаемому с помощью делителя 44 напряжений интервалу между моментами фиксации выходного сигнала исследуемого объекта 1.

Управляемые схемы 5 - S задержки представляют собой (фиг. 3) последовательно соединенные реле 50 времени, инвертор 51, схему 52 совпадения, второй вход которой подключен к первому входу реле.50 времени и первому входу блоков 5 — 8, второй вход которых подключен к второму входу реле 50 времени.

Реле 50 времени (фиг.4} способно обеспечить выдержку времени от

0,01 до 5 с и состоит из двух транзисторов 57 и 58, конденсаторов 54 и управляемых ключей 56, включенных между коллекторами транзистора 57:и и базой транзистора 58, а управляющие входы (вход два) управляемых ключей 56 подключены к выходам вторых пороговых блоков 59, первые входы которых подключены к второ- му входу блока, а на их вторые входы подаются постоянные смещения, отличающиеся друг от друга на дЕ. В качестве управляемых ключей 56 могут использоваться любые контактные или бесконтактные переключатели (например; описанное в Г43 бесконтактное полупроводниковое реле), а в качестве пороговых блоков 59 - триггеры Шмидта (3J с различными смещениями, что.позволяет получать их срабатывание при различных входных напряжениях, прымерно по линейному закону. Емкость всех конденсато-! ров 54 реле 50 времени, входящего в блок 6,выбираются в два раза больше, чем в блоке 5, в блоке 7 - в три раза больше, а в блоке 8 " в четыре раза больше, чем s блоке 5, что позволяет получать задержку сигнала блоком 6 - 2С, блоком 7 — ЗФ блоком 8 - 4 . °

Ф

Блоки 9 — 1 памяти служат для запоминания через моменты времени значения выходного сигнала исспедуеМого объекта 1. Они идентичны и содержат усилитель 64 постоянного тока, выход. которого через конденсатор 62 подключен к его первому входу, а.через резистор 63 - .к цепочке, состоящей иэ конденсатора 60 и резистора 61, вход которой нодключен к первому входу блоков 9 — 12, 1160372 жения, à выход - к первому входу четвертого блока 71 вычитани, выход которого подключен к первому входу третьего, блока 76 деления, а второй вход — к выходу пятого блока 66 умножения, второй вход которого подключен к третьему входу блока 19 первому..входу блока 73 умножения, Второму входу четверто16. го блока 77.деления и через третий квадратор 67 — к второму входу тре.тьего блока 69 вычитания, первый вход. которого подключен к выходу шестого блока 68 умножения, а выход15 к.первому входу второго блока 75 деления, выход которого подключен . к второму выходу блока 19, а второй вход — к второму входу третьего блока деления 76 и к выходу пя. 26 того блока 74 вычитания, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока 73 умножения. .Выход блока 76 подключен к первому выходу первorо вычислителя 19, 25 третий выход .которого подключен к выходу -четвертого блока 77 деления.

Второй и третий вычислители 22 и 23 нредставляют собой функциональные блоки, реализующие onepajg цию логарифмирования.Они выполнены в виде. усилителя постоянного .тока, на входе которого включены нели-. нейные диодные,элементы„ количество которьос равно числу узловых . точек ломаной линии, анпроксимирующей воспроизводимую нелинейную зависимость,:в данном случае.логаряфмнческую.характеристику (8).

Сигналы на:выходах вычислитеt

4б лей 22 и 23 равны соответственно . (3) 2

Кг з

К т Ъ з > где y,ó,,ó,ó — сигналы на выходах первого-четвертого блоков 9-12 памяти соответстВЕННО.

Первый вычислитель 19 содержит шестой. блок 68 умножения, первый вход которого подключен к второму входу первого вычислителя.!9,.первому входу пятого блока 66 умножения и через четвертый квадратор 70 к первому входу пятого блока 74 вычйтания, второй вход — к четвер тому входу блока 19, первому входу четвертого блока 77 деления и первому Входу седьмого блока 72 умноже- кия ° ВторОй ВХОД котОрОГО иодили чен к первому входу блока Ю и втоуому входу восьмого. блока 73 умио-. х„ lnK ; (6) х,= 1nK„ ° (7) а Выход через нормально замкнутые контакты реле 65 подкпючен к второ-. му входу усилителя 54 постоянного тока, а обмотка реле 65 подключена к второму. входу блоков 9 - 12 памяти.

