Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления и регулирования

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для измерения вещественной и мнимой частотных характеристик систем автоматического управления и регулирования. Целью изобретения является повышение точности измерения малых значений частотных а СОЛ (лЬ 27 « Т Т а 6in (Л N

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А2 (51) 4 С 05 В 23/02 1 Q

Я! я1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1191886 (21) 3956549/24-24 (22) 30.09.85 (46) 07. 03. 87. Бюл. ¹ 9 (72) Е.Н, Кисин, Б,В. Клюев, В.Л. Похваленский, Г.М; Синевич, И.В. Сычева, В.М. Тимаков и П.Е; 111вецов (53) 62-50 (088.81 (56) Авторское свидетельство СССР № 1191886, кл. G 05 В 23/02, 04,12.84. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для измерения вещественной и мнимой частотных характеристик систем автоматического управления и регулирования. Целью изобретения является повьппение точности измерения малых значений частотных

1295 характеристик в инфранизком диапазоне частот ° Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления и регулирования содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 блоки умножения, первый 5, второй 6 и третий 7 интеграторы, первый 8 и второй

9 сумматоры, первый 10 и второй 11 аттенюаторы, первый 12, второй 13 и третий 14 фильтры, блок 15 зоны нечувствительности, первый 16 и второй

17 блоки коррекции усиления, управляемый усилитель 18, датчик 19 частоты, первый 20 и второй 21 индикаторы, первый 22, второй 23, третий 24, 371 четвертый 25 управляющие элементы и генератор 27. Цель изобретения достигается за счет введения управляющих элементов 24 и 25, предназначенных дпя одновременного переключения коэффициентов на входах сумматоров 8 и 9, интеграторов 5 и 6 и индикаторов

20 и 21. Это позволяет, с одной стороны, повысить точность перемножения сигналов за счет повышения уровня сигналов на входах блоков 2 и 4 умножения и, с другой стороны, сохранить неизменными динамические свойства устройства эа счет коррекции коэффициентов в интеграторах

5 и 6 и индикаторах 20 и 21. 1 ил.

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам для исследования и контроля систем автоматического управления и ре> гулирования, предназначено для определения частотных характеристик как самих автоматических систем, так и их функциональных узлов и является усовершенствованием устройства по авт.св, Ф 1191886.

Цель изобретения — повышение точности работы устройства.

На чертеже приведена структурная. схема устройства.

Устройство содержит первый I второй 2, третий 3 и четвертый 4 блоки умножения, первый 5, второй б и третий 7 интеграторы, первый 8 и второй

9 сумматоры, первый 10 и второй 11 аттенюаторы, первый 12, второй 13 и третий 14 фильтры, блок 15 зоны нечувствительности, первый 16 и второй

17 блоки коррекции усиления, управляемый усилитель 18, датчик 19 частоmt первый 20 и второй 21 индикаторы, первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25 управляющие элементы, исследуемую систему 26 автоматического управления и генератор 27.

Принцип действия устройства основан на автоматической компенсации сигнала Х „„, установившегося под действием входного сигнала X>„ =àsiïö на выходе исследуемой системы автоматического управления

Хц„=a- P (4 ) s iâÿt+aQ(û) cosut, где а и д — амплитуда и частота воз5 действия на входе системыь

Р(ы)Я(Я) — соответственно вещественная и мнимая частотные характеристики, подлежащие определению.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода исследуемой системы 26 автоматического управления

15 подается на один из входов второго сумматора 9, на другой вход которого поступает компенсационный сигнал

Х, получаемый на выходе первого сумматора 8 путем сложения сигнала л

aPsinQt с выхода второго блока 2 умножения и сигнала a(cosset с выхода четвертого блока 4 умножения: л н

Х„--àÐs iïèt+àQños(Ê. л

При несовпадении оценок Р и Q c истинными измеряемыми значениями

Р(ц) и Q(u) на выходе второго сумматора 9 возникает ошибка компенсации

Е вида

Я =Хвых -Х„=а(Р(и)-Ь jsinQt+a(Q(Q)

-g) co s(at (l) не равная нулю. Проходя через первый фильтр 12, блок 15 зоны нечувстви" тельности, первый блок 16 коррекции усиления и управляемый усилитель !8, 3 12953 ошибка компенсации Е поступает на входы первого 1 и третьего 3 блоков умножения, В результате детектирования ошибки E сигналами аА (И) sin(ut+rg ) и аА,(ц) cos (сд +Ц ), где А,(1) и q<(V) — амплитудная и фаэовая частотные характеристики второго 13 и третьего 14 фильтров, на выходах первого и третьего 3 бло- 15 ков умножения образуются сигналы, в среднем за период пропорциональные л разностным ошибкам f(P(C3)-P) и (0()-(j. Поступая далее на входы первого 5 и второго 6 интеграторов, эти 2р сигналы вызывают подстройку оценки (на выходе интегратора 5) и оцени ки Q (на выходе интегратора 6), При этом компенсирующий сигнал

X„=af singt+a(cosut

25 изменяется таким образом, что ошибка компенсации f непрерывно уменьшается. Процессы измерения заканчиваются при полном обнулении ошибки.

При этом сигналы на входах интегра-, 30 торов равны нулю и показания первого

20 и второго 21 индикаторов фиксируют, как следует из значения (1), равные измеряемым частотным характе. ристикам исследуемой системы автоматиче ск о го упр авления:

Р=Р(и), 4=я(я).

Для обеспечения возможности измерения в широком диапазоне изменел ния оценок P Q (при кратности изме- 40 нения в десятки раз) в схему устройства введены управляющие элементы

А

24 (в канале подстройки P) и 25 (в канале подстройки g), позволяющие варьировать коэффициенты усиления на 45

\ входах первого сумматора 8 и изменять, тем самым, масштабы оценок Р и Q.

