Способ определения фазовых характеристик объекта

 

Изобретение может быть использовано для определения фазочастотных характеристик систем автоматического регулирования и управления, систем стабилизации и корректирующих устройств . Устройство, реализующее способ , содержит блок 1 постоянного-напряжения , блок 2 постоянного смещения , источник 3 управляющего.напряжения , кнопки 4: - Измерение, 5 - Исходное положение, генератор 6 синусоидальных колебаний, исследуемый объект 7, измеритель 8 фазового сдвига , реле 9, нелинейные блоки: 13 - . определения синуса и 14 - определения знака фазового сдвига, сумматоры 15 и 17, блок 16 умножения, блок 18 задержки, блоки 19 и 21 вычитания, блок 20 запоминания, нелинейные блоки: 22 -.формирования знака, 23 - формирования разности, 24 - сравнения, блоки 25 и 28.умножения, импульсный элемент 26 и реверсивный счетчик 27. Способ расширяет функциональные возг можности реализующих его устройств путем определения фазовых сдвигов между входными и выходными синусоидальными сигналами и увеличения диапазона измерения фазовых сдвигов. 1 ил.; с $ (Л СГ 00 4 ел СО 9д

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2!) 4102176/24-2, (22) 16.04.86. (46) 15. 10.87. Бюл. № 38 (72) Е.С.Вересов и В.В.Куприянов (53) 62 1.317,373(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 496506, кл, G 01 R 25/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

¹ 423067, кл. С 01 R 25/04, 1972. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА (57) Изобретение может быть использовано для определения фазочастотных характеристик систем автоматического регулирования и управления, систем стабилизации и корректирующих устройств. Устройство, реализующее способ, содержит блок 1 постоянного напряжения, блок 2 постоянного смещения, источник 3 управляющего напряже-

„„SU„„ I 345136 A1 ния, кнопки 4; — "Измерение", 5 — "Исходное положение", генератор 6 синусоидальных колебаний, исследуемый объект 7, измеритель 8 фазового сдвига, реле 9, нелинейные блоки: 13— определения синуса и 14 — определеI ния знака фазового сдвига, сумматоры 15 и 17, блок 16 умножения, блок

18 задержки, блоки 19 и 21 вычитания, блок 20 запоминания, нелинейные блоки: 22 -. формирования знака, 23 — формирования разности, 24 — сравнения, блоки 25 и 28.умножения, импульсный элемент 26 и реверсивный счетчик 27.

Способ расширяет функциональные воз можности реализующих его устройств путем определения фазовых сдвигов

ЪФ Ф между входными и выходными синусоидальными сигналами и увеличения диапазона измерения фазовых сдвигов. 1 ил.

1345136

Изобретение относится к фазоизмерительнои технике и может бь>ть использовано при определении фаэочастотных характеристик систем автомати5 ческого управления и регулирования, систем стабилизации, корректирующих устройств и различных электрических цепей.

Цель изобретения — расширение 10 функциональных возможностей и диапазона определения фазовых сдвигов.

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит блок 1 постоян-15 ного напряжения, блок 2 постоянного смещения, источник 3 управляющего напря>кения, кнопку 4 "Измерение"„ кнопку 5 "Исходное поло>кение", генератор 6 синусоидальных колебаний, ис- 2п следуемый объект 7; измеритель 8 первичного <>>азового сдвига, реле 9, за-, поминающии блок 10 реле 11, запоминающий блок 12, нелинейный блок 13 определения синуса первичного д>азового сдвига, нелинейный блок 14 определения знака фазового сдвига, сумматор

15, блок 16 умножения, сумматор 17, блок 18 задержки, блок 19 вычитания, запоминающий блок 20, блок 21 вычи- 30 тания, нелинейный блок 22 формирования знака, нелинейный блок 23 формирования разности, нелинеиный блок 24 сравнения, блок 25 умножения, импульсный элемент 26, реверсивный счетчик 27, блок 28 умножения и блок

29 постоянного смещения.

