DE2461469C3

DE2461469C3 - Einrichtung zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken

Info

Publication number: DE2461469C3
Application number: DE19742461469
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Russin, Leonid Petrowitsch, Moskau
Filing date: 1974-12-24
Publication date: 1977-07-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Messung von elektrischen Schwingungen, insbesondere auf eine Einrichtung zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken, die hauptsächlich für die Messung der Phasenverschiebungen bei Signalen am Eingang und Ausgang dynamischer Steuerstrecken, der Amplitudenverhältnisse dieser Signale, für die Messung der Dauer von Einschwingvorgängen, der Schwingungsfrequenz, der elektrischen Kapazität und der Induktivität benutzt wird Diese Einrichtung ist für die Untersuchung sowohl einzelner Glieder, als auch ganzer Steuersysteme, verschiedener Nachlauf-Prüfstände, Lenkantriebe und anderer dynamischer Steuerstrecken bestimmt. Dabei ist diese Einrichtung für die Untersuchung sowohl linearer, als auch nichtlinearer dynamischer Steuerstrecken geeignet und ist durch hohe Storfestigkeit gekennzeichnet, die Messungen mit hoher Genauigkeit bei Einwirkung eines Rauschpegels erlaubt, dessen Amplitude mehr als um das Zehnfache höher als die Meßsignalamplitude liegt.

Gegenwärtig werden bei der Untersuchung der Stabilität und der Qualität von automatischen Steuersystemen und ihren dynamischen Steuerstrecken neben analytischen Verfahren immer öfter auch experimentelle Methoden benutzt. Besonders groß ist die Bedeutung des Experiments bei Bewertung der Qualität eines realen Systems vor seiner Inbetriebnahme, da hierbei Abweichungen der gemessenen Charakteristiken von den geplanten möglich sind.

In solcher. Fällen werden das System und seine Glieder einem ziemlich umfangreichen Komplex von Prüfungen unterzogen, zu denen z. B. Aufnahme von Amplituden-Phasen-Frequenzkennlinien, Messung der Schnellwirkung, der Frequenz entstandener Eigenschwingungen, der elektrischen Kapazität und der Induktivität gehören. Dabei werden all diese Messungen in der Regel bei starkem Rauschen in den zu messenden Signalen durchgeführt.

Für die Durchführung derartiger Prüfungen wird zur Zeit eine ziemlich große Anzahl verschiedenartiger Geräte verwendet, wobei jedes Gerät für die Messung nur einer oder zwei Charakteristiken, z. B. nur der Phasenverschiebung oder nur der Frequenz von harmonischen Schwingungen bestimmt ist. Außerdem weisen die bekannten Geräte einen schmalen Frequenzbereich, komplizierten Aufbau, große Abmessungen und niedrige Meßgenauigkeit bei nichtsinusförmigen Signalen nichtlinearer Systeme und bei hohen Rauschpegeln auf.

Es bleibt zur Zeit also das Problem der Schaffung eines in genügendem Maße universellen Geräts bestehen, das einen breiten Arbeitsfrequenzbereich und eine hohe Meßgenauigkeit beim Rauschen und bei starken Gleichkomponenten des Signals aufweist, einfach bei der Herstellung, beim Abgleich und beim Betrieb sowie zuverlässig ist.

Es sind Einrichtungen zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken wie z. B. »Übertragungsfunktions-Analysator« der englischen Firma Solartron bekannt (vgl. A.G. Atamanenko, T.N. Andre-

jew, T. M. Sacharow »Geräte und Verfahren zur Ermittlung von Frequenzgängen automatischer Regelungssysteme«, ZINTI Pribor Elektro, Moskau, 1962).

Die erwähnte Einrichtung enthält einen Generator periodischer Schwingungen, der Sinus- und iiosinussignale erzeugt. Diese werden auf zwei paraüelgeschaltete Multiplikationseinheiten gegeben, wobei eines dieser Signale dem Eingang der zu untersuchenden Steuerstrecke zugeführt wird. Vom Ausgang der Steuerstrecke gelangt das Signal über einen Eingangswandler zu den zweiten Eingängen der Multiplikationseinheiten. An den Ausgang jeder Multiplikationseinheit sind über zwei Integrierverstärker zwei Anzeigegeräte angeschlossen, von denen ein Gerät die Blindkomponente und das andere die Wirkkomponente der Amplituden-Phascn-Frequenzcharakteristik der dynamischen Steuerstrecke mißt.

