Устройство для определения передаточной функции динамического звена

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и позволяет определить параметры передаточных функций динамических звеньев, например электронных корректирзпощих блоков систем автоматического управления. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства. Устройство содержит управляемый генерауправтор 1 тестовых сигналов ляемый генератор 2 импульсов, ; триггер 3, делитель 4 частоты, аналого-цифровой преобразователь 5, «а

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (5I)4 G 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ И30БРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ИО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н д ВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4206511/24-24 (22) 06.03.87 (46) 23.10.88. Бюл. М 39 (71) Вологодский политехнический институт (72) В.Н.Лабичев (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К 877478, кл. G 05 В 23/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

11 - 1262454, кл. G 05 В 23/02, 1986.

Контроллер программируемый универсальный. Электроника — K1-20.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации И 13 035 008 ТО, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ДИНАМИЧЕСКОГО

ЗВЕНА (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и позволяет определить параметры передаточных функций динамических звеньев, например электронных корректирующих блоков систем автоматического управления.

Цель изобретения — повьппение быстродействия и упрощение устройства. Устройство содержит управляемый генератор 1 тестовых сигналов, управляемый генератор 2 импульсов, триггер 3, делитель 4 частоты, аналого-цифровой преобразователь 5, на143 каплинающий сумматор 6, управляющевычислительный блок 7, нходную 8 и выходную 9 клеммы, В процессе работы устройства упранляюще-вычислительный блок обеспечивает циклическую установку триггера н единичное состояние, чем создается возможность подачи на вход исследуемого динамического звена единичного управляющего сигнала и измерение ординаты его переход,;ной функции в момент формирования им" пульса на выходе управляемого генератора импульсов, интервалы между которыми распределены по показательному

2466 закону, Этим обеспечивается сброс триггера в исходное состояние с последующим снятием единичного управляющего сигнала с входа динамического звена и формированием временного интервала, достаточного для установления начальных условий, после чего установка триггера в единичное состояние означает начало нового измерительного цикла. Искомая передаточная функция вычисляется как зависимость от мнимой величины с коэффициентом, обратным математическому ожидани|о измерительных интервалов. 4 ил.

Изобретение относится к антомати1 ческому управлению и может быть ис, пользовано для определения передаточ,ных функций динамических звеньев, например, электронных корректирующих 5 блоков систем автоматического управления электроприводами.

Цель изобретения — повьппение быст. родействия и упрощение устройства, На фиг. 1 приведена структурная .схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная схема управляюще-вычислительного, блока; на фиг. 3 — блок-схема алгоритма измерения среднего значения ординат переходной функции; на фиг. 4 — блоксхема алгоритма вычисления коэффициентов.

Устройство для определения, передаточной функции динамического звена (фиг. 1) содержит управляемый,генератор 1 тестовых сигналов, управляемый генератор 2 импульсов, триггер 3, делитель 4 частоты, аналогоцифровой преобразователь 5, накап" ливающий сумматор 6, управляюще-нычислительный блок 7, выходную 8 и входную 9 клеммы.

Сущность управления генератора 1 тестовых сигналов состоит в том, что.

ЗО сигнал 1 (й) на его выходе формируется во время воздействия на его управляющий вход сигнала логической

