Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления

 

Сова Советскид

Социалистических республик

<,1>892419 (63) Дополнительное к авт. саид-ву Р 758079 (22) Заявлено 040180 (21) 2862679/18-24 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Опубликовано 2 3.12.8 1. бюллетень Н9 4 7

Дата опубликования описания 2 3.12.81 (5!)М. Кл. .Q 05 В 23/00

Государственяый коиктет

ССС P яо делам изобретений я открытий (Яз) УДК 62-50 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е.Н. Кисин, В.И. Михайлов, В.Л. П

В.И. Русланов, Г.М. Синевич и И.Ц

1 (71} Заявитель

Московский ордена Ленина авиацион им. Серго Орджоникидзе (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к техническим средствам исследования и контроля систем автоматического управления и предназначено для анализа динамических свойств промышленных систем автоматики и их элементов.

По основному авт.св. (е 758079 известно устройство определения ампли-. тудно-фазовых частотных характеристик (АФЧХ) систем автоматического управления, работа которого основана на регистрации с помощью шлейфного осциллографа установившихся синусоидальных колебаний на входе и выходе исследуемого объекта (1).

Однако для этого устройства характерна большая трудоемкость обработки полученных записей колебаний и необходимость в дополнительных вычислениях по ним.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для измерения амплитудных и фазовых частотных характеристик элементов и систем автоматического управления, содержащее генератор синусоидальных колебаний, выход которого соединен с первым входом фазовращателя и входом исследуемого объекта, последовательно соединенные первый синхронный детектор, интегратор и первый блок умножения, соответствующий вход которого соединен с первым выходом фазовращателя, выход связан с одним, а выход исследуемого объекта — с другим входом сумматора, второй синхронный детектор, первый вход которого соединен со вторым выходом фаэовращателя, выход связан через второй интегратор со вторым входом фаэовращателя и входом индикатора фаэочастотной характеристики, а выход первого интегратора подключен ко входу индикатора амплитудночастотной характеристики. Кроме тбго, устройство содержит датчик частоты и последовательно соединенные блок зоны нечувствительности, блок коррекции коэффициента усиления и

2О второй блок умножения, причем первый вход первого синхронного детектора подключен к первому выходу фазовращателя, управляющий вход блока коррекции коэффициента усиления подключен к выходу первого интегратора, вход датчика частоты связан с выходом генератора синусоидальных колебаний, выход - с соответствующим входом второго блока умножения, выЗО ход которого подключен ко вторым

892419 входам первого и второго синхронных детекторов, а вход блока эоны нечувствительности связан с выходом сумматора (2}.

Принцип действия устройства основан на автоматической компенсации установившейся реакции на выходе иссл щуемого объекта

ХЭ „,() =aA(uu) sin fwt+4 (w) ) (1) сягналом Х„с выхода цепи компенсации ук (t) =aA sin(wа+Ф}, (2) (0 где а, щ амплитуда и частота синусоидального воздействия на входе объектау

A (e } Ч (м) - амплитудная и фаз овая 15 частотные характеристики объекта, подлежащие определению;

A — оценки амплитудной и фазовой частотных Щ характеристик.

В момент полной компенсации невязка Е, представляющая собой разность сйгналов с выхода исследуемой системы и с выхода цепи компенсации

z = Х „„() x„(t} (3) стремится к нулю °

Однако вследствие похрешностей технической реализации устройства, а также в силу присутствия в невязке

Е помех и постоянной составляющей, обусловленной, в частности, неточностью измерения сигнала X ь,„ на выходе объекта и отклонениями его формы от синусоидальной, на практике не происходит полного обнуления невязки. 5

При фиксированной зоне нечувствительности, содержащейся в известном устройстве, процесс подстройки модели принудительно эаканчйвается при амплитуде невяэки (Е ) = b, где ь — по- 4Q стоянная величина зоны нечувствительности. При этом величина относительной ошибки измерения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)

A AW ) 45 а- „(„} относительное значение невяэки з1 пЕ з дпЕ

I и абсолютная ошибка а9<4- ч (со) связаны соотношением

А Ь

4, 1 (4) вытекающем из формулы (3) . Величины ойибок измерения АФЧХ в соответствии с выражением (4} находятся в пределах ф с

A) А(и))

b.

А<,ш) что при постоянной величине а приводит к зависимости относительной точности измерения от текущего значения А (. ) . Кроме того, при наличии в выходном сигнале объекта постоянной составляющей по окончании процесса подстройки устанавливаются колебания с постоянной амплитудой как в канале подстройки фазы, так и в канале подстройки амплитуды. Кроме неудобств в отсчете показаний индикаторов, этн колебания являются источником погрешностей н .определении частотных характеристик, вследствие чего возникает необходимость компенсации постоянной составляющей невяэки

Цель изобретения — повышение точности работы устройства для определения частотных характеристик.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит интегратор, вход которого соединен с выходом сумматора, выход соединен с третьим входом сумматора, управляющий вход нелинейного элемента подключен к выходу интегратора канала подстройки амплитуды.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для определения частотных характеристик элементов и систем автоматического управления на фиг . 2 - графики временных процессов в каналах подстройки беэ дополнительного интегратора; на фиг. 3 графики временных процессов э каналах подстройки и на выходе дополнительного интегратора при его включении в схему.

