Устройство для построения корневых годографов систем автоматического управления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советсиих

Социвлистимеских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

М. Кл. 6 06f 15/32

Заявлено 19.VII.1971 (№ 1684230/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Привритет—

Опубликовано 17.IX.1973. Бюллетень ¹ 37

Дата опубликования описания 28.XII.1973

Государстаеннмй комитет

Совета Мкнкстроа СССР ае делам изобретений и открытий

УДК 681.323:51 (088.8) Авторы изобретения

В. Н. Путков и В. М. Зайцев

Минский радиотехнический институт

:К33

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ КОРНЕВЫХ

ГОДОГРАФОВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к вычислительной технике.

Известны устройства для построения корневых годогра фов систем автоматического управления (САУ), содержащие регистры координат полюсов и нулей с подключенными к их выходам соответственно первой, и второй схемами сравнения, другие входы которых соединены с выходами реверсивных счетчиков, а выходы подключены к первым входам вентилей и через линии задержки к нулевым входам триггеров запрета, а также сумматоры синусов и косинусов, логические элементы, регистры модуля,и фазы коэффициента усиления, ключи и электроннолучевую трубку, отклоняющие пластины которой подключены через регистры к выходам схемы управления.

Известные устройства имеют малую точность и низкое быстродействие.

Предложенное устройство отличается от.известных тем, что оно содержит цифровой интегратор, последовательно включенные счетчик длин векторов, блок вентилей, множительноделительный блок и третью схему сравнения и последовательно включенные схему передачи углов, сумматор углов и четвертую схему сравнения. Выходы цифрового интегратора соединены соответственно со входом счетчика длин векторов,и первыми входами сумматоров синусов и косинусов, со входом схемы передачи углов, со входами третьей и четвертой схем сравнения, входом схемы управления и через линию задержки со входами сумматора углов и множительно-делительного блока, а а также со вторым входом сумматора косинусов и входами реверсивных счетчиков. Другие входы счетчиков подключены к выходам сумматоров синусов и косинусов и к выходам схемы управления, выходы реверсивных счет10 чиков подключены через схему «ИЛИ» к своим входам сброса в нулевое состояние и ко входам цифрового интегратора и счетчика длин векторов. Входы третьей и четвертой схем сравнения присоединены соответственно к выходам резисторов модуля,и фазы коэффициента усиления, а их выходы через ключи подключены к модулятору электроннолучевой трубки и и одному из входов схемы управления. Нулевые входы триггеров запрета подключены к выходу интегратора, а .их выходы присоединены ко вторым входам вентилей, выходы которых подключены через схемы

«ИЛИ» ко входам схемы передачи углов, ко входам блока вентилей,и ко входам множительно-делительного блока, Это позволило повысить точность и быстродействие устройства.

На фиг. 1 изображена структурно-функциональная схема устройства; на фиг. 2 — радиально-круговая развертка для осмотра плоскости комплексного, переменного, на фиг. 3—

397914 окрестность предыдущей точки корневого годографа и направление ее обхода при автоматическом поиске последующей точки.

В состав цифрового построителя (фиг. 1) входит цифровой интегратор 1, служащий для воспроизведения тригонометрических функций синуса,и косинуса. Параллельный код косинуса из,регистра косинуса лнтегратора 1 по линии связи 2 поступает на сумматор косинусов 8, а параллельный код синуса из регистра синуса интегратора 1 по линии связи 4 поступает на сумматор синусов 5. Выход переноса из старшего разряда сумматора косинусов 8 соединен со входом реверсивного счетчика б, а выход переноса из старшего разряда сумматора синусов 5 соединен со входом реверсивного счетчика 7. Сумматоры 8, 5 и реверсивные счетчики б, 7 образуют линейный параметрический интерполятор, .причем в счет чике б находится координата действительной 6,,а в счетчике 7 — координата мнимой (e частей «подвижной точки» интерполятора, Сложение в сумматорах 8,и 5 происходит в такт с импульсами управления сложением, поступающими с интегратора 1 по линии связи 8. Потенциалы управления реверсивными счетчиками 6 и 7 поступают по линиям связи

9 .и 10 соответственно с дешифратора номера четверти (на фиг. 1 не показан), в которой располагается угол интегратора 1. В зависимости от номера четверти осуществляется сложение или вычитание переполнений сумматоров 3 и 5 из содержимого счетчиков б и

7, благодаря чему «подвижная точка» интерполятора движется в плоскости комплексного переменного в направлениями, определяемом углом и соответствующими ему синусом,и косинусом, поступающими с цифрового и тегратора 1.

В регистры координат полюсов 11, 12 заносятся координаты полюсов СЛУ. Регистры состоят из двух частей: действительных, где хранятся действительные части координат полюсов (на фиг. 1 им соответствуют левые половины регистров 11, 12),,и мнимых, где хранятся мнимые части координат полюсов СЛУ.

