Устройство для определения параметров передаточной функции линейного динамического объекта

 

Изобретение относится к автоматике и обеспечивает автоматическое определение постоянных времени числителя, знаменателя и коэффициента усиления передаточных функций линейных динамических объектов. Целью изобретения является расширение области его применения. Для достижения цели в устройство введены блок 8 памяти, блок 9 формирования разностных сигналов, синхронизатор 3, блок 7 решения рекуррентных уравнений, блок 10 формирования сигналов контроля, блок 11 определения постоянной времени числителя, блок 12 индикации. 12 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

1ЕСПУВЛИН

f$f)5 Г 05 В 23/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 . (21) 4358537/24-24 (22) 04, 01. 88 (46) 15. 08.90. Бюл. И - 30 (72) F..Â. Çåíêåâè÷, В. В. Каманин и В.Г.Кулиш (53) 62-50(088,8) (56) Рабкин Г.Л. и др. Экспериментальное исследование судовых автоматических систем. Л.: Судостроение, 1966, с. 24-30, 37-43.

Авторское свидетельство СССР

Р 661511, кл. G 05 В 23/00, 29.11.77. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЛ ПАРАИЕТРОВ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНК1ЦИ ЛИНЕЙНОГО

ДИНАИИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА

„„SU, 15 572 А1

2 (57) Изобретение относится к автоматике и обеспечивает автоматическое определение постоянных времени числителя, знаменателя и коэффициента усиления передаточных функций линейных динамических объектов. Пелью изобретения является расширение области

его применения.

Для достижения цели в устройство введены блок 8 памяти, блок 9 формирования разностных сигналов, синхронизатор 3, блок 7 решения рекуррентных уравнений, блок 10 формирования сигналов контроля, блок 11 определения постоянной времени числителя, блок

12 индикации. 12 ил.

1585782 4

Теоретическими предпосылками рабоа- ты устройства являются выражения, полученные в результате отображения решений непрерывного дифференциального уравнения, соответствующего передаточной функции (1), наблюдаемые в дискретные моменты времени через интервалы Д ь, на множество соответсти вующих им дискретных уравнений. При этом для рассматриваемого класса объектов связь между дискретными и непрерывными уравнениями осуществляется с помощью коэффициента а-15 На Фиг 1 пр ведена структурная е- схема устройства; на фиг. 2 — блок памяти; на фиг. 3 - блок формирования разностных сигналов; на фиг. 4 — блок решения рекурректных уравнений; на фиг. 5 — блок формирования сигнала

Г контроля; на фиг. 6 — формирователь входного сигнала; на фиг. 7 — измеритель интервалов времени; на фиг. 8— я- реле времени; на фиг. 9 - блок памя"

25 ти; на фиг. 10 — вычислитель; на фиг. 11 — формирователь контрольного .сигнала; на фиг. 12 — блок определения постоянной времени числителя.

Устройство для определения параметров передаточной функции линейного динамического объекта (фиг. 1) содержит исследуемый объект 1, формирователь 2 входного сигнала, синхрони- затор 3, измеритель 4 интервалов времени, компаратор 5, вычислитель 6, и блок 7 решения рекуррентных уравнений, блок 8 памяти, блок 9 формирования раэностных сигналов; блок 10 формирования сигнала контроля, блок 11

40 определения постоянной времени числителя, блок 12 индикации.

Блок 8 памяти (фиг ° 2) содержит первый — третий блоки 13-15 памяти.

Блок 9 формирования разностных сигналов (фиг. 3) содержит первый и второй блоки 16 и 17 вычитания, блок . 18 ключей.

Блок 7 решения рекуррентных уравнений (фиг. 4) содержит блок 19 вычисления. квадратного корня, первый переключатель 20, четвертый — шестой блоки 21-23 памяти, второй переключатель

24, первый блок 25 умножения.

Изобретение относится к автомати" ке, а именно к технике измерения пар метров передаточных функций линейных динамических звеньев систем автомати эированного управления, и может быть использовано для определения парамет ров линейных динамических звеньев, широко. применяемых в различных отрас лях промышленности при исследовании наладке систем автоматизации.

Целью изобретения является расширение области применения.

