Цифровой анализатор частотных характеристик

 

ЗИМУЯ

ЫАТЕИтщ «»oтека ЧБ

О П Й С А Н Й Е авэо;

ИЗОБРЕТЕМ ЙЯ

Союз Советских

Социалистических

Ресйубпин (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено13.01.75 (21) 2096627/21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.12.76.Бюллетень ¹ .5 (45} Дата опубликования описания17.03,77 (51} N, Кл.еС 01 К 23/16

Государстеениый комитет

Совета Мииистроа СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 6 l 317. .757,088.8) М. Я. Минц, В. Н. Чинков, М. В. Папаика, С, К. Островский и В. П. Гапченко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Изобретение относится к автоматическому контролю систем управления и может быть применено при исследовании динамических характеристик линейных и нелинейных систем автоматического управления объектами различного назначения.

Известен цифровой анализатор частотных характеристик, содержащий кварцевый генератор эталонной частоты с калиброванными метками, через делитель частоты присоединенный к входу преобразователя "код-аналог", между выходом которого и входом преобразователя "аналогкод" включен исследуемый объект, а вспомогательный выход для формирования калиброванных меток соединен с управляющим блоком, выходы которого подключены к входам умножителей, соединенных вторыми входами с выходом преобразователя "аналог-код" (1).

Однако известный анализатор характеризуется сложностью схемной реализации, обусловленной необходимостью умножать исследуемый сигнал одновременно на значения синуса и косинуса определяемой гармонической составляющей. Следовательно анализатор должен содержать два формирователя, два множительных устройства и т.д., другими словами, необходимо иметь два одинаковых канала для преобразования информации.

Целью изобретения является повышение точности анализа.

Для этого в цифровой анализатор час10 тотных характеристик, содержащий последовательно соединенные генератор управляемой частоты, преобразователь "коданалог", преобразователь "аналог-код" и перемножитель, причем входные зажимы !

5 анализатора находятся между выходом преобразователя "код-аналог" и входом преобразователя "аналог-код", введены запоминающее устройство, суммирующий и реверсивный счетчики и вычислитель, причем

20 сигнальный выход запоминающего устройства, входом подключенного к управляющему выходу преобразователя "код-аналог", подключен к перемножителю, а управляющий выход запоминающего устройства сое25 динен с управляющим входом реверсивно538307 го счетчика, вход которого подключен к выходу перемножителя, а выход — к второму входу вычислителя, первый вход которого соединен с выходом суммируюшего счетчика, входом подключенного к выходу пер емножителя.

На чертеже приведена структурная электрическая схема анализатора.

Цифровой анализатор частотных характеристик содержит генератор управляемой частоты 1, преобразователь "код-аналог"

2, преобразователь "аналог-код" 3, запоминающее устройство 4 кода s111 f Ф t, перемножитель 5, суммируюший счетчик 6, реверсивный счетчик 7 и вычислитель 8.

Пусть исследуемый сигнал

U(t ) = Е U„„„ 111 (К m4 1. Ч„), К=О

20 где 0 (К П1 амплитуда к-й гармоники исследуемого сигнала, фаза к-й гармоники, число гармоник в исследуемом сигнале.

Введем два числа

Я U (4.)э1т ((ю . (1) т

ЗО

1-М м и (> е (2) 1П

35 () (.) = Е И Э111(К111„-- V„+P„), (3) к-о ц,«.)=Z, u „Ы(кц ; -"Е„-l,), (ч)

111 1(40 где Ы11 (, te 4 -нормированная гармоника с

1 номером Е = 1,2,....ê, — фиксированные значения уг1 2 лов сдвига фазы сигнала.

В результате преобразования выражений (1) и (2) с учетом выражений (3) и (4) при П 2 получим

"=2<(),.Е 1-() Ч 1 )=

= — (СЕ сов р -В s111 p ) (5) 60

N = — (ΠcesV

1 (Се, В, Р ) (6) где СЕ =(1m < S «Р Е и В Е=О,„Е 111 Ч коэффициенты Фурье. 60

Из выражений (5) и (6 ) определяют коэффициенты Фурье й1

cQs p + c os P (7) Nx

В

Е Ь111 3 + Sj11 P мой гармоники

Генератор 1 и преобразователь 2 предназначены для формирования стимулируюшего сигнала, причем преобразователь 2 служит также для задания точек измерения (квантования) т. исследуе1 мого сигнала U (т.„). Преобразователь 3 "аналог-код" в точках измерения мгновенные значения сигнала преоб1 разует в число-импульсный код М о,.

U (4)

М

Э

U1 i

U где d — дискретность преобразования исследуемого сигнала.