Выходы действительных (стрелки слева) и мнимых (стрелки справа) частей регистров координат плюсов 11, 12 соединены со схемами сравнения 18, 14, вторые .входы которых соединены с выходами реверсивных счет гиков б я 7 по линиям связи 15 и 16. На схема. ср".ârre>rva 13, 14 производится сравнение координат «подвижной точки» интерполятора ". координатами полюсов в регистрах 11, 12. Выходы каждой схемы сравнения 18, 14 соединены со сволми линией задержки 17 и вентилем 18. Управляющие входы вентилей 18 соединены с единичными выходами триггеров за прета 19 повторного совпадения, нулевые входы которых соединены с выходами линий задержки 17, а единичные по линии связи 20— с выходом триггера старшего разряда счетчика угла интегратора .1. Переход триггера из единичното состояния в нулевое соответствует

5 !

О

65 сигналу конца цикла радиально-круговой развертки. Выходы всех вентилей 18 подключены к схеме «ИЛИ» 21.

В регистры координат нуля 22, 23 заносятся координаты нулей СЛУ, причем эти регистры, аналогично регистрам координат полюсов 11, 12, состоят из двух частей: действительных, где хранятся действительные части координат нулей,,и мнимых, где хранятся их мнимые части. Выходы действительных и мнимых частей регистров 22, 28 соединены со схемам:< сравнения 24, 25, вторые входы которы соединены с выходами реверсивных счетчиков б,и 7 по линии связи 15 и 16. На схемах сравнения 24, 25 производится сравнение координат «подвижной точки» интерполятора с координатами нулей в регистрах 22, 28. Выходы каждой из схем сравнения 24, 25 соединены со своими линией задержки 26 и вентилем 27. Управляющие входы вентилей 27, соединены с единичными выходами триггеров запрета 28 повторного совпадения, нулевые входы которых соединены с выходами линий задержек 26, а единичные по линии связи

20 — с выходом триггера старшего разряда счетчика угла интегратора, переход которого из единичного состояния в нулевое соответствует сигналу конца цикла радиально-круговой развертки. Выходы всех вентилей нулей

27 подключены к схеме «ИЛИ» 29.

По лини и связи 80 с цифрового интегратора 1 передается параллельный код угла, снимаемый со счетчика угла интегратора 1. Схема передачи углов 81 служит для передачи значений углов в сумматор углов 82, Управляющий вход схемы 81 для передачи прямых кодов соединен с выходом схемы «ИЛИ» 21, а управляющий вход для передачи обратных кодов — с выходом схемы «ИЛИ» 29, Выход сумматора углов 82 соединен со схемой сравнения 88, второй вход которой подключен к регистру 84 фазы коэффициента усиления

СЛУ. С,интегратора 1 по линии связи 20 на схему сравнения 88 поступает сигнал конца цикла радиально-круговой развертки, строоирующий схему 88 Этот же сигнал через линию задержки 85 поступает на установку сумматора 32 в нулевое состояние. Выход. схемы сравнения 88 через ключ 86 воспроизведения корневых годографов фазовых углов соединен с модулятором ЭЛТ 87 и со схемой

88 управления автоматическим поиском координат точек корневых годографов по линии связ,и 39.

Сигналы переполнения реверсивных счетчиков б и 7, означающие выход координаг

«подвижной точки» .интерполятора за пределы координатной сетки плоскости комплексного переменного, через схему «ИЛИ» 40 поступают на сброс счетчиков б и 7 в нулевое состояние и на линию задержки 41, выход которой линией связи 42 соединен со схемой

88 управления автоматическим поиском ко.ордлнат точек корневого годографа. Кроме того, сигнал переполнения со схемы «ИЛИ»

397914

15 гю

40 г (P — Р,)

К—

-! Р— Р,„

50 м

40 поступает на цифровой интегратор 1. По сигналу переполнения в цифровой интегратор

1 заносится единица в счетчик угла и вычисляются очередные значения тригонометри —.еских функций синуса .и косинуса, соответствующие новому значению угла в счетчике. По сигналу переполнения, пришедшему по линии связи 42, схема управления 88 автоматическим поиском координат точек корневого годографа выдает в счетчик б по линии связи

48 координату действительной, а в счетчик 7 по линии связи 44 — координату мнимой части исследуемой точки плоскости комплексного .переменного, которая является исходной точкой радиально-круговой разверткч. Эти координаты передаются также в регистры 45 и 46, управляющие положением луча на экране ЭЛТ 87.

