Способ определения амплитудно-фазочастотных характеристик

 

Изобретение может быть использовано для определения амплитудно-фазовых характеристик автоматических систем управления, силовых исполнительных приводов и усилительно-преобразующих устройств. Цель изобретения повышение точности измерения. Устройство , реализующее способ, содержит формирователь 1 периодического сигнала , датчик 3 команд, усилитель 4, 7 и 8, интегрирующие блоки 5 и 6, частотомер 9, вычислитель 10, блоки 11 и 12 умножения и регистратор 13. Входной сигнал формируют формой, соответствующей требуемому сигналу управления , вычисляют наименьшее целое значение п по заданному сигналу точности определения амплитудно-фазочастотных характеристик, интегрируют входной и выходной сигналы объектов п раз и определяют частоту входного периодического . После этого формируют два сравниваемых сигнала путем умножения каждого результата интегрирования на функцию (со) , где со - круговая частота сигна- Q € ла, затем осуществляют синхронную (Л регистрацию сигналов на одном носителе вместе с выходным сигналом объекта и определяют амплитудно-фазочастотную характеристику по отношению их амплитуд и фазочастотнуто характеристику по интервалу времени между моментами перехода через нуль сравниваемьх сигto налов. 1 ил. о N9 1 О 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 С 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 3839868/24-21 (22) 09.01.85 (46) 07.10.86, Бюл. У 37 (72) И.П.Ильин (53) 62 1.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 657359, кл. G 01 R 25/00, 1976.

Вавилов А.А. и др. Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем. Госэнергоиздат, 1963, с. 96. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АИПЛИТУДНО-.

ФАЗОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (57) Изобретение может быть использовано для определения амплитудно-фазовых характеристик автоматических систем управления, силовых исполнительных приводов и усилительно-преобразующих устройств, Цель изобретения повышение точности измерения, Устрой- ство, реализующее способ, содержит ) формирователь 1 периодического сигнала, датчик 3 команд, усилитель 4, 7 и 8, интегрирующие блоки 5 и 6, часSU» 12624О8 А1 тотомер 9, вычислитель 10, блоки 1 и 12 умножения и регистратор 13. Входной сигнал формируют формой, соответствующей требуемому сигналу управления, вычисляют наименьшее целое значение и > log 100/Я по заданному сигналу Я точности определения амплитудно-фаэочастотных характеристик, интегрируют входной и выходной сигналы объектов и раэ и определяют частоту входного периодического сигнала, После этого фбрмируют два сравниваемых сигнала путем умножения каждого результата интегрирования на функцию (Q), где Я - круговая частота сигна- д ла, затем осуществляют синхронную ® регистрацию сигналов на одном носите- / ле вместе с выходным сигналом объекта и определяют амплитудно-фазочастотную С характеристику по отношению их амплитуд и фазочастотную характеристику по интервалу времени между моментами, перехода через нуль сравниваемьх сиг- налов. 1 ил, CO

1262408

Изобретение относится к измерению амплитудных и фазовых соотношений входных и выходных сигналов управляемых динамических объектов и может быть использовано для определения амплитудно-фазочастотных характеристик автоматических систем управления,. а также силовых исполнительных приводов и усилительно-преобразующих устройств.

Цель изобретения — повышение точности измерения амплитудно-фазочастотных характеристик объектов за сче и-кратного интегрирования сравниваемых сигналов и последующего восстановления их амплитуд.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего способ.

Устройство состоит из формирователя 1 периодического сигнала, объекта

2, датчика 3 команд, усилителя 4, интегрирующих блоков 5 и 6, усилителей

7 и 8, ча=тотомера 9, вычислителя 10, блоков 11 и 12 умножения и регистратора 13.

При этом выход формирователя 1 периодического сигнала подключен к последовательно соединенным объекту 2, датчику 3 команд, усилителю 4, инте- 30 грирующему блоку 5, усилителю 8, блоку 1 1 умножения, регистратору 13. Одновременно выход формирователя 1 через последовательно соединенные интегрирующий блок 6, усилитель .7, часто- З5 томер 9, вычислитель 10, блок «12 умножения подключен к второму входу регистратора 13. Кроме того, выход вычислителя !0 соединен с вторым входом блока 11 умножения, а выход усилителя 1о

7 — с вторым вхоцом блока 12 умножения.

Способ осуществляют следующим образом.

Входной сигнал формируют формой, соответствующей требуемому сигналу управления, например, полученному по результатам натурных испытаний. Для реализации данного приема при натурных испытаниях записывают, например, на магнитную ленту реальный сигнал управления, который затем воспроизво" дят с помощью формирователя 1.

В качестве входного может быть использован несинусоидальный сигнал в N виде переменного числа импульсов на фиксированном интервале дискретности.

Входной сигнал может быть сформирован в виде сигнала прямоугольной, треугольной и т.д. форм, которые имеют место в релейной и цифровых системах управления.

Вычисляют наименьшее целое значе100 ние n > log — — — по заданному эначе3 нию E точности определения амплитудно-фазочастотной характеристики, где

n — число ступеней интегрирования, Я вЂ” погрешность определения характеристики.