"1". Управление триггеров 3 осуществляется в моменты отрицательных пе- 35 репадов сигналов на его входах. Запись информации н накапливающий сумматор 6 осуществляется при отрицательном перепаде сигнала на его входе синхронизации, Управление работой блока 7 производится под воздействием положительных перепадов сигналон на его входах управления, а установка начального (нулевогo) состояния триггера 3, делителя 4 частоты и накапливающего сумматора 6 обеспечивается подачей на их входы установки начальных условий сигнала низкого логического уровня, В качестве управляюще-вычислительного блока 7 использован стандартный контроллер (фиг. 2), Управляюще-вычислительный блок содержит группу вьгходов 10, первый 11 и второй 12 выходы, информационные входы 13, первый вход 14 управления, второй вход 15 управления, центральный процессор 16, тактовый генератор 17, системный контроллер 18, интерфейсный буфер 19 адреса, интерфейсный буфер 20 данных, селекторы 21 и 22 адреса, устройства 23 и 24 памяти, таймер 25, устройства 26 параллельного ввода — вывода, буферные элементы 27 интерфейса ввода — вывода, контроллер 28 прерываний, буфер 29 адреса, буферы 30-33 данных н iiулы 34. В качестве группы выходов 10 управляюще-вычислительного блока 7 использованы выходы буферных злементон канала А устройства 26 параллельного ввода — вывода, работающих 1432466 в режиме "Вывод". Адреса передачи данных: Г4 ; младший байт, ГΠ— старший байт, Первым выходом 11 управляюще-вы5 числительного блока 7 является выход таймера 25, в качестве второго выхода 12 использован младший разряд канала С буферного элемента 27 устройства 26 параллельного вводя — вывода с адресом Гб, Информационными входами управляюще-вычислительного блока ? являются входы 13 буферных элементов 27 каналов В устройств 26 ввода — вывода, работающих на ввод данных с: адресами:

1 5 " младший байт, Г1 †старший байт.

Первым входом управления блока 7 является вход 14 контроллера 28 прерываний, обладающий приоритетом 2. 2О

Вторым входом управления управляющевычислительного блока 7 является вход

15 контроллера 28 прерывания, обладающий приоритетом 3.

Устройство работает следующим 25 образом..

В процессе подготовки устройства к работе вход исследуемого динамического звена подключают к выходной клемме 8, а его выход — к входной клемме 9 и устанавливают заданный уровень сигнала 1(t) на выходе управляемого генератора 1 тестовых сиг, налов, В память управляюще-вычислительного блока 7 записывает значения двоичных кодовых комбинаций, соответствующих заданным значениям математических ожиданий частот следования импульсов на выходе управляемого генератора 2 импульсов, а также двоичного кодового сигналй, определяющего интервал времени Т, достаточный для установления на выходе исследуемого динамического звена начальных условий после снятия сигнала 1(t) с его выхода.

Двоичная кодовая комбинация, соответствующая первому значению математического ожидания частот следования импульсов, с первых выходов управляющего-вычислительного блока 7 поступает на соответствующие входы управляемого генератора 2 импульсов.

Затем на третьем выходе управляюще" вычислительного блока..7 формируется отрицательный импульс, устанавливающий триггер 3, делитель 4 частоты и накапливающий сумматор 6 в исходное состояние..При этом на первом выходе триггера 3, выходах делителя 4 частоты и накапливающего сумматора 6 формируются сигналы логического нуля.

По окончании импульса на третьем выходе управляюще-вычислительного блока 7 устанавливается сигнал логичес" кой "1", после чего отрицательный импульс формируется на его втором выходе. В результате триггер 3 устанавливается в "1" что полагает начало измерительного цикла.

Появление сигнала логической "I" на первом выходе триггера 3, подключенном к входу управления генератора 1 тестовых сигналов, обеспечивает формирование на выходе последнего сигнала 1(t), поступающего на вход исследуемого динамического звена, На выходе динамического звена формируется сигнал, соответствующий его переходной функции 1.(С), который будучи пропорционально преобразованным в двоичные кодовые комбинации Z(t) поступает с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 на входы накапливающего сумматора 6 ° Случайный импульс, сформированный на выходе управляемого генератора 2 через время ñ, после подачи сигнала 1(t) на вход динамического звена, возвращает триггер 3 в исходное состояние. Отрицательный перепад сигнала на первом выходе триггера 3 приводит к увеличению на единицу содержимого делителя 4 частоты и записи в накапливающий сумматор 6 двоичного сигнал Z,(), соответствующего текущему значению переходной функции Y(t) в момент Г„от начала подачи управляющего сигнала 1(t) . Одновременно положительный перепад сигнала на втором выходе триггера 3 воздействует на второй вход управления управляющевычислительного блока 7, инициируяформирование на его втором выходе положительного импульса длительностью

Т.

