Устройство для определения параметров колебательных систем

 

Союз Советсиик

Социалистических республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 27.12,79 (2! ) 288068 у18-24 с присоединением заявки Ле (5l )NL. Кл.

9 05 В 23/02

Рвударстееаный комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 23.05.82. Бюллетень РВ 19 ао делам иэабретеннй и открытий (63) УДК 62 50 (088.8) Дата опубликования описания 23.05.82 (72) Авторы изобретения

В. Л. Соседка, Г. К. Курлов и В. С. Филенко

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Артема (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для экспериментального исследования динамических характеристик систем автоматического управления (САУ) .

Известно устройство для определения

5 параметров колебательных систем (пока Ьателя затухания, частоты собственных колебаний, относительного коэффициента затухания, - частоты свободных колебаний), 10 поэволяюших получить информацию о параметрах затухания колебательных процессов (1 .

В этом устройстве определение показателя колебательности осуществляется

1$ косвенно, т.е. происходит измерение некоторых значений параметром колебаний,например амплитуды, плошади, а показатель колебательности определяется путем расчета, кроме того, определение собственных колебаний осуществляется в нестациойарных режимах (колебания затухающие или возрастающие) что эатруд/ няет статическую обработку сигналов и потому при высоком уровне помех имеет невысокую точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройч. ство для определения частотных характе» ристик линейных систем регулирования, содержащее генератор импульсов, блок выделения амп1титуды и последовательно соединенные генератор экспоненциальных функций, блок умножения, блок выделения частоты и регистрирующий блок, причем вход блока выделения амплитуды соединен с выходом блока умножения, второй вход которого соединен с входом устройства (21 .

Устройство позволяет определить показатель затухания и частоту собственных колебаний, но. это требует длительного времени, так как определение укаэанных параМетров происходит методом проб.

Бель изобретения - повь3шение быстродействия устройства.

930273 4 частотами. Если частоты не будут кратны, то выражение (1) будет равно какор, му-либо положительному или отрицательера- ному числу, величина которого может быть использована в системе регулирования, обеспечивающей поиск заданной частоты. Таким образом, выбор частоты импульсов, поступающих на систему, дает информацию о частоте собственных о 10 колебаний. определяемой доминирующей парой комплексных корней, выбор величины о(даст. информацию о показателе

Поставленная цель достигается тем что устройство содержит последователь ио соединенные интегратор и рргулято выход которого соединен с входом ген тора импульсов, выход которого связан с управляющими входами блока выделения амплитуды, блока выделения часто интегратора, выходом устройства, и уп равляющим входом генератора экспонен циальных функций, сигнальный вход кот рого соединен с выходом блока выделе ния амплитуды, а выход — с вторым входом регистрирующего блока, вход интегратора соединен с выходом блока умножения. 15

Работа устройства основана на связи между комплексночастотной характеристикой и импульсной переходной характеристикой системы автоматического регулирования К (t ).

Выбором величины д- можно кбмпенсировать затухание и -осуществить в измери55 тельной части незатухающие колебания.

Тогда показатель экспоненты в выражении (1) должен расти до бесконечности, что физически неосуществимо. Чтобы

Исключить это нежелательное явление следует определенным образом регулировать частоту импульсов, поступающую на вход системы регулирования. Во-первых, импульсы должны поступать с такой частотой, чтобы реакция системы на

45 импульс перед поступлением следующего импульса была равна нулю, а во-вторых, чтобы частота импульсов была кратна частоте собственных колебаний системы регулирования. Первое условие позволяет

50 увеличить рост экспоненты, а второе— создать в измерительной частоте схемы стационарный режим. Если эти соотношения будут выполнены, то величина интеграла (1) за период следования импульсов будет равна нулю, так как экспоненты компенсируют друг друга и под интегралом останется произведение двух тригонометрических функций с краткими

Как известно, реакция устойчивой системы на кратковременный импульс при наличии доминирующей пары комплексных кор ней за пище тся как

-aL Ь ЯД„Е " (cog034+5iALUt). (9.) затухания.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Схема содержит генератор 1 импульсов, исследуемую систему 2, генератор

3 экспоненциальных функций, блок 4 умножения, блок 5 выделения амплитуды, интегратор 6, блок 7 выделения частоты, регулятор 8 и регистрирующий блок 9.

