Способ определения параметров передаточных функций линейных динамических объектов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ

Со«ов Советских

Социалистически к

Веснубл (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.11.77(21) 2549213/18-24

С ПРИСОЕДИИЕНИЕМ ЭаЯВКИ Ио(23) Приоритет— (5>)N«. K,..

6 05 В 23/00

Государственный комнтет

СССР по делам изобретений

"н открытий (53) УДК б2.50 (088.8) Опубликовано 0505.79. Бюллетень М 17

Дата опубликования описания 0805.79 (72) Автор изобретения

В.П. Горбиль (71) Заявитель Красноярский политехнический институт (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАИЕТРОВ

ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к области автоматики, а именно к технике измерения параметров передаточных функций динамических объектов и звеньев систем автоматизированного управления, и может быть использовано для определения постоянной времени и коэффициентов передачи линейных динамических объектов первого порядка, широко применяемых в различных отраслях проьышленности при исследовании и наладке аистем автоматизации.

Известны способы определения постоянной времени апериодического звена (1), основанные на анализе переходного процесса, как реакции этого звена йа единичное ступенчатое воздействие. Наиболее распространенный из таких способов основан на измерении времени достижения переходным процессом определенного, наперед заданного значения с последующим определением постоянной времени по этому фиксированному уровню, измеренному времени и статическому коэффициенту усиления звена. При этом предполагается,что значение статического коэффициента известно. В противном случае его требуется определить заранее, отдельно выполненным измеренйем. Основным недостатком этого способа является жесткое требование к качеству формы входного ступенчатого воздействия, а также низкая помехозащищенность, так как выходной сигнал непосредственно подается на пороговое устройство, фиксирующее момент достижения заданного уровня и прэтому неизбежные на практике помехи приводят к появлению ошибки измерения постоянной времени. Существенным недостатком рассматриваемого способа является необходимость иметь известным статический коэффициент усиления звена.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения параметров передаточных функций линейных динамических объектов (21 путем подачи тестового сигнала, стремящегося к установившемуся значению, на вход линейного динамического объекта и интегрирования его выходного сигнала.

Помехозащищенность этого способа значительно улучшена благодаря процессу интегрирования, а требование к форме входного ступенчатого возе4ит.экю цтэээиээлиимеицэее. -."; -: о .. ии- .

511 (2) 2 1 к э т=, т

2 1

К г 1

2 1 (8) Из последних соотношений непосредственно следует способ .определения постоянной времени. и коэффициента

65 . передачи апериодического объекта.

3 661 действия уменьшено. Измерение посто- янной времени осуществляется в результате интегрирования разности входного и выходного сигналов звена при условии равенства их установившихся значений. Недостатками этого способа являются существенное увеличение времени измерения, а также его сложность, обусловленные тем, что перед измерением постоянной времени необходимо осуществить подбор равенства установившихся значений сигнала Ю на входе и выходе звена, для чего,во первых, требуется пО крайней мере столько же времени, сколько и для самого процесса определения постоянной времени, во-вторых, необходимо 15 иметь преобразователь параметра апериодичес.:oro звена к одинаковой физической природе с выходным параметром, в-третьих, величина статического коэффициента звена остается 2О неизвестной в результате всех проделанных операций °

Целью изобретения является ускорение определения параметров.

Эта цель достигается тем, что по предложенному способу измеряют интервалы времени t1 и t от момента подачи тестового сигнала величины A ,.«еи кг к

«до момента достижения интегрированным выходным сигналом двух пороговых уровней 31 и 32соответственно и

30 определяют постоянную времени 2 1 1 2

T= — и коэФФициент иецедеии

2 1 линейного динамического объекта

2 1

К= А(, 1

Структурная схема устройства, реализующего способ, дана на чертеже.

Устройство содержит формирователь входного сигнала 1, интегратор 2, компаратор 3, измеритель интервалов времени 4- и вычислительный блок 5.

Определение постоянной времени Т и коэффициента передачи К контролируемого объекта 6 первого порядка 45 происходит следующим образом.