Для этого через равные промежутки времени д спустя время t после под чи тестового сигнала на вход исследу мого объекта с передаточной функцией т

1с(Т р+1) (1)

Т,р+1 фиксируются три значения у,у,у

0 1 2 переходной характеристики, причем д выбирается из соотношения t ц /3)cia, где t — предполагаемое время переходного процесса. После этого вычисл ются раз иост ные сигналы д у, =у; -у;, i=1,2 и вспомогательный, коэффициент

k =gy2/4у„, по которым определяется постоянная времени знаменателя Т2=

=-Ф/1n(-k<) и коэффициент усиления

k=(7 +ko7) /® +1) °

Задаваясь величиной шага дискретности о из соотношения d =Þ/2, где та=1,2 3,..., последовательно опреде ляют величины z(n 3 по рекуррентной

Формуле zion P-Ð я(п-1), что соотве ствует движению по кривой переходно характеристики с шагом Ю от момента времени t=t +д ьк моменту начала пе реходного процесса при в 0 1=у -Е, 1 причем.R = — —. На каждом шаге ре

К, шения формируется сигHaJI 05 контрол пропорциональный временному интерва лу S=t,+Di f, где n=0,1,2,... — по рядковый номер нага, и проверяется неравенство U (U< где сигнал U< пр пбрционален временному интервалу Я, определяющему точность определения

z$p j, В случае, когда на предыдущем

mare решения неравенство U<(U не в полнено, а на последующем Уз(0, то шаг d уменьшается вдвое, .а процесс восстановления повторяют, начиная с

@=0 увеличивая и на единицу до тех пор, пока не выполнится неравенство

U

Т =- — Т2. (2)

Блок 10 формирования сигнала контроля (фиг.5) содержит счетчик 26, фор"" мирователь 27 контрольного сигнала, первую схему 28 сравнения, схему И 29, вторую схему 30 сравнения.

5782 б

S 158

Формирователь 9 входного сигнала (фиг. 6) содержит блок 31 стабилизированных напряжений, первое реле 32, первую кнопку 33 "Пуск", вторую кнопку 34 "Сброс", второе реле 35, первый - четвертый масштабные блоки 3639, управляемый блок 40 задержки, третье реле 41 индикаторную лампу 42.

Измеритель 4 интервалов времени (фиг. 7) содержит первое — третье реле 43-45 времени, первый — третий инверторы 46-48, первую — третью схемы 49-51 совпадения.

Первое — третье реле 43-45 времени содержит (фиг. 8) транзисторы 52, 53, пороговый блок 54, конденсатор 55, управляемый ключ 56, резистор 57.

Блоки 13-15 памяти (фиг. 8) содержат конденсаторы 58, 59, резисторы

60, 61, четвертое реле 62, усилитель

63 постоянного тока.

Вычислитель 6 содержит (фиг. 10) первый блок 64 местного управления, первый — седьмой аналого-цифровые преобразователи 65 — 71, первый — пятый блоки 72 — 76 деления, первый и второй блоки 77 и 78 вычитания, блок 79 логарифмирования, второй блок 80 умно.— жения, первый и второй блоки 8 1 и 82 сложения, блок 83 возведения в степень.

Формирователь 27 контрольного сигнала (фиг. 11) содержит третий переключатель .84, седьмой блок 85 памяти, третий блок 86 умножения, третий блок

87 вычитания, шестой блок 88 сложения.

Блок 11 определения по тоянной вре мени числителя (фиг. 12) содержит третий блок 89 сложения, второй блок ,90 местного управления, четвертый блок 91 сложения, шестой блок 92 де ления, четвертый блок 93 умножения, В предлагаемом устройстве для определения параметров передаточной функции линейного динамического объекта в качестве исследуемого объекта

1 могут использоваться различные блоки систем автоматического .управления.

Формирователь 2 входного сигнала служит для подачи ступенчатого сигнала на вход исследуемого объекта 1 и управления процессом вычисления коэффициентов передаточной функции объек.тов. Формирователь 2 входного сигнала состоит из блока 31 стабилизированных напряжений, трех реле 32,35,41, двух кнопок "Пуск"-33 и "Сброс"-34, 10

Ю

40 управляемого блока 40 задержки, четы« рех масштабных блоков 36 . — 39 и индикаторной лампы 42. Первое реле 32 имеет два нормально разомкнутых контакта, второе реле 35 — один нормально замкнутый контакт, третье реле 41 два нормально разомкнутых контакта.

