Анализатор частотных характеристик линейных и нелинейных систем автоматического регулирования

 

Класс 21е, 11 о

ЛЪ 133111 ссср

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, Подписная группа М 95

А. А. Вавилов и А. И." Солодовников

АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЕЙНЫХ

И НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ

Заявлено 30 марта 1959 г. за М 623729/24 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» М 21 за 1960 г.

Предлагаемый анализатор частотных характеристик линейных л нелинейных систем автоматического регулирования относится к известному типу анализаторов, основанных на подаче на вход системы синусоидального переменного напряжения заданной частоты и определении частотной характеристики напряжения на выходе той же системы. По. добно известным анализаторам этого типа, он содержит два вращающихся трансформатора, приводимых во вращение с постоянной скоростью, из которых один питается током несущей частоты и служит для генерирования синусоидальных колебаний, подаваемых на вход исследуемой системы, а второй, на который подается напряжение с выхода системы, используется как множительное устройство. Этот последний трансформатор снабжен двумя выходными обмотками, сдвинутыми на угол в 90, напряжения которых после демодуляции характеризуют амплитуду и фазу измеряемой гармоники напряжения, получаемого на выходе системы.

Особенностью предлагаемого анализатора, обеспечивающей возможность определения амплитуды и фазы каждой из гармоник напряжения, получаемого на выходе испытуемой системы, является наличие механической связи между обоими вращающимися трансформаторами, осуществляемой системой регулируемых передач с различными передаточными числами, значения которых соответствуют номерам определяемых гармоник. При этом в одном из трансформаторов предусмотрено приспособление для изменения углового смещения его оси относительно оси вращения второго трансформатора.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого анализатора.

Основными частями предлагаемого анализатора является генератор низкочастотных синусоидальных колебаний, подключенный к входу № 133111 у () ф2(i) к (а,) ° кф,(,-) где: И 1а ) — напряжение постоянной составляющей фй фильтра Фр, на выходе исследуемой системы ИО, и измерительное устройство (правая часть схемы), подключенное к выходу системы ИО. Низкочастотное напряжение получается посредством модуляции колебаний несущей частоты

2000 гц или 400 — 500 гц с помощью вращающегося трансформатора

ВТ>, Установка частоты о модуляции несущих колебаний, подводимых к трансформатору ВТ, производится изменением скорости вращения ротора трансформатора. Это изменение осуществляется посредством многоступенчатого редуктора Рь связанного с синхронным двигателем СД, либо при помощи регулируемого асинхронного двигателя или двигателя постоянного тока.

При исследовании элементов или систем, работающих на постоянном токе, используется несущая частота 2000 гц. Модулированные колебания этой частоты выпрямляются демодулятором Д, усиливаются усилителем мощности УМ и поступают на вход исследуемой системы

ИО. Для обеспечения усиления колебаний низких частот, используемых при исследовании систем регулирования, усилитель УМ должен быть построен по схеме усиления постоянного тока. Напряжение на выходе усилителя устанавливается делителем напряжения ДИь При необходимости увеличения выходной мощности генератора используется внешний усилитель мощности ВУМ. Измерительное устройство содержит входное устройство ВУ, позволяющее изменять чувствительность прибора, модулятор М на 2000 гц, усилитель напряжения переменного тока УО, вращающийся трансформатор ВТ, демодуляторы Д1 и Д, низкочастотные фильтры Ф1 и Ф, делитель напряжения ДН2 и нулевые индикаторные приборы И. и N2 соответственно фазы и амплитуды. Роторы трансформаторов ВТ2 и ВТ, механически связаны посредством планетарной передачи Р2 с целыми передаточными числами. Взаимное расположение статорных обмоток трансформаторов может изменяться путем поворота статора трансформатора ВТ2. Угол поворота c;" отсчитывается по шкале и изменяется в пределах от 0 до 360 .

При исследовании систем, работающих на несущей частоте 400—

500 гц, демодулятор Д и модулятор М отключаются переключателем

П, и выходное напряжение генератора принимает вид модулированных колебаний с двухсторонней (двухполупериодной) модуляцией.

При рассмотрении работы анализатора и при определении частогных характеристик исследуемой системы, включающей в общем случае элементы с нелинейными характеристиками, для простоты предполагается, что при заданной частоте а = в,-фазовый сдвиг, вносимый генератором низк частотных синусоидальных колебаний, равен нулю.

При синусоидальном напряжении на входе исследуемой системы напряжение на ее выходе изменяется по некоторому периодическому закону и характер этого изменения полностью определяется характером нелинейностей, имеющихся в системе.

Легко показать, что при коэффициенте передачи редуктора Р2, равном К, можно осуществлять измерение амплитуды и фазы К-й гармоники. Фазовый сдвиг К-й гармоники на выходе исследуемой системы определяется по углу поворота статора вращающегося трансформатора ВТ2, при котором напряжение на выходе фильтра Ф1 равняется нулю.