Нуль-орган 13 служит для выдачи сигнала, когда сигнал на его входе достаточно близок илн равен нулю, что соответствует. нахождению двух последних из снимаемых значений

Вьисодного сигнала исследуемого объекта на установившемся участке, на котором точное определение зна-. чений.коэффициентов а, и а„ невозможно. . Управляемые. ключи 15 и 18 являются дистанционными переклю .зтелями, например-бесконтактными реле, у которых первый. вход является управляющим. В случае наличия сигнала на втором входе первый вход . подключен к их выходу и в случае отсутствия отключен. °

Первый вычислитель 19 (фиг. 6) предназначен для получения сигналОВ К,.(на перВОм Выходе) К (на втором выходе) н К, (на третьем выходе) в соответствии с формулами

Четвертый .вычислитель 24 (фиг.7) содержит три вычислителя (блоки 78, 80 и 81), два блока .79 и 84 деления, блок 85 умножения,-квадратор 82 и сумматор 83. Первый вход блока 24. через шестой вычислитель 78 подключен к входу. седьмого. вычислителя .

80, и .второму входу. пятого .блока 79 деления, первый-вход которого подключен к Второму входу блока 24, а

Я Выход.через Восьмой вычислитель 81к Первому Входу Второго сумматора

83, Второй вход Которого подключен к выходу пятого квадратора 82, (8) (9) х„= -21п1Кг хз

1 х = г

arccos (- -- -)) +(1п1 К ) 2 К, ) г

Пятый вычислитель 2б реализует функцию 1/1п н идентичен по структуре блокам 22 и 23.

Первый пороговый блок 27 служит для определения знака сигнала на его входе; если сигнал на его входе отрицательный, то сигнал на его выходе также отсутствует, а если сигнал на его входе становится равным нулю или положительным, то появится сигнал постоянного уровня на его выходе. Пороговый блок 27 может быть выполнен в виде триггера Шмидта с нулевым порогом срабатывания.

Двухпозиционный переключатель 31 в зависимости от типа передаточной функции исследуемого объекта 1 вручную ставится в положение I для передаточной функции типа (1) и в положенйе 2 — для передаточной функции типа (2).

Двухпозиционные переключатели 33 и Зб являются дистанционными пере1 вход которого подключен к выходу седьмого вычислителя.80 и второму входу восьмого блока 85 умножения, выход которого подключен к первому выходу блока 24, а первый вход — к выходу шестого блока 84 деления и второму выходу блока 24, а вход к выходу второго сумматора 83. Шестой вычислитель 78 реализует операцию извлечения квадратного корня, седьмой вычислитель 80 — операцию логарифмирования, а восьмой вычислитель 81 — функцйю (are созЕ) .

Структура всех вычислителей 78, 80 и 81 идентична структуре описан- ного вычислителя 22 (или 23) и отличается только числом диодных элементов на входе усилителя. Коэффициент передачи по первому входу блока 79 деления равен l, а по второму — 2. Кроме того, блок 79 осуществляет 6перацию инвертирования. Блок 85 умножения имеет коэффициент передачи по первому входу 1, а по второму 2 и также является инвертором.

Сигналы на первом и втором выходах вычислителя 24 равны соответственно б0372 ключателями, например, бесконтактными реле, у которых третий вход является управляющим. В случае наличия сигнала на третьем входе вто,.рой вход подключен к их выходу, а в случае отсутствия сигнала на третьем входе — первый вход подключен к выходу.

Все квадраторы 21, 34, 67, 70, 10 82, реализуют операцию возведения в квадрат значений входного сигнала.

Устройство для определения параметров .динамического звена работает следующим образом.

f5 В зависимости от априорной информации, имеющейся в передаточной функции исследуемого объекта 1, первый двухпозиционный переключатель 31 устанавливается в соответ20 ствующее положение. Если передаточная функция объекта 1 описывается выражением (1), переключатель 31 подключает выход первого блока 28 умножения к второму входу втброго

25 двухпозиционного переключателя 33.

