Устройство для определения параметров динамического звена

 

Изобретение относится к устройствам контроля. Цель - повышение точности и помехоустойчивости определения параметров динамического звена при ступенчатом воздействии. Устройство содержит блок управления, масштабный блок, включенный на входе исследуемого объекта, нормирующий блок, вход которого подключен к выходу исследуемого объекта, а выход через ключи-к интеграторам, выходы которых через вычитатели подключены к вычислителям. При этом для определения параметров передаточной функции объектов первого и второго порядков используются значения интегралов переходной характеристики на четырех последовательных равных интервалах времени и дальнейшее вычисление по точным формулам, что позволяет обеспечить достижение поставленной цели. 9 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕКИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4215152/24-24 (22) 24.03.87 (46) 07.05.89. Бюл. № 17 (72) И.Н.Ингстер, В.В.Каманин и В.Г.Кулиш (53) 62-50(088.8) (56) Васильев Д,В. и др, Проектирование и расчет следящих систем. — Л,:

Судостроение, 1964, с. 509.

Авторское свидетельство СССР

¹ 11116600337722, кл. G 05 В 23/02, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗВЕНА (57) Изобретение относится к устройствам контроля..Цель — повышение точности и помехоустойчивости определения параметров динамического звена

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в устройствах идентификации элементов и систем автоматического управления, например, следящих систем.

Цель изобретения — повышение точности и помехоустойчивости устройства при ступенчатом тестовом сигнале.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг ° 2 — схема блока управления; на фиг. 3 — схема блока задержки; на фиг. 4 — схема блока контроля; на фиг. 5 — реализация блока памяти; на фиг. 6 — схема четвертого вычислителя вспомогательных коэффициентов; на фиг. 7 — схема первого вычислителя вспомогательных коэффициентов; на фиг. 8 — схема реÄÄSUÄÄ 1478194 А1 при ступенчатом воздействии. >"стройство содержит блок управления, масштабный блок, включенный на входе исследуемого объекта, нормирующий блок вход которого подключен к выходу исследуемого объекта, а выход через ключи — к интеграторам, выходы которых через вычитатели подключены к вычислителям. При этом для определения параметров передаточной функции объектов первого и второго порядков используются значения интегралов переходной характеристики на четырех последовательных равных интервалах времени и дальнейшее вычисление по точным формулам, что позволяет обеспечить достижение поставленной цели.

9 ил. ле времени; на фиг. 9 — схема третьего вычислителя вспомогательных коэффициентов. 1

Устройство для определения параметров динамического звена содержит (фиг. 1) исследуемый объект 1, мас-. штабный блок 2, нормирующий блок 3, блок 4 управления, блок 5 задержек, блок 6 контроля, с пятого по девятый ключи 7-11, с первого по пятый интеграторы 12-16, со второго по девятый блоки 17-24 вычитания, первый 5, второй 26, третий 27 и четвертый 28 ключи, третий вычислитель

29 вспомогательных коэффициентов, первый блок 30 умножения, первый квадратор 31, второй блок 32 умножения, первый 33 и второй 34 сумматоры, второй вычислитель 35 вспомогатель1478194 ных коэффициентов, второй 36, первый 37 и третий 38 переключатели, блок 39 вычисления квадратного корня, пороговый блок 40, четвертый вычислитель 41 вспомогательных коэффициентов, первый блок 42 вычитания, второй квадратор 43, первый вычислитель вспомогательных коэффициентов

44 и инвертор 45.

Блок .4 управления содержит (фиг. 2) блок 46 напряжений, первое реле 47, кнопку "Пуск" 48, кнопку

"Сброс" 49, второе реле 50, первую схему 51 задержки, третье реле. 52, первый 53 и второй 54 масштабные блоки,,четвертое 55 и пятое 56 реле, вторую схему 57 задержки и индикаторную лампу 58.

Блок 5 задержек (фиг. 3) содержит первую-пятую управляемые схемы 5963 задержек, реле 64 времени, инвертор 65 и схему 66 совпадения.

Блок 6 контроля (фиг. 4) содержит нуль-орган 67, .блок 68 вычитания, первый 69 и второй 70 блоки памяти.

Блоки 69 и 70 памяти (фиг. 5) содержат первую 71 и вторую 72 RCцепочки, усилитель 73 и реле 74.

Четвертый вычислитель 41 вспомогательных коэффициентов (фиг. 6) содержит первый 75 и второй 76 блоки умножения, первый 77 квадратор, пер- . вьм блок 78 вычитания, второй квадратор 79, вт ой блок 80 вычитания, третий 81,;: четвертый 82 блоки умножения, тра.лй блок 83 вычитания, первый — третий блоки 84-86 деления.

Первый вычислитель 44 вспомогательных коэффициентов (фиг. 7) содержит первый вычислитель 87, первый блок 88-деления, второй 89 и третий 90 вычислители, квадратор 91, сумматор 92, второй блок 93 деления и блок 94 умножения.