Импульсы управления сложением, в такт с которыми происходит продвижение «подвижной точки» интерполятора, с интергатора

1 по линии связи 8 посупают и на счетч; к длич векторов 47. Счетчик 47 устанавливается в нуль сигналов переполнения реверсивных счетчиков б и 7 с выхода схемы «ИЛИ»

40. Выгход счетчика 47 соединен с блоком вентилей 48, служащим для передачи содержимого счетчика 47 в множительно-делительный блок 49.

Содержимое счетчика 47 передается в олок

49 при совпадении координат «подвижной точки» интерполятора с координатами нулей или полюсов по сигналу совпадения с выхода схемы «ИЛИ» 50, объединяющей выходы схем

«ИЛИ» 21 и 29. Управляющий, вход 51 умножения блока 49 соединен с выходом схемы

«ИЛИ» 21, а управляющий вход 52 деления— с выходом схемы «ИЛИ» 29. Установка множительно-делительного блока 49 в исходное состояние производится сигналом с выхода линии задержки 85. Выход блока 49 соединен со схемой сравнения 58, второй вход которой подключен к регистру модуля коэффициента усиления САУ 54. С интегратора 1 по линии связи 20 на схему сравнения 58 поступает сигнал конца, цикла радиально-круговой развертки для стробирования схемы. Выход схемы сравнения 58 через ключ 55 воспроизведения корневого годографа постоянного модуля комплексного коэффициента усиления САУ 55 соед инен с модулятором ЭЛТ 87:и со схемой управления 88 автоматическим поиском координат точек корневого годогра фа по линии связи 89.

Радиально-круговая развертка (фиг. 2) в плоскости комплексного переменного, начало которой находится в исследуемой точке, состоит из последовательно расположенных друг за другом через угловой интервал 4m радиальных линий 5б — 59 и т. д., которые оканчиваются в момент переполнения счетчиков б или 7.

На фиг. 3 изображена окрестность предыдущей точки бО, принадлежащей корневому годографу. Вокруг нее ж узлах координатной сетки плоскости комплексного переменного расположены ближайшие точки 51 — б8, одна из которых предшествовала предыдущей точке и является отправной точкой при обходе окрестностей точки бО для поиска последующей точки корневого годографа. Автоматический поиск или «отслеживание» его точек возможно вследствие того, что передаточные функции САУ являются мероморфными аналитическими функциями с действительными коэффициентами над полем комплексных чисел, благодаря чему геометрическое место траекторий корней САУ суть непрерывные линии, начинающиеся в полюсах (К=О) и оканчивающиеся в нулях (при К вЂ”, + со ). Так что при обходе окрестностей предыдущей точки из точки, ей предшествующей, можно всегда определить последующую точку. На фиг. 3 стрелками показано условно принятое направление обхода окрестностей предыдущей точки.

Устройство для построения корневых годографов САУ реализует фазовый критерий для геометрического построения корневых годографов, согласно которому для точек, принадлежащих корневому годографу, выполняется равенство: р,. = . р,- — 5Óð„= N (n. > m), () где и — количество полюсов, m — количество нулей разомкнутой САУ, m,, — углы, образованные комплексными векторами, проведенными из полюсов в исследуемую точку с положительным направлением действительной оси

m — углы, образованные комплексными векторами, проведенными из нулей в исследуемую точку. Значение модуля коэффициента усиления САУ в точках, принадлежащих корневому годографу, определяется выражением: где l Р— Р, 1 — длины комплексных векторов, проведенных из полюсов в исследуемую точку; (Р": — Р— длины комплексных,векторов, проведенных из нулей в исследуемую точку.

Знак параметра К определяется значением

N: К(0, если N четное; К)0, если N нечетное. При построении корневого годографа в регистр 84 заносится фаза К, причем дополнительный старший разряд, используется для задания знака К (если он равен единице К)0 в противном случае К(0). Устройство позволяет воспроизводить не только корневые годографы, для которых справедливо равенство (1),,но и корневые годографы фазовых углов (ю,. = const) . Осмотр комплексной плоскости осуществляется с помощью радиально-круговой развертки, начало которой находится в

397914

15

20 исследуемой точке.

Для каждого нового значения угла v„-+> интегратор 1 вычисляет значение sII1 у;+„и

cos у;+ > на основе следующих разностных выражений:

sin ;+> = sin р; + cos р;Ь ; (3) cos ;+ —— cos р; — sin q;bq, (4) где ю;+,— значение угла íà (i+1)-м шаге вычислений; — значение угла íà L-м шаге вычис лений; ю — шаг квантования по углу, Шаг квантования по углу в интеграторе 1 равен единице младшего разряда счетчика угла. При вычислении по формулам (3) и (4) должно учитываться истинное пр иращение аргумента (с учетом масштабных соотношений в интеграторе), с тем чтобы очередные значения з1пю .и cost соответствовали цифровому значению угла в счетчике утла интегратора 1.