Obwohl diese Einrichtung sehr kompliziert aufgebaut ist, läßt sie die Messung nur der Blind- und Wirkkomponente der Amplituden-Phasen-Fiequenz-Charakteristiken zu. Um die Phasenverschiebung und das Ampütudenverhältnis zu ermitteln, muß man eine Reihe von zeitraubenden mathematischen Rechenoperationen wie Quadrieren, Radizieren, Berechnung der Winkelfunktionen ausführen, wobei man die mit zwei Anzeigegeräten gemessenen Werte der Blind- und Wirkkomponente des Signals benutzt. Dabei wird die Meßgenauigkeit um 10 bis 20% herabgesetzt und die Meßzeit verlängert.

Beim Vorhandensein von Gleichkomponenten in dem jo zu messenden Signal sinkt die Meßgenauigkeit auch infolge der Nullpunktsdrift bei Integrierverstärkern. Ungenügende Störfestigkeil, der Einrichtung vermindert ebenfalls die Meßgenauigkeit. Bei der Untersuchung einer dynamischen Steuerstrecke im ganzen gibt die erwähnte Einrichtung keine Möglichkeit, einzelne Glieder der Steue-strecke zu prüfen, wie dies bei Untersuchungen von verschiedenen dynamischen Steuerstrecken notwendig wird.

Bekannt ist auch ein Gerät zur Messung der Phasenverschiebung und der Amplitude (vgl. »Servomechanism practice« von W. R. Ahrendt, C. J. Savant, 1960, in russischer Sprache herausgegeben von Gosenergoisdat, Moskau, 1962).

Das Gerät enthält zwei Drehmelder, bei denen die Statorwicklungen miteinander verbunden sind. Der Läufer eines Drehmelders wird durch einen Antrieb mit veränderlicher Geschwindigkeit in Bewegung gesetzt, der einen Servoverstärker und einen Tachogenerator enthält. Der Läufer des Antriebsdrehmelders wird bei der Benutzung von Wechselstrom-Regelungssystemen extern vom Stromkreis des Folgesystems erregt, and bei der Benutzung von Wechselstromsystemen erfolgt seine Erregung von einem internen Generator.

An der Welle des drehbaren Drehmelders sitzt ein Synchronisierschalter, der ein Sägezahnsignal durchläßt.

Das Gerät enthält außerdem einen Trägerfrequenzverstärker, an dessen Eingang der Ausgang des zweiten Drehmelders angeschlossen ist, welcher mit einer Phasenrundskala mechanisch verbunden ist. Zum Gerät gehört auch ein Ausgangssignalverstärker, der mit einem Amplitudenanzeigegerät verbunden ist. Für die Anzeige der Phasenunterschiede wird ein Oszillograf mit Vertikal- und Horizontalablenkung benutzt. Vom zweiten Drehmelder, der mit der Phasenrundskala verbunden ist und als Phasendrehglied dient, gelangt das Sienal zur Vertikalablenkstufe des Oszillografen, während das Signal vom ersten Drehmelder der Horizontalablenkschaltung des Oszülografen zugeführt wird. Dabei erscheint am Oszillografenschirm eine Lissajous-Figur mit überlagerten Hochfrequenzschwingungen. Zur Bestimmung der Phasenverschiebung wird die Phasenrundskala mitsamt dem drehbaren Drehmelder so weit gedreht, bis die am Oszillografenschirm abgebildete Figur die Nullphasenverschiebung wiedergibt. Da die Phasenrundskala das Signal um die der Phasendifferenz im System gleiche und entgegengesetzte Größe verschiebt, wird der Phasenunterschied durch unmittelbare Ablesung von der geeichten Skala ermittelt. Somit bedeutet dieses Gerät gegenüber dem Solartron-Gerät einen Fortschritt, da es die Möglichkeit gibt, die Phasenverschiebung ohne zusätzliche Berechnung unmittelbar in Grad zu ermitteln. Das Gerät mißt aber nur die Amplitudenwerte am Ausgang des Systems. Um den Modul zu bestimmen, muß man den angezeigten Amplitudenwert am Ausgang des Systems durch den Amplitudenwert am Eingang des Systems dividieren, wobei zusätzliche Fehler eingeführt werden und der Meßvorgang komplizierter wird. Da im Gerät ein Drehmelder als Phasendrehglied benutzt wird, besteht keine Möglichkeit, mit dem Gerät niederfrequente Signale unter 0,1 Hz zu messen, d. h. ist der Frequenzbereich des Meßsignals bei diesem Gerät begrenzt. Die Erzeugung von Eingangseinwirkungen erfolgt in diesem Gerät auf mechanischem Wege mittels eines Servomotors, wobei bedeutende Fehler im Fall einer Änderung der Speisespannung entstehen. Außerdem weist das Gerät eine niedrige Störfestigkeit auf und gibt keine Möglichkeit, Phasenabweichungen bei zwei willkürlich gewählten haimonischen Signalen zu messen.