Реле 64 времени (фиг. 8) содержит первый 95 и второй 96 резисторы, конденсаторы 97, переключатели 98., первый 99 и второй 100 транзисторы и пороговый блок 101, Третий вычислитель 29 вспомогательных коэффициентов (фиг, 9) со" держит первый 102 и второй 103 вычислители, сумматор 104, первый блок 105 умножения, блок 106 деления и второй блок 107 умножения.

Устройство для определения параметров динамического звена работает следующим образом, 5

В зависимости от априорной информации, имеющейся о передаточной функции исследуемого объекта 1, второй переключатель 36 устанавливается в соответствующее положение, Если передаточная функция объекта имеет второй порядок, то второй переключатель 36 подключает .второй выход третьего вычислителя 29 к второму входу первого переключателя 37.

Коэффициент передачи масштабного блока 2 устанавливается так, что сигнал на его выходе соответствует линейной зоне исследуемого объекта

1, а коэффициент передачи нормирующего блока таким, что его выходной сигнал имеет уровень, достаточный для точного определения параметров, Зная априорно примерную длительность переходного процесса исследуемого объекта 1, устанавливается на выходе масштабного блока 53 сигнал, значение которого определяет величину периода интегрирования Т. Этот сигнал поступает на третий выход блока 4 управления и.через второй масштабный блок 54 на четвертый выход блока 4 управления.

При нажатии кнопки "Пуск" 48 в блоке 4 управления срабатывает первое реле 47 и замыкает нормально разомкнутые контакты. При этом блоки" руется кнопка "Пуск" 48 и поступает сигнал постоянного уровня на вход исследуемого объекта 1 и на входы пяти управляемых схем 59-63 задержки в блоке 5 задержек. Включение реле 64 времени совместно с логическими элементами инвертором 65 и схемой

66 совпадения обеспечивает появление сигнала на выходах пяти схем 59-63 задержек с некоторыми запаздываниями по отношению к входному сигналу на время Т, 2Т, ЗТ, 4Т, 5Т.

Сигналы с выходов блока 5 задержек поступают.на вторые входы пятого-девятого ключей 7-11, последовательно закрывая их через промежутки времени Т, При этом осуществляется интегрирование сигнала с выхода исследуемого объекта 1 пятью интеграторами 12-16 на соответствующих интервалах.

Одновроменно сигналы с выходов четвертой 62 и пятой 63 управляемых схем задержек поступают на первые входь| блоков 69-70 памяти в блоке 6

25 з у <+(уа У< )< = (У4y ); < Уз < +(Уз Уй) 2 (УУ У4) °

При этом на выходе первого блока

42 вычитания формируется сигнал

D = К< — 4К

Если D О, то сигнал на выходе порогового блока 40 равен нулю и первые входы первого 37 и третьего

38 переключателей подключены к их выходам. В результате на выходах первого 30 и второго 32 блоков ум-ножения сигналы ранны коэффициентам а

35

2 К, г Г—

arccos (- ††) +(1п 1К ) .ГК, -1n 4К Т (2) <

arccos(- — — ) +(1n К ) 4ã., 45 передаточной функции объекта.

К

W(S) = — — — — — —. (3)

I а;Б + 1

< =<

В случае, если сигнал на входе порогового блока 40 D >- О, то на его выходе формируется сигнал, который поступает на третьи входы первого 37 и третьего 38 переключателей. В результате в первом 37 и третьем 38 переключателях подключаются

55

5 14781 контроля, в которых срабатывает реле

74. При этом на выходе блока 68 вычитания формируется сигнал у - у .

В случае, когда длительность проме5 жутка времени Т выбрана правильно и осуществляется обработка восходящего участка переходной характеристики, то сигнал на выходе нуль-органа 67 не появляется и реле 55 в 10 блоке 4 управления не срабатывает.

В момент последнего съема информации

5Т поступает сигнал на пятое реле 56 и поступает сигнал на первые входы четырех ключей 25-28, которые сра- 15 батывают, и сигналы с выходов блоков,17, 18, 23 и. 24 вычитания поступают на первый-четвертый входы четвертого вычислителя 41. Из значений разностей интегралов на последователь" 20 ных участках переходной характерис.тики в четвертом вычислителе 41 осуществляется определение вспомогательных коэффициентов К; по формулам

94 их вторые входы к выходам и тогда на выходах первого 30 и второго 32 блоков умножения сигналы равны

Т а

2 к и" 042 э

1n (- — + — -) 1n (- — - — -)

2 2 2 2

К, D«2 К И!г

-Т ln(- — + — — )+ln(- — — — -))

2 2 2 2 а,— р«г K< рог °

1n (- — + — -) 1n (- — — — -) 2 2 2 2 (4)

Формирование управляющего сигнала Р и определение его знака связано с различными формулами вычисления параметров в случаях, когда передаточная функция исследуемого объекта (3) описывается колебательным звеном, т.е. (c 1 при D < О, и в случае, если 1 при D О.

Если передаточная функция исследуемого объекта представляет собой апериодическое звено, второй переключатель 36 устанавливается в первое положение, т.е. его выход подключен к выходу второго вычислителя

35, сигнал на выходе которого равен

A 8 5 11 8 4 з

Сигнал на входе порогового блока 40 в этом случае всегда больше нуля, поэтому выход первого переключателя 37 всегда подключен к его второму входу. Сигнал на выходе первого блока 30 умножения равен коэффициенту а< в (3), значение сигнала на выходе второго блока 32 умножения при этом безразлично.