Сигналами переполнения реверсивных счетчиков б,и 7 являются либо переход старшего разряда из единоличного состояния в нулевое при работе счетчика на сложение, либо переход старшего, разряда из нулевого состояния в единичное прм работе счетчика на вычитание.

Этот.процесс повторяется для 2" радиальных линий, где и — разрядность счетчика угла интегратора 1. С помощью цифровой радиально-круговой развертки .из исследуемой точки комплексной плоскости происходит осмотр комплексной плоскости. Координаты

«подвижной точки» .интерполятора в счетчиках б и 7 сравниваются с координатами полюсов и нулей в регистрах 11, 12 и 22, 23, на схемах сравнения 13, 14 и 24, 25 соответственно.

В случае если координаты «подвижной точки» совпали с координатами полюса, сигнал со cveмы «ИЛИ» 21 вызовет передачу прямого кода угла на сумматор углов 32. Если же произошло совпадение с координатами нуля, сигнал со схемы «ИЛИ» 29 вызовет, передачу обратного кода угла на сумматор 32 для вычитания его из содержимого сумматора. Кроме того, сигналы с выходов схем «ИЛИ» 21 и 29 вызывают передачу длин векторов из счетчика 47 через блок вентилей 48 в множ ительно-дели тельный блок 49. Если произошло совпадение координат «подвижной точки» с полюсом, содержимое множительно-делительного блока 49 умножается на длину вектора, находящегося в счетчике 47, если же произошло совпадение с координатами нуля — содержимое блока 49 делится на соответствующий, вектор (исходное состоян ие блока 49 соответствует единичному значению) .

Ввиду того что соседние радиальные линии могут проходить через одну и ту же узловую точку координатной сетки плоскости (особенно вблизи исследуемой точки), применены схемы запрета повторного совпадения. При воз25

Зо

65 никновении совпадения для данной координаты полюса или нуля, триггеры 19 или 28. соответствующие данной схеме совпадения, запрещают повторное совпадение данной координаты до конца цикла радиально-круговой развертки из исследуемой точки. Переход триггера старшего разряда счетчика угла интегратора 1 из единичного состояния в нулевое вызывает появление ситнала конца цикла радиально-круговой развертки, означающего конец обследования данной точки и возвращающего триггеры 19 и 28 в исходное состояние, Если при этом содержимое сумматора 32 равно заданной фазе коэффициента усиления

САУ в регистре 34, стробирующий сигнал пройдет через схему сравнения 33 .и ключ 3б воспроизведен ия фазовых годографов HB модулятор ЭЛТ 37.

Предмет изобретения

Устройство для построения корневых годографов систем автоматического управления,. содержащее регистры координат полюсов .н нулей с подключенными к,их выходам соответственно первой и второй схемами сравнения, другие входы которых соединены с выходами реверсивных счетчиков, а выходы подключены к,первым входам вентилей и через линии задержки к нулевым входам триггеров запрета, а также сумматоры синусов,и ко синусов, логические элементы, регистры модуля и фазы коэффициента усиления, ключи

:и электроннолучевую трубку, отклоняющие пластины которой подключены через регистры к выходам схемы управления, отличаюи1ееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно содержит цифровой интегратор, последовательно включенные счетчик длин векторов, блок вентилей, множительчо-делительный блок и третью схему сравнения и последовательно включенные схему передачи углов, сумматор углов и четвертую схему сравнения, выходы цифрового интегратора соединены соответственно со входом счетчика длин векторов и первыми входами сумматоров синусов и косинусов, со входом схемы передачи углов, со входами третьей и четвертой схем сравнения, входом схемы управле,ния,и через линию задержки со входами сумматора углов и множительно-делительного блока, а также со вторым входом сумматора косинусов и входами реверсивных счетчиков, другие входы которых подключены к .выходам сумматоров синусов и косинусов и к выходам с емы упраьления, выходы реверсивных счетчиков подключены через схему «ИЛИ» к своим входам сброса в нулевое состояние и ко входам цифрового интегратора и счетчика длин векторов, входы третьей и четвертой схем сравнения присоединены соответственно к выходам резисторов модуля и фазы коэффи циента усиления, а их выходы через ключи ,подключены к модулятору электроннолучевой

397914

10 трубки и к одному из входов схемы управления, нулевые входы триггеров запрета подключены к выходу, интегратора, а их выходы присоед инены ко вторым входам вентилей, выходы которых подключены через схемы «ИЛИ» ко входам схемы передачи углов, ко входам блока вентилей и ко входам множительно-делительного блока.

397914

Фиг.Г

Состав ител ь Э. Митрошин

Техред Т. Курилко

Корректор М. Лейзерман

Редактор Т. Орловская

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 748/2457 Изд. М 989 Тираж 647 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наба д. 4/5