Кнопка 33 служит для подачи ступенчатого сигнала на вход исследуемого объекта 1 и имеет нормально разомкнутые контакты. Кнопка 34 служит для возвращения, .устройства в исходное положение и имеет три контакта — два нормально разомкнутых и один нормально замкнутый. Управляемый блок 40 задержки представляет собой последовательно соединенные реле 43 времени, инвертор 46, схему 49 совпадения, второй вход которой подключен к первому входу реле. 43 времени. Реле 43 времени содержит два тринзистора 52 и 53, на базу первого из которых подается входной сигнал, а его коллектор через конденсатор 55 подключен к базе второго транзистора, с коллектора которога снимается выходной сигнал. За счет выбора емкости конденсатора 55 обеспечивается требуемое время задержки. Масштабные блоки 36 — 39 представляют собой усилители постоянного токд.

Напряжение на выходе масштабного блока 36 пропорционально t — времени . первой фиксации выходного сигнала исследуемого объекта 1, на выходе масштабного блока 37 — пропорционально времени между моментами фиксации, на .выходе масштабного блока 38 — про-. порционально величине .2, а на выходе масштабного блока 39 — пропорционально величине Е .

Синхронизатор 3 служит для управления работой блоков устройства и представляет собой кольцевой счетчик.

Измеритель 4 интервалов времени предназначен для выдачи управляющих сигналов через равные промежутки времени di и состоит иэ трех идентичных управляемых блоков задержки, структура которых аналогична управляемому блоку 40 задержки.

Компаратор 5 служит для выдачи сигнала в случае, когда сигнал на его входе достаточно близок или равен нулю, что соответствует нахождению двух последних из снимаемых значений выходного сигнала объекта на установившемся значении.

1585782

Блок 8 памяти служит для запоминания через моменты времени значений переходного процесса исследуемого объекта 1. Блок 8 памяти состоит из трех идентичных блоков 13-15 памяти, выполенных на основе усилителя постоянного тока.

Блок 9 формирования развостных сигналов состоит иэ двух блоков 16 и 17 вычитания и блока 18 ключей. Блоки 16 и 17 вычитания служат для образования разностных сигналов (у„ -у .) и (у "у ) и представляют собой интегральные операционные усилители, а блок 18 ключей состоит иэ трех бесконтактных реле, у которых первый управляющий вход соединен с четвертым входом блока 18 ключей, Вычислитель 6 состоит из семи аналого-цифровых преобразователей

65-71, блока 64 местного управления, пяти блоков 72-76 деления, двух блоков 77 и 78 вычитания, блока 79 логарифмирования, блока 80 умножения, 25 двух блоков 81 и 82 сложения, блока

83 возведения в степень. Блок 64 местного управления служит для управления работой всех арифметических блоков вычислителя 6 и представляет со- 30 бой кольцевой счетчик, а арифметические блоки 72-83 являются блоками универсального типа, у которых результат записывается и хранится в выходном регистре после выполнения опе- 35 рации.

Блок 7 решения рекуррентных уравнений состоит из блока 19 вычисления квадратного корня, двух переключателей 20 и 24, трех блоков 21-23 памяти 4р и блока 25 умножения.

Блок 10 формирования сигнала контроля содержит счетчик 26, формирователь 27 контрольного сигнала, две схемы 28 и 30 сравнения, схему И 29. 45

Счетчик 26 предназначен для подсчета числа импульсов, поступающих на его первый вход с первого выхода синхронизатора 3 и фиксации этого числа в виде двоичного кода. Формирователь 27 контрольного сигнала состоит из переключателя 84, блока 89 сложения, блока 85 памяти, блока 86 умножения, блока 87 вычитания, блока 88 деления.

Все арифметические блоки являются блокамн универсального типа.

Блок 11 определения постоянной времени числителя состоит иэ блока 90 местного управления, блока 91 сложения, блока 92 деления, блока 93 умно" жения. Все блоки аналогичны блокам устройства для определения параметров.

Блок 12 индикации состоит из системы триггерных декад, дешифратора и табло.