В предлагаемом устройстве коэффи-., циенты передаточной функции динамического звена определяются при ступенчатом снятии на входе иссле3б дуемого объекта 1, При этом начальное напряжение поступает с первого входа блока А управления через масштабный блок 2, в котором путем изменения его коэффициента, передачи устанавливается уровень входного сигнала исследуемого объекта 1, соответствующий его линейной зоне.

Коэффициент передачи нормирующего блока 3 устанавливается таким образом, чтобы его входной сигнал имел уровень, достаточный для точного определения статического коэффициента К в функции (1}, значение которого определяется путем деления эиачений выходных сигналов блоков 3 и 2 с учетом коэффициента передачи блока 3 к= х М где у — значение выходного сигнала блока 3; х — значение выходного сигнала блока 2;

И вЂ . масштабный коэффициент блока 3.

Зная априорно примерную длительность переходного процесса исследуе372 16

На входы пороговых блоков 59 посту1 пает сигнал с третьего выхода блока .4 управления, величина которого пропорциональна времени Т и устанавливается заранее с помощью делителя 44.напряжений. По этому сигналу срабатывают соответствующие бло-- ки 59 и подают сигнал на подключение соответствующего количества конденсаторов 54 к схеме.

Включение реле 50 времени сов-, местно с логическими элементами— инвертором 51 и схемой 52 совпадения обеспечивает появление сигнала на.выходе блоков 5 - 8 с некоторыми запаздываниями по отношению к входному си."налу на время С, 2Г, 3 С и 4 соответственно.

Сигналы с выходов управляемых схем 5 — 8 задержки поступают на вторые входы блоков 9 - 12 памяти, сигналы на выходах которых до поступления сигналов на их вторые входы .точно отслеживают сигналы, поступающие на их первые входы.

Когда на вторые входы блоков 9

12 (фиг. 5) поступают сигналы в моменты времени i, 2Т, 3-., 4 7 соответственно, то срабатывает реле 65 и размыкает свои нормально замкнутые контакты, при этом на выходе усилителя 65 постоянного тока фиксируется напряжение, которое было на конденсаторе 62 в момент прихода управляющего сигнала на второй вход блоков 9 — 12. Таким образом, на выходах блоков 9 — 12 памяти формируются значения выходно- го сигнала исследуемого объекта

1-у,, у,, у,, у в моменты времеСигналы с выходов блоков 11 и 12 памяти поступают на входы блока 14 . вычитания;. сигнал на выходе которого равен у - у,. В случае, когда длительность промежутка времени выб.рана правильно, у и у, не попали на установившийся процесс и разница у — у больше неКоторого значения, сигнал на выходе нуль-органа 13. не появляется, и реле 46 не размыкает свои нормально замкнутые контакты.

А йа обмотку реле 47 поступает сиг нал через схему 48 задержки с выхода четвертой схемы 8 задержки в момент времени 47. Время задержки сигнала схемой 48 задержки выбирается большим времени срабатывания.15 1160 мого объекта 1, устанавливается на выходе делителя 44 сигнал, значение которого определяет величину между моментами определения сигналов на выходе исследуемого объекта 1. Этот 5 сигнал поступает на третий выход блока 4 и через масштабный блок 45 на четвертый .выход блока 4.

Для определения коэФФициентов а и а в функции (1} при нажатии кноп- 1О ки 39 "Пуск", в блоке 4 срабатывает первое реле 38 и замыкает свои нормально разомкнутые контакты, параллельные кнопке 39, при этом она блокируется. Нормально замкнутые 15 контакты первого реле 38 размыкаются, и сигйал на первом выходе блока 4 исчезает и, наоборот, через нормально разомкнутые контакты реле 38 сигнал поступает на вто- 20 рой выход блока 4. При этом сигнал на входе исследуемого звена 1 скачком исчезает, а сигнал íà его выходе представляет собой переходный, процесс, который поступает на первые 2S входы блоков 9-12 памяти, представ-. ляющие в случае. отсутствия сигналов на вторых входах звенья с передаточными коэффициентами f.