Пусть с. = 5X, тогда log 20 = 2,5 и наименьшее целое число п, большее

2,5, равно трем. интегрируют входной и выходной сигналы объекта. В соответствии со значением n = 3 входной сигнал, поступающий на динамический объект 2, интегрируется трижды с помощью блока

6, затем поступает на первый усилитель 7 с известным стабильным коэффициентом усиления. Последний необходим для согласования частотомера 9 и регистратора 13 с блоком 6. Выходной сигнал объекта силового связующего привода формируется датчиком 3 команд, с которого поступает сигнал, пропорциональный угловому отклонению оси нагрузки привода.

Сигнал датчика 3 команд через второй усилитель 4 со стабильным коэффициентом усиления поступает на интегрирующий блок 5, а затем через усилитель 8 - на вход блока 11 умножения.

Причем произведение коэффициентов передачи усилителей 4 и 8 должно быть

Ф равно коэффициенту передачи усилителя 7. Для определения частоты f входного периодического сигнала сигнал с выхода усилителя 7 подают на частотомер 9, обеспечивающий сигнал, пропорциональный частоте основной гармоники.

Формируют два сравниваемых сигнала путем умножения каждого результата интегрирования не функцию (o для чего значение частоты сигнала f поступает на вычислитель 10, на выходе которого получают значение функции Я, поскольку n = 3. Это значение функции поступает на входы блоков 11 и 12 умножения, с выходов которых получают сравниваемые сигналы.

Синхронно регистрируют сигналы на одном носителе, s соответствии с которым регистратор 13, например шлейфовый осциллограф, записывает оба

1262408

ВНИ1 ЛИ . Заказ 5422/42 Тираж 728 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сигнала на бумажную ленту, после чего определяют амплитудно-частотную характеристику по отношению амплитуд и фазочастотную характеристику по интервалу времени между моментами перехода через ноль сравниваемых сигналов.

При несинусоидаль|.ом сигнале управления динамическим объектом независимо от характера объекта выходной 10 сигнал также будет несинусоидальным.

Эти сигналы согласно ряду Фурье можно представить в виде суммы основной и более высоких гармоник. При этом входной и выходной периодические сигна- 15 лы, как правило, симметричны относительно некоторого постоянного уровня, поэтому четные гармоники в составе сигналов равны нулю, Также частотные характеристики объектов определяются ZO только по переменной составляющей, поэтому каждый из этих сигналов можно представить в виде

1 >Pal, 25

А1И с+ к А . sinu< „ t, (1) где ш= 1, 2, 3...;д

Учитывая, что амплитуды высоких гармоник резко убывают с ростом их номера, в формуле (1) достаточно учесть влияние третьей гармоники: т.е. получить выражение

А sin (mt +g) + А sin За t, (2) где А 0,5А,.

Из выражения (2) имеем

A,)sin(u,t +q) + 6sin Зи,t, (3) Аэ где b, = — —.

А, С помощью выражения (3) на ЭВМ построена зависимость ошибки f определения фазы от значения 6 при малых G

При этом значение Е рассчитывается по формуле

Е = " 100. (4) ( где (p — точное значение;

Ч вЂ” фактическое значение фазового50

9 сдвига, получаемое с помощью выражения (3).

С учетом выражения (4) и предлагаемых операций способа можно показать, что для обеспечения требуемого 55 значения необходимо интегрир< вать входной и выходной сигналы и фаз, где п удовлетворяет условию и fog

3 я (5)

Таким образом, предлагаемые приемы способа в сочетании с известными позволяют решить задачу определения амплитудно-фазочастотных характеристик нелинейного динамического объекта при несинусоидальном сигнале управления, в том числе полученном по результатам натурных испытаний, объекта.

Кроме того, предлагаемый способ прост в аппаратурной реализации и пригоден для определения АФЧХ в цеховых условиях заводов-изготовителей систем и агрегатов управления. Использование способа дает экономический эффект, поскольку получение точных амплитудно-фазочастотных характеристик реальной системы или агрегата исключает проведение отдельных этапов их экспериментальной отработки.

Формула иэ обретения

Способ определения амплитудно-фазочастотных характеристик, заключающийся в том, что определяют частоту входного периодического сигнала, синхронно регистрируют его на одном носителе вместе с выходным сигналом объекта, определяют амплитудно-частотную характеристику объекта по отношениям амплитуд и.фазочастотную характеристику по интервалу времени между моментами переходов через нуль сравниваемых сигналов на различных частотах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения амплитудно-фазочастотных характеристик, формируют периодический сигнал с формой, соответствующей применяемому сигналу управления, предварительно полученному по результатам натурных исследований, определяют необходимое число ступеней интегрирования сигналов, производят интегрирование укаэанных сигналов и формируют сравниваемые сигналы путем умножения каждого результата интегрирования на и функцию Q ° где n — - число ступеней интегрирования, И вЂ” круговая частота сигнала.