Генератор 6 синусоидальных колебаний соединен с входами исследуемого объекта 7 и с первым входом измерителя 8 первичного фазового сдвига, выход исследуемого объекта 7 соединен с вторым входом измерителя 8 первичного фазового сдвига, выход которого через нормально разомкнутые 45 контакты реле 9 соединен с входом запоминающего блока 10. Выход запоминающего блока 10 соединен с первым входом сумматора l7, входом блока 18 задержки, первым входом блока 21 вычитания, и через нормально замкнутые контакты реле 11 с входом запоминающего блока 12 и первым входом блока

19 вычитания, выход которого соединен с входом запоминающего блока 20, а выход последнего — с вторым входом блока 21 вычитания. Выход блока 18 задержки соединен с вторым входом блока 19 вычитания. Выход запоминающего блока 12 соединен с входом нелинейного блока 13, выход которого соединен с входом нелинейного блока

14, а выход последнего соединен с первым зходом сумматора 15, выход блока 2 постоянно-о смещения соединен с вторым входом сумматора 15. Выход сумматора 15 соединен с первым входом блока 16 умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора 17, выход блока l постоянного напряжения соединен с вторым входом блока 16. умножения и с первым входом блока 28 умножения, выход которого соединен с третьим входом сумматора 17.

Выход блока 21 выччтания соединен с входами нелинейных блоков 22 и 23, авыхо,д последнего соединен с первым входом нелинейного блока 24 сравнения, выход блока 29 постоянного смещения соединен с вторым входом нели"нейного блока 24 сравнения. Выход нелинейного блока 22 соединен с первым входом, а выход нелинейного блока 24 сравнения соединен с вторымвходом блока 25 умножения, выход которогo соединен с входом импульсногo элемента 26, а выход последнего соединен с входом реверсивного счетчика 27. Выход реверсивного счетчика 27 соединен с вторым входом блока 28 умножения.

Выход источника 3 управляющего напряжения через нормально разомкнутые контакты кнопки 4 "Измерение" соединен с обмотками управления реле 9 и реле 11, а через нормально замкнутые контакты кнопки 5 |Исходное положение " — с входами сброса запоминающих блоков 10, 1? и 20, реверсивного счетчика 27 и через нормально разомкнутые контакты реле 11 с его обмоткой управления.

Способ осуществляется следующим образом.

На первой фиксированной частоте

4> счетчик полного числа оборотов фа1 зового вектора устанавливают в нулевое положение (N=O) . Первую фиксированную частоту 4>, задают значительно меньшей частоты среза системы автоматического управления. При этом фазовый сдвиг выходного сигнала системы автоматического управления по модупю не превосходит 180 . Если при этом в системе автоматического управления на частоте <>, преобладают инерцион3 13 ные свойства, то выходной сигнал от— стает от входного, его фазовый сдвиг отрицателен и равен первичному фазовому сдвигу; если в системе автоматического управления преобладают форсирующие свойства, то выходной сигнал упреждает входной сигнал, первичный фазовый сдвиг определяется в диапазоне от -!80О до -360, а истинный фазовый сдвиг равен 9, = =Ч +360, где

Ф вЂ” первичный фазовый сдвиг на час1 ° тоте ы,; 9„ — действительный фазовый сдвиг на частоте ж, .

Положение фазового вектора на фазовой плоскости определяет знак синуса первичного фазового сдвига. Если знак синуса первичного фазового сдвига равен +1, то фазовый вектор находится в верхней полуплоскости, а если он равен -1, то фазовый вектор находится в нижней полуплоскости фазовой плоскости. Отсюда.значение действительного фазового сдвига определяется выражением

«Р = V + (1+1xs ipn(s in Ч )1 х180 .

1 1 а

При изменении частоты малому приращению ее соответствует малое приращение фазового сдвига. Однако, если при малом изменении частоты первичный фазовый вектор пересекает положительное направление действительной оси фазовой плоскости, то наблюдается разрыв непрерывности и приращение первичного фазового сдвига по модулю стремится к 360 . Если при этом знак приращения первичного фазового сдвига равен +1, то фазовый вектор переходит из верхней полуплоскости в ниж— нюю и действительный фазовый сдвиг определяется выражением

Т, = 9+ (i+1xs igni sin )) x1BO =360 .

Если при этом знак приращения первичного фазового сдвига равен — 1, то фазовый вектор переходит из нижней полуплоскости в верхнюю, и действительный фазовый сдвиг определяется выражением

9 = Ч;+ (1+1xsign(sin ×,)j x180 +360 .