Одновременно со ступенчатым сня- щб тием сигнала на первом входе блока 4

/ сигнал c его второго входа скачком подается на первые входы управляемых схем 5-8 задержки. Сигнал с первого входа схем 5-8 задержки пос35 туйает на первый вход реле 50 времени (фиг. 3}. При подаче сигнала на базу транзистора 57 он открывается, кон-. денсаторы 54 оказываются. подключенными параллельно эмиттерно--базового му переходу транзистора 58.положи.— тельно заряженной обкладкой к базе, Транзистор 58 запирается и находит- . ся в закрытом состоянии до тех пор, пока конденсаторы 54 не зарядятся . через резистор 55. Когда окончится процесс разрядки конденсаторов 54, снова появится базовый ток траи— зистора 56, последний откроется и сигнала на выходе не будет.

Таким образом, выдержка времени зависит от постоянной времени

Т = R Cz+. Емкость. конденсаторов 54 определяется количествам их,. подключенных к схеме, что осуществля- 55 ется управляемыми ключами 56, сигнал управления на которые постунает с выходов. вторых пороговых блоков 59..

1160372

25 .

55 реле 46. Реле 47 срабатывает и замыкает свои нормально разомкнутые контакты, и напряжение Е поступает на вторые входы ключей 15 - 18, которые .срабатывают, и сигналы с 5 выходов блоков 9 — 12 памяти поступащт на входы вычислителя 19. Сигнал 0 поступает.на вход первого порогового бдока 27; если 9 < О, то сигнал на выходе первого норогового блока 27 равен О, и первые входы второго и третьего двухпозиционных переключателей 33 и 36 подключены к их выходам. Сигналы на первых входах переключателей 33 и 36, поступающие с первого и второго выходов четвертого вычислителя 24, равны соответственно Х, и Хэ и выполняются по формулам (8) н (9).

Сигналы Х и Х> поступают на вто- 20 рые входы блоков 32 и 35 умножения на первые входы которых постуг» г» пают сигналы, равные и С . В результате на выходах блоков умножения сигналы равны коэффициентам а„ и а в Функции (1).

В случае, если сигнал на входе схемы 27 сравнения D О, то на ее выходе формируется сигнал, который поступает на третья входы второго и.третьего двухпозиционных пе" реключателей 33 и 36 и подключает . их вторые входы к их выходам. При этом сигнал на втором входе пере35 ключателя 33 равен х„ + х, /х„х,, а на втором входе переключателя 361/x x F e x H x вычисляются в блоках 22 и 23 по формулам (6) и (7). Далее эти сигналы с выходов переключателей 33 и 36 .поступают на вторь|е входы блоков 32 и 35 умножения, на выходах которых сигналы равны коэффициентам а„ и а, в функции (1) °

Формирование управляющего сигнала В и определение его знака пер. вым пороговым блоком 27 связано с различными формулами вычисления коэффициентов а, и а в функции (1) в случаях, когда передаточная функция (1) - исследуемого объекта описывается колебательным звеном, т.е.

)c, 1 (в этом случае 0 (О) и когда передаточная функция (1) представляет собой апериодическое звено второго порядка, т.е. (ъ 1 (e этом случае D3 0) .

В -случае, когда передаточная функция исследуемого объекта 1 описывается выражением (2), т..е. представляет собой апериодическое звено, первый переключатель 31 устанавливается во второе положение и подключает выход переключателя 31 к выходу пятого вычислителя 26, сигнал на выходе которого равен

1/1„ у /у, . Сигнал на входе первого порогового блока 27 всегда в этом случае больше нуля, поэтому в переключателе 33 к выходу нодключен второй вход. Сигнал на выходе второго блока 32 умножения равен коэффициенту а, в выражении (2). (Значение сигнала на выходе блока 35 при этом безразлично).