Входное воздействие с выхода формирователя 1 подается на вход объекта. Одновременно с этим подается сиг. нал на запуск измерителя интервалов 50 времени; Выходной сигнал объекта интегрируется и значение интеграла на вйходе интегратора контролируется db -двум заданным значениям компаратором. В моменты достижения интегралом каждого заданного значения компаратор останавливает отсчет соответствующего интервала времени изМерителем интервалов времени. По этим измеренным интервалам времени и заданным значениям пороговых уровней компаратора вычислительный блок определяут постоянную времени Т и коэффициент передачи К объекта.

Рассэмотрим обоснОвание предложен ного способа.

Обозначим: у — выходная координата апериодического объекта, х — входное воздействие, t - текущее время.

Все нижеприведенные рассуждения справедливы в предположении,что форма входного сигнала произвольна, при условии, что сигнал имеет ненулевое установившееся значение. Для определенности и удобства рассуждения будем полагать, что на входе объекта действует возмущение в виде идеального скачка.величины А. Тогда реакция апериодического звена, описывaeMoro уравнением

d3

Т t +M=K%ò (1) имеет вид

-+ iT =Ka(-Е 7, где е — основание натуральных логарифмов °

Интегрируя этот процесс с нулевыми начальными условиями, получим

Е.

J(t) = f38t =AK(t-Т+Те ), (З) о

Как видно иэ последнего выражения,,3(t) при. t ý 0о асимптотически приближается к прямой з,„жцкАИ, ), (4) уравнение которой. содержит в качестве параметров величины К и Т. Необходимо отМетить существенную особенность этой прямой: точка, в которой прямая пересекает ось времени, есть постоянная времени звена и ее положение не зависит от коэффйциента усиления звена. Так как кривая Эд (t) при t сколь угодно близко сопадает со своей асимптотой, то из этого следует возможность определения положения асимптоты измерением координаты точек Э(й) при достаточно большом t. Но этим. координатам определяют величины

КиТ.

Таким образом, при t v> Т имеем

-+fT е << 1. Тогда с требуемой точностью имеет место равенство (ЮиЭ ЩиКА(-Т).. (5)

Проводя измерения t и t< соответ2т ствующие значениям и и, получим

)„"- KA (+„-Т )

З",=К А (.",-Т), откуда, исключая поочередно К и T имеем

Формула изобретения

Составитель В. Васильев

Редактор Л. Утехина Техред Э.Чужих Корректор О. Билак

Тираж,1014 Подписн ое

ЦНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Эаказ 2473/49

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

5, 661

Этот способ,в соответствии с выражениями (7) и (8) заключается в измерении времени достижения интегралом выходной величины объекта двух заданных значений и последующего определения по этим величинам параметров динамического звена. Так как измерения проводятся для того участка переходного процесса, где отклонением V (t) от асимптоты Зд.(t) можно пренебречь в пределах допустимой при этом погрешности, то поведение переходного процесса на начальном участке не имеет значения и необходимо, чтобы переходный процесс устанавливался на некотором ненулевом уровне. Это значит, что требований к форме входного воздействия, как к идеальному ступенчатому сигналу, не предъявляется. Входной сигнал должен лишь любым образом стремиться к ненулевому установившемуся значению.

Преимущество описанного способа 20 заключается, во-первых, в повышении быстродействия по крайней мере вдвое, так как исключается процедура подбора равенства установившихся значений входной и выходной величин д5 объекта. Для осуществления этой процедуры необходимо подать на звено входной сигнал, дождаться окончания переходного процесса, после чего провести установку равенства выходной о и входной величин. Это, очевидно, требует времени не менее длительности одного переходного процесса. Во-вторых, положительный эффект состоит в

511 6 упрощении процесса измерения, так как исключается необходимость преобразования, сравнения и подбора равенства входной и выходной величин в установившемся режиме.

Способ определения параметров. передаточных функций линейных динамических объектов путем подачи тестового сигнала, стремящегося к установившемуся значению, на вход линейного динамического объекта и интегрирования его выходного сигнала, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью ускорения определения параметроЪ, измеряют интервалы времени и и t> от момента подачи тестового сигнала величины A до момента достижения интегрированным выходным сигналом двух пороговых уровней 3 и Э соответственно и определяют постоян ч- л ную времени Т = " " и коэф3 д - 3,( фициент передачи линейного динамического объекта э - з1 .К=

A(tz t )

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 312243, кл. G 05 В 23/02, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 166541, кл. G 05 В 23/00, 1962.