Поскольку воздействие на вход управления генератбра 1 тестовых сигна-. лов сигнала логического нуля с первого выхода триггера 3 приводит к запрету формирования управляющего сигнала 1(t), за время Т сигнал на выходе исследуемого динамического звена принимает нулевое значение, По истечению времени Т на втором выходе управляюще-вычислительного блока 7 формируется отрицательный им2 (()) = 2

2"

1-1 (3) z

Z() = .С Z,.() °

И

Я((,),) = ) Z.(„) 35 (2) 5 14324 пульс, вновь устанавливающий триггер 3 н единичное состояние, Этим обеспечивается следующий цикл подачи на вход исследуемого динамического

5 анена управляющего сигнала (t) . В момент возврата триггера 3 и исходНое состояние по приходу очередного случайного импульса с выхода управляемого генератора 2 импульсов осуществляются очередное увеличение на единицу содержимого делителя 4 часоты, запись н накапливающий суммаор 6 соответствующего значения двоного эквиналента Z (С) переходной ункции Y(t) н момент t = 6 ) и запет формирования 1(t) на выходе геератора 1 тестовых сигналов. В этих словиях на выходе накапливающего умматора б формируется двоичный сигнал

В то же время на втором выходе равляюще-вычислительного блока 7 новь формируется положительный имульс, обеспечивающий задержку на ремЫ Т очередной установки триггера 3 в единичное состояние, и т.д, Таким образом, в процессе работы устройства на выходе накапливающего сумматора 6 формируется дв оичный сигнал

66 6 ляюще-вычислительного блока 7 обеспечивается обнуление накапливающего сумматора 6 и делителя 4 частоты (триггер 3 уже обнулен сигналом с выхода генератора 2). После этого устройство произнодит серию из двух измерений ординат переходной функции динамического звена, в результате чего новое значение усредненного двоичного сигнала записывается в память управляюще-нычислительного блока 7, и т.д.

После того, как произведены нсе п серий измерений при соответствующих значениях математического ожидания частот (), следования случайных импульсов, управляюще-вычислительный блок в ычисляе т ко эффицие нт ы функций

p() /q(), аппроксимирующей полученную табличную зависимость Z (v) .

При достаточно больших значениях

N = 2" числа измерений н. серии среднее значение измеряемых ординат Y ((,) сигналов на выходе динамического звена равно математическому ожиданию непрерывной случайной величины, которой в рассматриваемом случае является фиксируемая в каждом цикле подачи управляющего сигнала i(t) ордината Y(t) переходной функции. Математическое ожидание результата измерения может быть представлено в виде

{4) поэтому усредненное значение орди55 нат У;(",), измеренных при постоянстве математического ожидания интервалов М(i) = ы = const, может быть представлено выражением где N — число срабатывания триггера 3.

После того, как число срабатываний триггера 3 составит 2" (L — разряд» ность делителя 4 частоты), на выходе делителя 4 частоты формируется сигнал нысокого логического уровня, по которому содержимое М-L старших раз45 рядов накапливающего сумматора 6 записывается в память управляюще-вычислительного блока 7. После этого последний устанавливает на управляющих входах генератора 2 импульсов новый двоичный кодовый сигнал, обеспечивающий формирование на его выходе случайного импульсного потока с математическим ожиданием частоты следования импульсов 4)

Для проведения новой серии. измерений Е() при ()= ы отрицательным

Импульсом на третьем выходе управгде f (t) — плотность распределения вероятности интервалов между подачей единичного управляющего сигнала и моментом измерения;

Y(t) — текущее значение переходной функции исследуемого динамического звена, При показательном законе распределения интервалов между импульсами на .ныходе генератора 2 плотность распределения вероятностей ранна

f(t) = () е, (5) 14324

СО >

YQ) = 1Y(t)e dt. (6) о

По определению передаточная функция W(S) динамического звена связана 5 со значениями его переходной функции

Y(e) преобразованием

N(S) = В (Y(t)e dt. (7)

Совокупность точек 7. (д ), полученных в результате проведения серий измерений при различных значениях математического ожидания интервалов

М .() = ы ., принадлежит функции 7(ы) „

3 J являющейся решением интеграла (6) .

В свою очередь, последний по ниду полностью совпадает с записью интегрального преобразования (7), опреде ляющего значения передаточной функции динамического звена. Следовательно, параметры функции (с4

Р (со)

1)(с) . (8) аппроксимирующей полученную табличную зависимость Z (ы), являющуюся конкретным представлением У (у),. однозначно соответствуют искомьм.