В случае, когда длительность переходного процесса оказалась меньше, чем предполагалось, и значения у, и у попали на установившийся процесс или разница их значений на выходе первого блока 14 вычитания мала, на выходе нуль-органа 13 формируется сигнал, который поступает на обмотку реле 46 блока 4 управления. Реле 46 срабатывает и размыкает свои нормально замкнутые контакты и замыкает свои нормально разомкнутые контакты, При этом после срабатывания реле 47 поступает сигнал на индикаторную лампу 49, а сигнал на срабатывание ключей 15 — 18 не поступает и они остаются закрытыми. В этом случае необходимо уме-. ньшить величину сигнала на выходе делителя напряжений 44 и повторить эксперимент снова. Для этого необходимо нажать кнопку "Сброс" блока

4 управления, при этом снимается: сигнал с обмотки первого реле 38. (фиг. 2). Оно замыкает свои нормаль-. но замкнутые контакты и. подает сигнал на первый вход блока 4 управления, и на входе и выходе исследуемого объекта 1 устанавливаются начальные значения сигналов.

Для предотвращения пуска устройства прежде чем установится. начальное состояние исследуемого объекта 1 предусмотрена цепь, содержа-. щая второе реле 41, схему 42 задержки и третье реле 43, которая работает следующим образом.

При нажатии кнопки 4О "Сброс" подается сигнал на обмотку второго реле 41, которое epadàòûâàåò, бло19 кирует кнопку 40 своим нормально разомкнутым контактом и размыкает цепь питания обмотки первого реле 38, предотвращая возможность пуска устройства. Одновременно сигнал с кнопки 40 поступает на схему 42 задержки, сигнал на. выходе которой появляется через время заведомо

: большее, чем время переходных про-. цессов исследуемых объектов, например 1 мин. Сигнал с выхода схемы

42 задержки поступает на обмотку реле 43, которое"размыкает свои нормально замкнутые контакты и снимает напряжение с обмотки второго реле 41, .которое заыжает контакты в линии о6иотки.первого реле 38 и теперь возможен новий пуск:устройства для определенйя.параметров динамического звена па нажатии кнопки 39 "Нуск"., При этом снимается напряжение с обмотки реле 47 и лампа 49 гаснет.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет.эа одну установ. ку и одно. воспроизведение переход" .ного. процесса в исследуемом объек- . .те определять три коэффициента уравненйя объекта, имеющего переда- точную. функцию второго порядка, при. этом нет необходимости в останов .ленин процесса.йа выходе исследуемого. объекта, что значительно экономит время эксперимента,- особенно в случае больших постоянных вре.мени или медленно. затухающих колебательных процессов.

Точность определения коэффициен тов в выражениях (1) и (2) в предла1160372 . 20 гаемом устройстве тоже вьппе по срав.. нению с известным устройствам $3), так как оно, во-первых, не содержит электромеханических преобразователей (следящих систем, потенциомет-. ров); во-вторых, для определения . коэффициентов с помощью предлагаемого устройства нет необходимости в установлении значения на выходе

10 исследуемого объекта, что весьма затруднительно при исследовании колебательных систем -со слабым демпфированием, а невыполнение условия. достижения установившегося значения выходного сигнала объекта s функции (2) приводит к существенным ошибкам в определении коэффициентов, что полностью исключается в предлагаемом устройстйе.

2б Возможность определения коэффициентов а, и а, передаточной функ ции объекта за одну реализацию переходного процесса (причем. можно использовать любой .его промфкуток)

И позволяет использовать предлагаемое устройство.при исследовании объек1ов с существенно нестацианарными параметрамн а,() и а,(t), значения которых меняются во времеЗо ни достаточйо быстро Таким образом, точность и быстродействие предлагаемого устройства выше, чем у анализатора 553.

Кроме того, техническая реализация предлагаемого устройства проще, так как в него входят стандартные блоки и нет необходимости в построении высокоточной следящей сис;темы, имеющей собственные ошибки. 1160372

1160372

1 3 60372

Фиг. l

1 360322 !

31б0372

Фиг. 7

ВНИИПИ Закаэ .3723/44 Тирам 863 Лодлненое

Финал ППП "йатент", г.Умгород, .ул.йроектная, 4