CN2492883Y - 动态信号分析仪 - Google Patents
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Abstract
一种动态信号分析仪,包括计算机以及和计算机相连的数据采集卡。数据采集卡由A/D,D/A,加法器及ispLSI(大规模在线可编程阵列器件)组成。数据采集卡将计算机的数据输出转换成扫频正弦波输出到被测系统,同时将被测系统的输出采集到计算机。计算机处理采集数据,显示打印分析结果,包括Bode图,Nyuist图,Nichols图,功率谱图等。本实用新型可利用计算机完成对控制系统动态信号的测试,不需要购置专门的传统型动态信号分析仪。
Description
本实用新型是一种动态信号分析仪，属于对控制系统动态信号测试分析仪器的改进。
传统的测试控制系统动态信号的分析仪，一般以硬件实现其功能。即使是传统智能型的动态信号分析仪，也是一种基于硬件的数字式专用设备，不能摆脱单台式，独立使用，手动操作的模式。并且，由于控制系统动态信号的测试、分析比较复杂，因此，其仪器结构比较复杂，体积庞大，价格昂贵。受硬件结构的限制，数据存储和处理不灵活。
本实用新型的目的在于提供一种基于计算机的数据存储和处理简洁、灵活的虚拟动态信号分析仪。
本实用新型的目的可通过以下技术措施实现：动态信号分析仪包括计算机和数据采集卡，计算机通过ISA总线连接数据采集卡的ispLSI器件，ispLSI器件中的总线驱动器连接将计算机输出数据转换为正弦波的D/A，D/A输出通过加法器直接连接到输入接口，并通过A/D和数据多路器连接到计算机；D/A输出的另一端接到被测系统的输入端，被测系统的输出端经数据采集卡的另一路输入接口以及A/D、数据多路器连接到计算机。
本实用新型也可通过以下技术路线实现：数据采集卡的加法器的放大器U1(AD711)正输入端输入电阻R2在测试被测系统的频响特性时接地；在测试被测闭环系统的开环特性时，接入被测系统的反馈输出端。
本实用新型对比于已有技术有以下优点：由于本实用新型采取在通用计算机上以软件方式产生动态信号分析仪所必需的扫频正弦信号，并以软件的方式完成输入输出两路时域信号的数据比较分析，因此使单独用于该分析仪的硬件结构大为减少。并且，由于本实用新型是一种基于计算机的开放系统，因此数据存储量只受计算机硬盘大小的限制，数据的图形输出可利用计算机的监视器及打印机接口，输出非常灵活，并可方便地同时同外设，网络及其它应用连接，可重复利用。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型实施例的系统连接框图。
图2是本实用新型实施例数据采集卡的原理框图。
图3是本实用新型实施例组成数据采集卡的加法器的原理图。
图4是本实用新型实施例的频响分析程序工作的流程图。
图5是本实用新型实施例的频谱分析程序工作的流程图。
如图1所示，本实用新型由数据采集卡(3)通过ISA总线(2)连接通用的计算机(1)构成。数据采集卡(3)同时连接被测系统(4)的输入端(5)和输出端(6)以及反馈输出端(18)。
如图2所示，数据采集卡(3)的ispLSI器件(7)与计算机的ISA总线(2)相连。ispLSI器件中的总线驱动器模块(8)连接将计算机输出转换方正弦波的D/A(15)，D/A(15)的输出连接到被测系统(4)的输入端(5)，并通过加法器(17)连接到数据采集卡(3)的一路输入接口(14)。
计算机(1)通过ispLSI器件(7)的数据多路器(12)连接A/D(13)，A/D(13)连接输入接口(14)。
ispLSI器件(7)的另一路数据多路器(9)另一路A/D(10)连接，A/D(10)经另一路输入接口(11)连接到被测系统(4)的输出端(6)。