При определении коэффициентов передаточной функции динамических зве-, ньев с априорно известным видом W(S) отдельно выделены звенья

«(.S) = — — — — — —. (9) З5

К н

П (ТпS+1) В этом случае при вычислении коэффициентов системы методом наименьших квадратов принимают (;) = 2 (ы.), (1 О)

J J после чего указанным методом находят коэффициенты полинома Р „(м), причем в рассматриваемых условиях

Р,.(о) = И (с4, К = Н„(11) Таким образом, постоянные времени Т л равны по величине значениям, обратным корням характеристического . уравнения Р (ы) = О, а коэффициент

Н передачи К; — Р „ 11 а „ (что сви55 детельствует о резком сокращении выполняемых вычислительных операций.

В условиях, когда вид И(Я) неизвестен либо определен частично, упи&) 1

К (1 2) ;> Р,<У

4=o

При этом таблица эксперименталь" ных данных 7.(ы ) интерполируется. поJ линомом Р (и ) степени не выше седьмой, что обеспечивает поиск в широком диапазоне,. достаточном для бсльшинства практических случаев.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для определения передаточной функции динамического звена, содержащее выходную клемму для подключения к входу исследуемого звена, входную клемму для соединения с выходом исследуемого звена, подключенную к входу аналого-цифрового преоб.разователя, выходы которого соединены с входами накапливающего. суммато,ра, соединенного выходами с соответствующими информационными входами управляюще"вычислительногб блока, группа выходов которого соединена с входами управляемого генератора импульсов, выход которого соединен с з пе рв ым в ходом триг r е ра, и е рв ый в ыход которого соединен с входом синхрони- . зации накапливающего сумматора и входом делителя частоты, выход которого соединен с первым входом управления управляюще-вычислительного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в него введен управляемый генератор тестовых сигналов, выход которого соединен с выходной клеммой устройства, а вход управления подключен к первому выходу триггера, второй выход которого соединен с вторым входом управле;.ия управляюще-вычислительного блока, первый выход которого соединен с вторым входом триггера, вход сброса которого соединен с гходами установки начальных условий делителя частоты и накапливающего сумм=.TQ ра и вторым выходом управляюще-вычис-;лительного блока.

66 8 равляюще-вычислительный блок 7 осуществляет перебор вариантов пошаговым увеличением порядка синтезпруемых многочленов. Критерием завершения итерационного процесса является удовлетворение заданного уровня погрешнос ти

1432466

1 43 2466

) 432466 ио

О /(5! /(/((т//3 Ц л-/

Kf>j)/* и (////) Расчет коэрри//иемтоо вкоиоа//ентнои

7PIYb/ с 7 C ////O+AI

1 //p//////P дв/чис//ение корнеи систет/а/ нетодот/ обратной //одстаноб

Bud

w(g //-n (т я+//n l

Ьл/чисюение корнеи шроктеристичесного ирабнемия pn(//// а ту=/а /, /л./а„- / к, ао, ///ае/ // /а„/ сн ° / n

Ко не//

Составитель А. Лащев

Техред Л.Сердюкова Корректор M. Васильева

Редактор И. Горная

Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5438/ 39

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

Расчет «ог/р/ри//ием обч;6 л ,л/ ; f й(////) ч/

a О...к.p**n...//

//ор//а//он ой Агсте//л неФда наип квадро расчет ////z p(//u//uw

//икгйнои систт/ент л л Ф Ф Р

Е Р/л/// Ес//л/л/Р. ф .о л/ л/

Дл/чис//ение корнеи характеристическая ира имений с

Ефыл=а; ау л

1л та„ "*а ак л ° /