Устройство для определения параметров передаточной функции линейного динамического объекта работает следующим образом.

Зная примерно длительность переходного процесса исследуемого объекта 1, при помощи масштабного блока 36 устанавливают время t первой фиксации значений переходного процесса, а при помощи масштабного блока 37 устанавливают длительность временного промежутка д Р. Величина До выбирается из условия, чтобы измеренные значения не попали на установившееся значение переходного процесса, где работа устройства невозможна. При помощи масштабного блока 38 устанавливается веfA личина 2, при помощи масштабного блока 39 — величина сигнала U опредеЯ У ляющая максимальную допустимую ошибку вычисления z(р).

При замыкании кнопки 33 "Пуск" в формирователе 2 входного сигнала срабатывает реле 32 и замыкает свои разомкнутые контакты, кнопка 33 блокируется. При замыкании второго нормально разомкнутого контакта сигнал с первого выхода формирователя 2 входного сигнала подается скачком на вход исследуемого объекта 1. При этом сигнал на выходе исследуемого объекта 1 представляет собой переходной процесс, которьй поступает на первые входы блоков 13 — 15 памяти. На второй выход формирователя 2 входного сигнала спустя установленное на масштабном блоке 36 время t с выхода управляемого блока 40 задержки подается сигнал, поступающий на первый вход измерителя 4 интервалов времени, откуда подается на первые .входы реле 43-45 времени. При подаче сигнала на базу транзистора 52 он открывается, кон-. денсаторы 55 оказываются подключенными параллельно эммитерно-базовому пе реходу транзистора 53. Транзистор 53 запирается и находится в закрытом состоянии до тех пор, пока конденсаторы 55 не разрядятся через резистор 57. Когда окончится процесс раэ15857 рядки конденсаторов 55, снова появится базовый ток транзистора 53, последний откроется, и сигнала на выходе не будет. Таким .образом выдержка вреУ

5 мени зависит от постоянной времени

Т=С Р . Количество конденсаторов 55, подключенных к схеме, определяется количеством сработавших ключей 56.

Задержка сигналов измерителем 4 интервалов времени равна соответственно д, 2Ль, 3Л7. По мере поступления сигналов на вторые входы блоков памяти 13-15 происходит срабатывание реле

62 и запоминание соответствующих l5 значений переходного процесса.

Разность двух. последних запомненных значений с выхода блока 17 вычитания поступает на вход компаратора 5. В случае, если длительность про-2 межутка времени Д ь выбрана правильно, т.е. зафиксированные значения переходного процесса не попали на установившийся участок, появляется сигнал на выходе компаратора 5, реле 41 25 замыкает свои нормально разомкнутые контакты. Индикаторная лампа 42 загорается, и возникает сигнал управления на шестом выходе формирователя 2 входного сигнала, кото- 3{) рый, поступая на четвертый вход олоKR 18 ключей, приводит к срабатыванию ключей, после чего запомненные значения переходного процесса поступают на входы вычислителя 6. Затем по тому же сигналу управления происходит вычисление параметров К и Т передаточной функции.

После окончания процесса ьиисления блок .64 местного управления выра- 4р батывает сигнал, поступающий на гервый вход синхронизатора 3, и запускает его. Синхронизатор 3, поочередно выдавая сигналы на входы управления, блоков 21,25,23,89,85,84, организует 45 процесс вычисления значений величины п г(р ) с шагом дискретности Ф= —,„и сравнение величины сигнала контроля.

U =.t +gg g с нулем и величиной U .

Процесс расчета будет продолжаться до тех пор, пока сигнал контроля U не станет меньше нуля, а условие

U U< не выполнится, в этом случае уменьшается вдвое, а число шагов и вычисления, фиксируемое счетчиком 26, сбрасывается, и расчет повторяется сначала,.пока не выполнится неравенство 0 CU (U<. Тогда по последнему

82 1О г значению z(p ) блоком 11 определения постоянной времени числителя вычисляется величина Т,которая вместе с К и Тг высвечивается на табло блока 30 индикации.