В случае, когда длительность переходного процесса оказалась меньше, чем предполагалось, и значения у и у попали на установившийся учас4 ток переходной характеристики, то разница их значений на выходе блока

68 вычитания близка к нулю и сигнал на выходе нуль-органа 67 поступает на обмотку четвертого реле 55 в блоке 4 управления, При этом после срабатывания реле 56 поступает сигнал на индикаторную лампу 58, а сигнал на срабатывание четырех кл<очей 2528 не поступает. Б этом случае необходимо уменьшить величину сигнала на выходе первого масштабного блока

53 и повторить эксперимент снова.

Для этого необходима на:;ать кнопку

"Сброс" 49 в блоке 4 упр;«<ления. Для предотвращения пуска устрс йства, 1478194, прежде чем установится начальное состояние исследуемого объекта 1, предусмотрена цепь в блоке 4 управления, содержащая второе реле 50, схему 51 задержки и третье реле 52.

После окончания переходного процесса при подаче тестового сигнала можно определить коэффициент К в (3) путем деления значений выходных сигналов масштабного блока 2 и нормирующего блока 3 с учетом коэффициента передачи блока 3.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность 15 определения параметров динамического звена в реальных условиях (при наличии помех измерения).

Формула изобретения 20

Устройство для определения параметров динамического звена, содержащее блок управления, первый выход которого подключен через масштаб- 25 ный блок к входу исследуемого объекта,. первый вход соединен с первым выходом блока задержек, второй и третий выходы — соответственно с первым и вторым входами блока задержек, ЗО четвертый выход — с первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого переключателя,, первый вход которого соединен с первым выходом первого вычис .ителя вспомогательных коэффициентов, второй вход через второй переключатель соединен с выходом второго вычислителя вспомогательных коэффициентов, третий 40 вход через пороговый блок соединен с выходом первого блока вычитания, первый вход которого соединен с первым входом первого вычислителя вспомогательных коэффициентов, второй 45 выход которого соединен с первым информационным входом третьего переключателя, второй информационный вход которого соединен с первым входом третьего вычислителя вспомога- 50 тельных коэффициентов, управляющий вход — с управляющим входом первого переключателя, выход — с первым входом второго блока умножения, второй вход которого через первый квадратор соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с управляющими входами с первого по четвертый ключей, выходы которых соединены соответственно с одноименными входами четвертого вычислителя вспомогательных коэффициентов, первый выход которого соединен с вторым входом первого вычислителя вспомогательных коэффициентов и через второй квадратор с первым входом первого блока вычитания, второй выход - с вторым входом первого блока вычитания, третий вход — с входом второго вычислителя вспомогательных коэффициентов, вход нормирующего блока подключен к выходу исследуемого объекта, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости устройства при ступенчатом тестовом сигнале, в него введены блок вычисления квадратного корня, инвертор,,два сумматора, блок контроля, пять интеграторов, восемь блоков вычита.ния, с пятого по девятый ключи, соединенные выходами с информационными входами соответственно с первого по пятый интеграторов, информационные входы ключей соединены с выходом нормирующего блока и первым входом блока контроля, второй вход которого соединен с управляющим входом девятого ключа и первым выходом блока задержек, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими входами пятого, шестого и седьмого ключей соответственно, а пятый выход — с управляющим входом восьмого ключа и третьим входом блока контроля, выход которого соединен с вторым входом блока управления, шестой выход которого соединен с управляющими входами всех интеграторов, выход первого интегратора соединен с первым входом второго блока вычитания, выход которого соединен с входом первого ключа, второй вход — с первым входом третьего блока вычитания и выходом четвертого блока вычитания, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, второй вход — с выходом второго интегратора и первым входом пятого блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом третьего интегратора и первым входом шестого блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом четвертого интегратора и первым входом седьмого блока вычитания, выход — с первым входом восьмого блока вычитания, вто1478194 рой вход которого соединен с выходом пятого блока вычитания и вторым входом третьего блока вычитания, соединенного выходом с информационным входом второго ключа, выход - c информационным входом третьего ключа, выход шестого блока вычитания соединен с первым входом девятого блока вычитания, выход которого соединен с информационным входом четвертого ключа, второй вход — с выходом седьмого блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом пятого интегратора, выход первого блока вычитания соединен с входом блока вычисления квадратного корня, выход которого

5 соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены с первым выходом четвертого вычислителя вспомогательных коэффициентов, а выходы — с первым и вторым входами соответственно третьего вычислителя вспомогательных коэффициентов, второй выход которого через инвертор соединен с вторым информационным входом второго переключателя.

14781 94 фиг.З

1478)94

Vd.

Фи@ 7

1478!94

Фиа9

Составитель А. Лащев

Техред М. Ходанич Корректор: Н КоРоль

Редактор О. Головач

Заказ 2362/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям .и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101