В общем случае при переходе фазового вектора через положительное направление действительной оси фазовой плоскости значение счетчика числа полных оборотов фазового вектора необходимо изменить на величину +t в зависимости от знака приращения первичного фазового сдвига, а величина действительного фазового сдвига определяется выражением

45136

4 P; = 9;+(1+1xsign(sin,)j х180 -360 х

xN, где N — число полных оборотов фазового вектора;

5 о

О, если ; — ;, 1080

1xsign.(М; — Ч,.,), если } <; — ;„1) 180

10 Измерение фазового сдвига между выходным и входным синусоидальными сигналами при определении частотных характеристик систем автоматического управления проводят на серии фикси15 рованйьк частот >;(1=1,2,...), причем (d; ы,(ы., Формируют сигнал N числа полных оборотов фазового вектора, присваивают ему нулевое значение и запоминают. На первой фиксированной

20 частоте M определяют первичный фазо4 вый сдвиг ",, определяют знак синуса этого угла, формируют вспомогательный сигнал Я, равный углу 180, умноженному на сумму единицы и сигнала знака синуса первичного фазового сдвига, и запоминают его. Затем определяют действительное значение фазового сдвига Р,, равного алгебраической сумме первичного фазового сдвига

30 и вспомогательного сигнала h запоминают значение первичного фазового сдвига Ч и переходят на следующее

1 значение фиксированной частоты и; (i=2,3,...). На каждой последующей

З5. фиксированной частоте определяют первичный фазовый сдвиг Р;, формируют сигнал разности hV первичных фазовых сдвигов на заданном значении фиксированной частоты и и на

40 предыдущем значении фиксированной частотыи; „, формируют сигнал модуля разности первичных фазовых сдвигов, затем сравнивают его с углом о

180 и, если сигнал модуля разности

45 первичных фазовых сдвигов больше угла 180, формируют сигнал S знака разности первичных фазовых сдвигов и на его величину изменяют значение сигнала N числа полных оборотов фа50 зового вектора. Затем формируют сиг нал действительного фазового сдвига равного алгебраической сумме первичного фазового сдвига Ч., вспомога7 тельного сигнала и угла -360, ум55 ноженного на сигнал N числа полных оборотов фазового вектора. После этого запоминают значение первичного фазового сдвига Ч ; и переходят на следующие значения фиксированных час1345136 тот, повторяя процесс до конечной фиксированной частоты.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

При нажатии кнопки 5 Исходное

ft

5 положение разрывается цепь источника 7 управляющего напряжения, обнуляются запоминающие устройства 10, 12, 20 и реверсивный счетчик 27, обесточивается обмотка управления реле 11. Устройство готово к функционированию.

На генераторе 6 синусоидальных колебаний задаются колебания на первой фиксированной частоте, Измеритель 8 первичного фазового сдвига известным способом измеряет первичный фазовый сдвиг между синусоидальными сигналами на входе и выходе исследуемого объекта.

Нажатием кнопки 4 "Измерение" запитываются обмотки управления реле 9 и 11, замыкаются нормально ðàзомкнутые контакты реле 9„ запоми- 25 нающие блоки 10 и 12 фиксируют значение первичного фазового сдвига, размыкаются нормально замкнутые контакты реле 11, отключая запоминающий блок 12 и первый вход блока 19 вычи- 0 тания от выхода запоминающего блока 10, реле 11 через свои нормально разомкнутые контакты и кнопку 5

"Исходное положениеп становится на самоблокиров*у. Нелинейный блок 13 определяет синус первичного фазового сдвига, нелинейный блок 14 определяет знак синуса первичного фазового сдвига. На выходе блока 16 умножения формируется и фиксируется вспомога- 4р тельный сигнал 4, равный произведению угла 180 и суммы единицы и знака синуса первичного фазрвого сдвига.

На первой фиксированной частоте выходной сигнал блока 21 вычитания равен нулю, Следовательно, и следующие за ним блоки 22 — 28 находятся в исходном обнуленном состоянии. Действительное значение фазового сдвига формируется на выходе сумматора 17 и на первой фиксированной частоте, равно сумме первичного фазового сдвига < и вспомогательного сигнала 3 .

При отпускании кнопки 4 "Измерение" обесточивается обмотка управления реле 9, и его нормально разомкнутые контакты отключают выход измерителя 8 первичного фазового сдвига от входа запоминающего блока 10. При этом измеренное значение первичного фазового сдвига с запоминающего блока 10 через блок 18 задержки и блок

19 вычитания фиксируется запоминающим блоком 20, не изменяется при очередном нажатии кнопки 4 "Измерение" и выполняет роль предшествующего значения первичного фазового сдвига по отношению к очередному. При этом многократное нажатие и отпускание кнопки 4

Измерение на данной. фиксированной частоте не приводит к изменению действительного фазового сдвига на выходе сумматора 17.