本实用新型的软件分为四大模块：主控模块、数据采集模块，频响分析模块，频谱分析模块。其工作流程图见图4。程序开始，进入主控模块，完成数据采集卡的初始化。然后进入数据采集模块，程序通过人机界面接收设置的参数。并根据设置的参数计算出可编程定时器(16)对应每个正弦波扫频点的输出频率及正弦波的输出电压，然后由程序控制ispLSI器件(7)中译码器选通可编程定时器(16)，可编程定时器(16)输出的经分频的方波信号分别输出到A/D转换器(10)、A/D转换器(13)和数字多路器(9)。程序查寻数字多路器接口(9)，在方波的高电平时将正弦数组送入D/A(15)，D/A(15)连续接受正弦数组并转换就得到输出正弦波。
D/A(15)输出的正弦波作为被测系统(4)的输入信号连接到被测系统(4)的输入端(5)。D/A(15)的输出同时经加法器(17)，A/D(13)数字多路器(12)连接到计算机(1)。被测系统(4)的输出经另一路输入接口(11)，A/D(10)，数字多路器(9)连接到计算机(1)。A/D(10)和A/D(13)在中断被响应后同时启动，获取被测系统(4)的输出信号和数据采集卡(3)给予被测系统(4)的输入信号的数字量。通过不断响应中断，程序采集所有扫频点的数据，并将采集到的数据以文件的方式存储。
然后，程序进入频响分析模块，通过人机对话打开数据文件，分别调出每个频率点的两路时域数据，通过FFT变换，得到频率特性。并比较被测系统(4)的输出信号与输入信号得到被测系统在该频率点的响应特性。将所有频率点的特性值连成曲线，得到被测系统的频率特性。通过计算机还可对曲线的显示方法进行选择，可分别显示BODE图，Nyquist图，Nich图。还可选择对曲线进行传递函数拟和，得到近似的传递函数。
本实用新型可采用如图5所示的另一测试路线：主控模块控制选择进入数据采集模块和频谱分析模块。在数据采集模块，通过人机对话，确定采样频率和样本长度，程序根据设置修改可编程定时器(16)的输出控制方波频率，以方波低电平同时触发A/D转换器(10)和A/D转换器(13)在固定的频率下可同时采集被测系统(4)的随机信号输出，数据采集完成后，以文件方式存储。然后进入频响分析模块，通过人机对话打开文件，可对随机信号以FFT变换，进行一定范围的频谱特性分析。并可通过修改窗函数调整分析结果。所有分析结果图形可打印输出。
如图3所示，加法器(17)包括放大器AD711U1，跟随器AD712U2、U3。放大器AD711 U1的负输入端经R3接地；其正输入端连接电阻R1、R2。入电阻R1与D/A(15)连接。输入电阻R2在一般测量时接地，可测试闭环系统的频响特性。在须测试闭环系统的开环特性时，输入电阻R2接入被测系统(4)的反馈输出端(18)。此时加法器(17)的输出作为被测系统(4)的输入误差信号(标准正弦信号源减去反馈信号)。数据采集卡(3)的输入接口(14)采集被测系统的输入误差信号。数据采集卡(3)的输入接口(11)采集被测系统的反馈信号，程序对两路信号同时采集，比较分析其幅度和相位关系得到的就是闭环系统的开环频率响应特性，加法器中，输入电阻R1＝R2＝R3。
Claims (2)
1、一种动态信号分析仪，包括计算机(1)和数据采集卡(3)，其特征在于：计算机(1)通过ISA总线(2)连接数据采集卡的ispLSI器件(7)，ispLSI器件(7)的总线驱动器(8)连接将计算机输出转换为正弦波的D/A15；D/A15的输出通过加法器(17)直接连接输入接口(14)并通过A/D(13)和数据多路器(12)连接到计算机(1)；D/A15的另一路输出连接到被测系统(4)的输入端(5)，被测系统(4)的输出端(6)经数据采集卡的另一路输入接口(11)以及A/D(10)、数据多路器(9)连接到计算机(1)。
2、根据权利要求1所述的动态信号分析仪，其特征在于：其数据采集卡的加法器(17)的放大器U1AD711的正输入端的输入电阻R2在测试被测系统(4)的频响特性时接地；在测试被测闭环系统开环特性时，R2接入被测系统(4)的反馈输出端(18)。
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