При таком повороте статора амплитуда К-й гармоники на выходе исследуемой системы — 3— N> 133111

К.,(а,) — коэффициент передачи измерительной системы по каналу измерения амплитуды;

К,(o>,) — коэффициент передачи фильтра Ф2.

Если определяется частотная характеристика системы или ее элемент по первой гармонике, то:íà÷åíèå модуля комплексного коэффициента передачи системы определяется выражением. юг (Вых!п1(1)

@а 1— б (о> ) где: U„„„, (о,) — амплитудное значение первой гармоники на выходе исследуемой системы;

U,„(, ) — амплитудное значение синусоидального сигнала на . входе системы.

Фазовый сдвиг, вносимый системой на первой гармонике, равняется углу поворота статора вращающегося трансформатора, при котором напряжение на выходе фильтра Ф1 равно нулю.

Легко показать, что постоянная составляющая на выходе исследуемой системы, которая может появиться вследствие нелинейности характеристик системы или дрейфа усилителя постоянного тока, дает на выходе демодуляторов Д и Д переменную составляющую с частотой о = к о, и, следовательно, не оказывает влияния на точность измерения первой гармоники и высших гармонических составляющих на выходе исследуемой системы, так как последние измеряются по величине постоянной составляющей на выходе демодуляторов Д| и Дг.

Для определения частотной характеристики исследуемой системы необходимо подать на ее вход с генератора низкочастотных колебаний соответствующее напряжение низкой частоты и измерить амплитуды и фазы напряжений на входе и выходе этой системы при различных частотах. Частота и величина возмущающего напряжения устанавливаются описанным способом, а коэффициент передачи редуктора Р, устанавливается равным единице (К=1). Измерительное устройство анализатора посредством переключателя П2 подключается на вход исследуемой системы ИО; положение статора трансформатора ВТ, подбирается таким образом, чтобы показание индикатора И1 фазы равнялось нулю. Затем индикатор И амплитуды также устанавливается на нуль изменением напряжения сравнения, снимаемого с делителя ДН1.

После этого входное устройство ВУ переключается на выход исследуемой системы, и цикл повторяется.

Фазовый сдвиг, вносимый исследуемой системой на установленной частоте, определяется как разность двух показаний на шкале отсчета угла ср, а модуль комплексного коэффициента передачи по первой гаомонике находится как отношение второго отсчета по делителю ДН к первому отсчету, При определении модуля коэффициента передачи также должна учитываться чувствительность анализатора, устанавливаемого во входном устройстве BK

Измерение производится по основной гармонике напряжения на выходе исследуемого объекта, что дает возможность определять частотные зависимости не только линейных, но и нелинейных систем различного рода. При измерении высших гармонических составляющих на выходе исследуемой системы устанавливается соответствующий коэффициент передачи К редуктора Р2, равный порядковому номеру К гармоники. По углу поворота статора трансформатора ВТ2, при котором показание индикатора И1 фазы равно нулю, определяется фазовый сдвиг для К-й гармоники, а по показанию делителя ДНг, при котором стрелка индикатора И> стоит на нуле, определяется амплитуда К-й гармоники № 133111

Предмет изобретения

Редактор В. М. Парнес Техред А. А. Камышникова Корректор Г. Е. Кудрявцева

Объем 0,35 изд. л.

Цена 7 коп. открытий

Формат бум. 70+108,/i6

Тираж 1150

ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и при Совете Министров СССР

Москва, Центр, М. Черкасский пер., д.

Подп. к печ. 8Х1-61 r

Зак. 4029

2/б.

Типография ЦБТИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР, Москва, Петровка, 14.

Анализатор частотных характеристик линейных и нелинейных систем автоматического регулирования, основанный на подаче на вход системы синусоидального переменного напряжения заданной частоты и определении частотной характеристики напряжения на выходе той же системы, с применением двух вращающихся трансформаторов, приводимых во вращение с постоянной скоростью, из которых один питаетсч током несущей частоты и служит для генерирования синусондальных колебаний, подаваемых на вход исследуемой системы, а второй, »а который подается напряжение с выхода системы, используется как множительное устройство и снабжен двумя выходными обмотками, сдвинутыми между собой на угол в 90, напряжения которых после демодуляции характеризуют амплитуду и фазу измеряемой гармоники напряжения, получаемого на выходе системы, отличающийся тем, что, с целью возможности определения амплитуды и фазы каждой из гармоник напряжения, получаемого на выходе испытуемой системы, оба вращающихся трансформатора механически связаны между собой системой регулируемых передач с различными передаточными числами, значения которых соответствуют номерам определяемых гармоник, причем один из трансформаторов снабжен приспособлением для изменения углового смещения его оси относительно оси вращения второго траноформатора.