Далее на генераторе 6 синусоидальных колебаний устанавливают следующее значение фиксированной частоты и по окончании переходных процессов в исслецуемом объекте 7 нажимают кнопку 4 "Измерение". При этом срабатывает реле 9 и своими нормально разомкнутыми контактами подключает выход измерителя 8 первичного фазового сдвига к входу запоминающего блока 10, с выхода которого значение первичного фазового сцвига поступает на вход блока 18 задержки и, на первый вход блока 21 вычитания, на второй вход которого поступает предыдущее значение первичного фазового сдвига; на выходе блока 21 вычитания формируется разность текущего и предыдущего значений первичных фазовых сдвигов и передается на входы нелинейных блоков 22 и 23. Нелинейный блок 22 формирует знак, а нелинейный блок 23 формирует модуль разности первичных фазовых сдвигов. На выходе нелинейного блока 24 сравнения формируется сигнал, равный единице, если модуль разности первичных фазовых сдвигов больше 180 (блок 29 постоянного смещения), в протцвном случае выходной сигнал равен нулю. Блок 25 умножения осуществляет логическое умножение выходного сигнала нелинейного блока 24 сравнения на знак разности первичных фазовых сдвигов. Сигнал с выхода блока 25 умножения поступает на вход импульсного элемента 26 и, если он не равен нулю, на выходе импульсного элемента 26 формируется импульс соответствующего знака, который передается на вход реверсивного счетчика 27 импульсов, соответствующим образом изменяя значение ег о выходного сигнала на единицу. Блок 28 умножения осуществляет умножение выходного сигнала

Составитель M.Êàòàíîâà

Редактор Л.Повхан Техред И.Попович Корректор.M. Демчик °

Заказ 4915/44

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытИй

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

7 13451 реверсивного счетчика импульсов 27 на 360 и передает его на третий вход сумматора 17, на первый вход которого поступает значение первич5 ного фазового сдвига с запоминающего блока 10, а на второй — вспомогательный сигнал 3 с выхода блока 16 умножения, определенный на первой фиксированной частоте. На выходе сумматора 17 формируется значение действительного фазового сдвига на заданной фиксированной частоте.

Далее на генераторе 6 синусоидальных колебаний устанавливается следующее фиксированное значение частоты и процесс измерения фазовых сдвигов продолжается.

Использование предлагаемого способа позволяет расширить функциональные возможности путем определения знака фазовых сдвигов между выходными и входными синусоидальными сигналами при определении частотных характеристик систем автоматического управления 25 или элементов с учетом их реальных физических особенностей, а также расширить диапазон измеряемых фазовых сдвигов между выходными и входными синусоидальными сигналами реальных 30 систем автоматического управления.

Формула изобретения

Способ определения фазовых харак35 теристик объекта, включающий преобразование входного и выходного синусоидальных сигналов объекта в прямоугольные, формирование сигнала фазового интервала, сигнала инвертированного фазового интервала, суммирование преобразованных входного и вы..-. ходного сигналов объекта, последующее умножение на сигнал фазового интервала и сигнал инвертированного фазового 45 интервала и суммйрование результатов умножения с противоположными алгеб36.

8 раическими знаками,. о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расши" рения функциональных воэможностей и диапазона определения фазовых сдвигов, генерируют последовательно серию испытательных сигналов на фиксированных частотах, причем на первои фиксированной частоте формируют сигнал числа полных оборотов фазового вектора, равный .нулю, измеряют первичный фазовый сдвиг, формируют вспомогательный сигналЗ, равный произведению угла 180 и суммы единицы и сигнала знака первичного фазового сдвига, запоминают и формируют его, формируют сигнал действительного фа- 1 зового сдвига, равный алгебраической сумме первичного фазового сдвига и вспомогательного сигнала 1, запоминают значение первичного фазового сдвига, затем последовательно переходят на последующие фиксированные частоты, на каждой из которых определяют первичный фазовый сдвиг, формируют сигнал разности первичного фазового сдвига на заданной фиксированной частоте и первичного фазового сдвига на предшествующей фиксированной частоте, формируют сигналы модуля разности первичных фазовых сдвигов, знака разности первичных фазовых сдвигов, затем, если сигнал модуля разности первичных фазовых сдвигов превышает угол 180, изменяют сигнал

o числа полных оборотов фазового вектора на величину сигнала знака разности первичных фазовых сдвигов, формируют сигнал действительного фазового сдвига, равный алгебраической сумме первичного фазового сдвига, вспомогательного сигнала Я и угла -360 умноженного на сигнал числа полных оборотов фазового вектора, запоминают значение первичного фазового сдвига и продолжают процесс до конечной фиксированной частоты.