Если необходимо увеличить масштаб л оценки Р, то с помощью третьего управляющего элемента 24 уменьшается в k .5p раз коэффициент на том входе первого сумматора 8, на который поступает составляющая компенсиМ ° рующего сигнала аРз щдй с выхода второго блока 2 умножения. При этом невязка E принимает вид

Х =X „„ -ГКа181аяс+а1созцс)=

=а(Р(Сд)-kP)sinut+a(Q(g)-.

-Q)cosset

7l откуда следует, что процесс интегрирования продолжается до тех пор nol ка не устанавливаются значения P u

N обнуляющие невязку f и удовлетворяющие равенствам

kP=P (са), Q=Q (я), т.е, масштаб представления оценки Р изменяется в k раз: р(ц)

P=- ——

Таким образом, если измеряемое значение Р(Ю) мало (сопоставимо с уровнем статических погрешностей второго блока 2 умножения), то, умень-. шая с помощью третьего управляющего элемента 24 коэффициент k (1 1), можно увеличить значение напряжения на выходе первого интегратора 5, соответствующее измеряемому значению

Р(Ы), Это позволяет обеспечить работу второго блока 2 умножения при больших значениях входного напряжения. Тем самым снижается относительная погрешность измерения и становится возможным измерение малых значений P(u), соизмеримых с уровнем статических погрешностей работы реального множительного блока.

Аналогично, переключая с помощью четвертого управляющего элемента

25 коэффициент на том входе первого сумматора 8, на который поступает л сигнал aQcostat с выхода четвертого блока 4 умножения, получают, что при равенстве ошибки Е нулю справедливо

Р=Р(а) л л 0 (G3)

Тем самым, при Е<1 увеличивается л масштаб представления оценки Я.

Это позволяет обеспечить при малых значениях Q() более высокий уровень напряжения на выходе второго интегратора 6 и, тем самым, снизить уровень относительных погрешностей измерения Я(у). Введение регулировки коэффициентов на входах . первого сумматора 8 позволяет разделить требуемый диапазон измерения вещественной Р и мнимой частотных характеристик на необходимое число поддиапазонов (отдельно для P(G)) и

Q(Q)) . каждому из которых соответсвует коэффициент k на входе первого сумматора 8. При этом внутри каждого поддиапазона пределы изменения напряжения на выходах интеграторов находятся в зоне, где обеспечи1295371

=kP=k - — =P (u) Р (ц)1 и

Q„=kg=k - — -„1 =О(Ю), л" Я(Я) 1 ) 4G

BHHHIIH .Заказ 617/54 Тираж 864

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нается высокая точность работы блока 2 или 4 соответственно для канал,Л лов подстройки оценок Р или Q. Вместе с тем, изменение коэффициентов на входах. сумматора, а следовательно, А Л и масштаба оценок P u Q на выходах интеграторов 5 и 6 приводит к изменению показаний индикаторов 20 и 21.

При снятии показаний н этом случае приходится учитывать масштабный коэффициент k что усложняет работу оператора с устройством, в конечном счете, увеличивая время, необходимое для фиксирования результатов измерения. Поэтому одновременно,. с переключением коэффициента в первом сумматоре 8 вводится переключение масштаба в первом индикаторе 20 для

A л

P и во втором индикаторе 21 для Я.

В этом случае показания индикаторов

Р> и „составляют т.е. при переключении масштаба k показания индикаторов не изменяются и соответствуют измеряемым величинам P (y) и Q (Q) . Кроме того, переключение коэффициентов на входах первого сумматора 8 приводит к изменению общего коэффициента усилеНия в контурах подстройки оценок л

1 и Q в k раз, что снижает быстродействие процесса измерения, ухудшая динамические свойства устройства. Для сохранения быстродействия процессов измерения целесообразно одновременно с переключением коэффициента на одном из входов первого сумматора 8 производить обратное по величине изменение коэффициента на входе соответствующего интегратора (на входе первого интегратора 5 при л изменении масштаба по P или на входе второго интегратора 6 при перел ключении масштаба по Q). При этом общий коэффициент усиления % в контурах подстройки Р и (} остается неизменным и равным

30 Ъ =Э =k(----)= h

Я

P о, В результате обеспечения постоянстна общего коэффициента усиления динамического свойства контурон подR А стройки оценок P u Q при переключении масштабов не изменяются. Третий управляющий элемент 24 в канале подл стройки P и четвертый управляющий и элемент 25 н канале подстройки Q могут, быть реализованы, например; в виде многопозиционных трехсекционных переключателей, позноляющих одновременно в трех блоках устройства (в первом сумматоре 8, н первом интегра-, торе 5 и н первом индикаторе 20 для

1 либо в первом сумматоре 8, во втором интеграторе 6 и но втором индикаторе 21 для C}) производить изменение. коэффициентов усиления.

Таким образом, введение управляющих элементов 24 и 25 в схему известного устройства позволяет при малых значениях измеряемых частотных характеристик Р(ц) и Q(Q) повысить уровень рабочих сигналов на входах нторого 2 и четвертого 4 блоков умножения до значений, когда статические погрешности преобразования сигналов н этих блоках становятся незначительными. За счет этого повышается точность измерения частотных характеристик при малых значениях Р(д) и Я(Я) Фар мула из обр ет ения

Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления и регулирования по авт.св. 11 - 1191886, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены третий и четвертый управляющие элементы, выход третьего управляющего элемента соединен с управляющими входами первого индикатора, первого интегратора и с первым управляющим входом первого сумматора, а выход четвертого управляющего элемента соединен с упранляющими входами второго индикатора, второго интегратора и с вторым управляющим входом первого сумматора.