Блок 5 выделения амплитуды может быть реализован на различных методах, например на методе определения площадей.

Интегратор 6 интвгрицует выходной сигнал блока 4 умножения на периоде времени, определяемой частотой генератора 1 импульсов.

Регулятор 8, генератор 1 импульсов, исследуемая система 2, блок 4 умножения, интегратор 6 образуют замкнутую астатическую систему регулирования.

Блок 7 выделения частоты представляет собой счетчик числа полупериодов.

Счетчик, как блок 7 выделения частоты. может использоваться в том случае, если фиксировать время между импульсами генератора 1. Тогда можно определять частоту собственных колебаний, так как частота импульсов генератора 1 и собственных частот системы кратны. Генератор 3 экспоненциальных функций и блок

4 умножения, блок 5 выделения амплитуды образуют замкнутую систему регулирования, определяющую показатели затухания. Наличие этой системы регулирования не обязательно, а задание показателя экспоненты можно осуществить вручную по данным блока 5 выделения.Устройство работает следующим образом.

От генератора 1 импульсов на исследуемую систему 2 поступают кратковременные импульсы, которые по воздействию на систему приближаются к a -функции. В блоке умножения выходной сигнал исследуемой системы умножается па растущую во времени экспоненту, и выход930273 ной сигнал блока 4 умноження поступает одновременно на блок 5 выделения амплитуды, интегратор 6 и блок 7 выделения частоты. В интеграторе 6 осушествляется интегрирование выходного сигнала на З периоде определяемой частотой генератора 1. Если величина на выходе блока 6 не равна нулю, то происходит, в зависи-мости от знака, изменение времени меж ду импульсами генератора 1. Прн поступ- 0 ленин очередного импульса на систему . регулирования в генераторе 3 экспоненциальных функций формируется экспонента. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока в системе регулирования ам- . 35 плитуды и частоты не установятся незатухающие „колебания. Причем, на обьект регулирования могут поступать достаточно малые возмушения, что не создает аварийных режимов.

Показатель экспоненты определяет затухание исследуемой системы и фиксируется в регистрируюшем блоке 9, а блок

7 выделения частоты определяет собственную частоту колебаний, соответству- 25 юшую доминирующим корням, которая также фиксируется в регистрирующем блоке 9.

Таким образом, процесс определения параметров колебательных систем может быть обработан статически вследствие его периодичности, что повышает точность измерения. Кроме того, определение показателей параметров колебательных систем происходит в автоматическом режиме, исключаюшем масштабирование и

3$ задание коэффициентов, что сокращает время анализа.

Формула нзобретения

Устройство для определения параметров колебательных систем, содержащее генератор импульсов, блок выделения амплитуды и последовательно соединенные генератор экспоненциальных функций, блок умножения, блок выделеняя частоты и регистрирующий блок, причем вход блока выделения амплитуды соединен с выходом блока умножения, второй вход которого соединен с входом устройства, о т л и— ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повы- шения быстродействия, устройство сойержит последовательно соединенные интег-" ратор и регулятор, выход которого соединен с входом генератора импульсов, выход которого связан с управляющими входами блока выделения амплнтуды„ блока выделения частоты, антегратора, выходом устройства к управляющим входом генератора экспоненциальных функций, сигнальный вход которого соедянен с выходом блока вйделения амплитуды, а выход — с вторым входом регистрирующего блока, вход интегратора соединен с выходом блока умножения.

Источники информацни, принятые во внимание пря экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 457073, an. Q 05 В 23/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 648951, кл. 3 05 В 23/02, 1978 (прототип) .

930273

Составитель Г. Нефедова

Редактор Р, видика . Техред М.Надь Корректор У. Пономаренко

« -. :;. ьв

Заказ 3470/63 Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

° В ЮЮ

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