Устройство для определения частотных характеристик содержит генератор

1 синусоидальных колебаний, соединенный своим выходом со входом исследуемого объекта 2 и с одним из двух входов фазовращателя 3, первый выход которого подключен к первому входу блока 4 умножения и к первому входу синхронного детектора 5,а второй выход — к первому входу синхронного детектора б.фаэовращатель 3 с двумя входами и двумя выходами, причем фаза колебаний второго выхода сдвинута на угол с. по отношению к

7 первому, и блок 4 умножения образуют цепь компенсации выходного сигнала исследуемого объекта, причем ошибка компенсации (невязка) формируется на выходе сумматора 7, входы которого соединены с выходами исследуемого объекта 2 и блока 4 умнОжения. Выход сумматора 7 через последовательно соединенные нелинейный элемент 8, блок 9 коррекции коэффициента усиления и блок 10 умножения подключен ко вторым входам синхронных детекторов 5 и 6, выходы которых через интеграторы 11 и 12, снабженные индикаторами 13 и 14 амплитудной и фазовой частотных характеристик, соединены соответственно со вторыми входами блока 4 умножения и фаэовраща892419

I Et

А(щ) AM) в

Формула изобретения

Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления по авт.св.

9 758079, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит интег. ЬО ратор, вход которого соединен с выходом сумматора, выход соединен с третьим входом сумматора, управляющий вход нелинейного элемента подключен к выходу интегратора канала под65 стройки амплитуды.

A = ЮЯ1и(ц)ф. ), 1f соз,и> ®

А =-M работоспособность которого подтверждается цифровым моделированием (фиг. 3) . теля 3. Для введения информации о частоте синусоидального воздействия в каналы подстройки амплитуды 15 и фазы 1á выход датчика 17 частоты подключен ко второму входу блока 10 умножения. С целью компенсации постоянной составляющей невяэки устройство содержит интегратор 18, подключенный своим входом к выходу сумматора 7, а выходом — к третьему входу сумматора 7. Для введения информации об амплитуде компенсирующего сигнала выход интегратора 11 канала

15 подстройки амплитуды соединен с управляющим входом блока 9 коррекции коэффициента усиления и управляющим входом нелинейного элемента 8.

При наличии постоянной составляющей А>, а также компенсирующего, сигнала o(t) невязка на выходе сумматора 7 принимает вид

- )(алых (t) -X (t)+Ao-Ao (t (5) и становится Равной нулю в случае, если —" А(ш) )

Ч () l

О = AOI т.е. настраиваемые параметры A и 1 цепи компенсации действительно представляют собой оценки амплитудной и фазовой частотных характеристик, а величина постоянной составляющей А невязки компенсируется сигналом Ао .

Алгоритм автоматической одстройл ки параметров А, М и А до нужных значений может быть получен градиентным методом по известному соотношению

Y = — ),„grad Q (Y), где Л„ положительный коэффициент3

Q (Y) =Е (Y) — критерий качества работы системыу

Y= (A,Ч,Ao 3 — вектор настраиваемых параметров.

Переходя к скалярной форме и учитывая уравнение (5), получим алгоритм настройки модели

А=-Ю вЂ” --А айS n(4+9), Ж

6А ц, 1 =хбЬсозМ + )1 (6)

, -и =-л, Щ

dl где = 21„°

Наличие в алгоритме подстройки фазы величины А в качестве сомножителя приводит к усложнению технической реализации алгоритма, Этого можно избежать, используя алгоритм

При полной компенсации постоянной составляющей Ао погрешности измерения АФЧХ определяются величиной невязки Е, при которой заканчивается процесс подстройки модели. Наличие на выходе сумматора 7 нелинейного элемента с зоной нечувствительности, регулируемой по закону й= A(u), (7) где — заданная относительная точность измерения, позволяет принудительно заканчивать процесс подстройки модели при относительном уровне невяэки o, не зависящим от величиE ны измеряемой амплитуды A(w). В этом

1 5 случае откуда, учитывая (7), имеем

20 Io" = 3 .

Поскольку величина A(w) подлежит определению и является неизвестной, точная реализация s виде (7) закона подстройки зоны нечувствительности невозможна. Однако, учитывая, что по

% окончании процесса измерения A =A(w), возможна его приближенная реализация в виде

Ь= A(t).

Технически этот закон реализован в изобретении путем введения на управляющий вход нелинейного элемента типа зоны нечувствительности сигнала A(t) с выхода интегратора канала

З5 подстройки амплитуды.

Предлагаемая компенсация постоянной составляющей, а также регулирование зоны нечувствительности нелинейного элемента позволяет повысить точность устройства для определения частотных характеристик.

Использование изобретения в инженерной практике позволит сократить сРоки пРоектирования, отладки и различного рода контрольных испытаний систем автоматического управления (например, приемно-сдаточных, ресурсных и др.), что дает определенный экономический эффект °

892419

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вавилов A.А и др. Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем.

М.-Л., Госэнергоиздат, 1963, с.15-1).

2. Авторское свидетельство СССР

Р 758079, кл. G 05 В 23/00, 1978 (прототип).

892419 л

Ay < А

0 ф

Составитель А, Лащев

Техред H. Гайду Корректор В. Бутяга

Редактор И. Юрковецкий

Заказ 11257/71

Тираж 943 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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