Запоминаюшее устройство 4 формирует коды дискретных значений нормированной гармоники 6111 (: ц 11, пРичем в1111 te t,;

МS1 ds

ГДЕ (1 — ДИСКРЕтНоСтЬ ЗаданИя 51 П Ц

Перемножитель 5 умножает числовые коды N U„ ìãíîâåííûõ значений сигнала О, (1; ) и () (1; ) на дискретные значечия Х „нормированной 1 — и гармоники 1 и (щ „. СУммиРУюший 6 и Ревеусивный 7 счетчики регистрирукаг значения коэффициентов Фурье С Е и В Р соответственно. Вычислитель 8 служит для определения по известным С и В амплитуды е е и фазы (; =й гармоники.

Анализатор работает следуюшим образом.

В исходном состоянии с генератора 1 импульсы непрерывно поступают на вход преобразователя 2 "код-аналог". С выхода последнего синусоидальный сигнал поступает на вход преобразователя 3 "анаСледовательно, из выражений (7 ) и (8 ) можно определить коэффициенты Фурье для

6 = и гармоники, если измерить мгновенные значения исследуемого сигнала в П точках за прошедший период, сдвинуть их на известные углы 1 и и умножить на значения номированной (, -й гармоники Six Е щ 4 в этих же точках, а полученные произведения просуммировать. Теперь можно получить амплитуду и фазу исследуе538307 лог-код". В запоминающем устройстве 4 установлен код К для первой точки измерения заданной гармоники.

Реверсивный счетчик 7 установлен запоминающим устройством на вычитание. По 5 команде "пуск" с управляющего выхода преобразователя 2 "код-аналог" поступает сигнал, соответствующий первой точке квантования 1, на запуск преобразователя 3

"аналог-код". Этим же сигналом значение 10 кода М из запоминающего устройства 4 переносится в перемножитель 5. Преобразователь 3 "аналог-код" трансформирует мгновенное значение выходного сигнала

U (4,) объекта, сдвинутого на угол в первой точке измерения. Код мгновенного значения N„„= U „(1, ) з ц поступает на вход перемножителя 5, где происходит умножение N >„° N, . Значение М „„=

=М, 1Ч = U (1 ) д э т Ящ / ® с его выхода йоступает на суммироваS ние в суммирующий счетчик 6 и в реверсивный счетчик 7 — на вычитание. После этого реверсивный счетчик 7 устанавливается запоминающим устройством 4 на

25 суммирование. При этой команде преобразователь 3 "аналог-код" переводит мгновенное значение выходного сигнала u () объекта, сдвинутого на угол )Ъ, в йер30 вой точке измерения . Код этого знаN >z =,(„) I cfu поступает на вход перемножителя 5, где умножаются и N< . Значение N>< = U<(4< ) ь

/Cl г, E, t, / д, с его выхода поступает в счетчики 6 и 7 на суммирование.

В итоге в суммирующем счетчике6 запишется число Й „„+ М „, а в реверсивном счетчике 7 — число — N .

При поступлении с преобразователя 2 сигнала, соответствующего второй точке квантования из запоминающего устройства 4 в перемножитель 5 вводится код нормированной гармоники для второй точки, т.е.

N = 5 m f, ы> t /d э . В дальнейшем работа устройства циклически повторяется.

В результате измерений в и точках за период в суммирующем счетчике зафиксируется число, пропорциональное С, а в счетчике 7 — число гропорциональное 3 з

При помощи вьгчислителя 8 определяются амплитуда и фаза (-й гармоники. На этом. процесс измерения заканчивается.

Формула изобретения цифровой анализатор частотных характеристик, содержащий последовательно соединенные генератор управляемой частоты, преобразователь "код-аналог", преобразователь "аналог-код" и перемножитель, причем входные зажимы анализатора находятся между выходом преобразователя

"код-аналог" и входом преобразователя

"аналог-код", отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, в него введены запоминающее устройство, суммирующий и реверсивный счетчики и вычислитель, причем сигнальный выход запоминающего устройства, входом подключенного к управляющему выходу преобразователя "код-аналог", подключен к перемножителю, а управляющий выход запоминающего устройства соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу перемножителя, а выход — к второму входу вычислителя, первый вход которого соединен с выходом суммирующего счетчика входом подключенного к выходу перемножителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР № 222741, МКИ 5 06 F 11/ОО, 1968 (прототип).

538307

8хо3

Составитель А. Беляев

Редактор А. Зиньковский Техред А. Демьянова Корректор В. Зорина

Заказ 5715/27 Тираж 1010 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1l3O35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4