В случае, если длительность временного промежутка д выбрана неправильно, сигнал на первом входе формирователя 2 входного сигнала не появляется и реле 4 1 не замыкает свои нормально разомкнутые контакты, индикаторная лампа 42 не загорается и уп-. равляющий сигнал на входы блоков 12 t5 не поступает. В этом случае необходимо уменьшить величину dь на выходе масштабного блока 37 и повторить эксперимент сначала. Повторный пуск возможен только после того, как объект 1 вернулся в исходное состояние. Для этого необходимо нажать кнопку 34 н и

Сброс формирователя 2 входного сигнала, тогда снимается сигнал с обмотки управления реле 32, оно размыкает свои нормально разомкнутые контакты и отключает сигнал с входа исследуемого объекта 1. Одновременно подается сигнал на седьмой выход формирователя 2 входного сигнала и передается на обнуляющие входы всех цифровых блоков устройства.

Преимущество предлагаемого устрой ства заключается в возможности определения параметров числителя передаточной функции объекта, что существенно расширяет его область применения путем обеспечения возможности исследования 1ш рокого класса интегро-дифференцирующих звеньев. При этом достаточно получить всего три значения переходной характеристики исследуемого объекта на любом ее участке,что сущест.венно упрощает процедуру идентификации. формула изобретения

Устройство для определения параметров передаточной функции линейного динамического объекта, содержащее формирователь входного сигнала, первый сигнальный выход которого соеди-. нен с входом исследуемого объекта, а первый командный выход — с первым командным входом измерителя интерваФ лов времени, а также компаратор и вычислитель, о т. л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены блок памяти, блок формирования разностных сигналов, синхронизатор, блок решения рекуррентных уравнений, 1585782

22 блок формирования сигнала контроля, блок определения постоянной времени числителя и блок индикации, причем первый — пятый командные входы вычис»

5 лителя соединены соответственно с первым - пятым командными выходами формирователя входного сигнала, первый командный выход - с первым командным входом синхронизатора, второй команд- lp ный вход которого соединен с шестым командным входом вычислителя, первыйтретий командные выходы соединены соответственно с первым — третьим командными входами блока решения рекур- lg рентных уравнений, четвертый — шестой командные выходы - соответственно с первым — третьим командными входами блока формирования" сигнала контроля, первый и второй сигнальные входы кото-20 рого соединены с первым и вторым сигнальными выходами вычислителя, четвертый и пятый командные входы — с седьмым и восьмым командными выходами синхронизатора, восьмой командный выход -25 с шестым командным входом вычислителя и четвертым командным входом блока решения рекуррентных уравнений, третий и четвертый сигнальные входы — с третьим и четвертым сигнальными выходами 30 вычислителя, девятый. командный вход— с первым командным входом блока решения рекуррентных уравнений, первый и второй сигнальные входы которого соединены с пятым и шестым сигнальными выходами вычислителя, сигнальный выход — с первым сигнальным входом блока определения постоянной времени числителя, второй и третий сигнальные входы которого соединены с первым н 4р вторым сигнальными входами блока индикации, первый командный вход — с четвертым командьым входом блока решения рекуррентных уравнений, пятый ко-. мандный вход которого соединен с первым командным выходом блока формирования сигнала контроля, второй командный выход которого соединен с третьим командным входом синхронизатора и вторым командным входом блока определе-, ния постоянной времени числителя, сигнальный выход которого соединен с первым сигнальным входом блока индикации, первый и второй сигнальные входы которого соединены с седьмым и восьмым сигнальными выходами вычислителя, первый — третий сигнальные входы которого соединены соответственно с первым — третьим сигHBJIbHbMH выходами блока формирования разностных сигналов, четвертый сигнальный выход которого через компаратор соединен с командным входом формирователя входного сигнала, первый — третий сигнальные входы — соответственно с первым— третьим сигнальными выходами блока памяти, первый сигнальный вход которого соединен с выходом объекта, пер-., вый — третий командные входы соединены соответственно с первым — третьим командными выходами .измерителя интервалов времени, второй командный вход которого соединен с вторым командным входом вычислителя, шестой командный вход которого соединен с седьмым -командным выходом формирователя входного сигнала, шестой командный выход которого соединен с командным входом блока формирования разностных сигналов.

1585782

1585782

1 585782

1585782

1585782

Составитель А.Лащев

Редактор М.Циткина Техред М.Ходанич Корректор М Шароши

Заказ 2326 Тирах 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 н н