Es ist auch eine Einrichtung zur Messung der Parameter einer dynamischen Steuerstrecke bekannt, die eine Quelle von periodischen Schwingungen enthält, welche an die dynamische Steuerstrecke angeschlossen ist, wobei der Ausgang der letzteren mit einer Anzeigeeinheit elektrisch verbunden ist (vgl. z. B. »elektronische Meßgeräte« Gosenergoisdat, Leningrad, 1961, S. 219, Gordon R. Par tr ing »Principes of electronic instruments«, Prentice Hall, 1958).

In diesem Gerät werden Phasenverschiebungen mit Hilfe von Lissajous-Figuren gemessen. Die vom Ausgang einer dynamischen Steuerstrecke und einer Quelle periodischer Schwingungen gelieferten Signale werden den Horizontal- und den Vertikalablenkplatten eines Oszillografen zugeführt, der als Anzeigeeinheit benutzt wird. Dabei erscheint am Oszillografenschirm die Abbildung einer Ellipse. Durch Messung der Ellipsenparameter und durch zusätzliche Berechnungen erhält man die Größe der Phasenverschiebung und das Ampütudenverhältnis des Meßsignals.

Für die Ermittlung der erwähnten Parameter mit minimalem Fehler sind bei der beschriebenen Einrichtung eine strenge Gleichheit von Verstärkungsfaktoren für die Horizontal- und Vertikalablenkplatten des Oszillografen und die Zentrierung der Ellipse am Schirm der Elektronenstrahlröhre des Oszillografen erforderlich. Praktisch läßt es sich nicht erreichen. Außerdem funktioniert die erwähnte Einrichtung nicht, wenn Geräusch und Gleichkomponenten in dem vom Ausgang der dynamischen Steuerstrecke gelieferten Signal anwesend sind, und erfordert eine beträchtliche Zeit für die Umrechnung der Ellipsenparameter in Phasenverschiebungswerte und Amplitudenverhältnisgrößen. Die Einrichtung ist zur Nullpunktsdrift der

Verstärker sehr empfindlich und eignet sich nicht für die Untersuchung von nichtlinearen Steuerstrecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken zu schaffen, deren konstruktiver Aufbau es ermöglicht, eine hohe Meßgenauigkeit beim Rauschen zu erreichen, dessen Amplitude zehn- bis zwanzigmal höher als die Signalamplitude der zu untersuchenden linearen oder nichtlinearen Steuerstrecke liegt, den Meßfrequenzbereich zu erweitern, die MeDgenauigkeit zu erhöhen sowie die Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken zu vereinfachen und zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Einrichtung zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken, die eine Quelle periodischer Schwingungen enthält, welche an eine dynamische Steuerstrecke angeschlossen ist, und bei der der Ausgang der dynamischen Steuerstrecke mit einer Anzeigeeinheit elektrisch verbunden ist, erfindungsgemäß aus folgenden Baueinheiten aufgebaut wird: Einer Differenzsignaleinheit mit regelbarem Verstärkungsfaktor für einen der Eingänge, wobei der Ausgang der Differenzsignaleinheit mit der Anzeigeeinheit elektrisch verbunden wird, aus einer Baueinheit zur Phasenregelung, deren Ausgang an den ersten Eingang der Differenzsignaleinheit angeschlossen wird, sowie aus einem Schalter, mit dessen Hilfe der Ausgang der Quelle periodischer Schwingungen und der dynamischen Steuerstrecke mit dem Eingang der Differenzsignaleinheit und der Baueinheit zur Phascnregelung verbunden wird, so daß in der ersten Schalterstellung der Ausgang der dynamischen Steuerstrecke an den zweiten Eingang der Differenzsignaleinheit angeschlossen wird, und der Ausgang der Quelle periodischer Schwingungen mit dem Eingang der Baueinheit zur Phasenregelung verbunden wird, und dadurch die Möglichkeit gegeben wird, die Phasenverschiebung in der dynamischen Steuerstrecke von Null bis zu -180° zu messen, die Schnellwirkung zu ermitteln, das Amplitudenverhältnis des elektrischen Signals am Ausgang und am Eingang der dynamischen Steuerstrecke zu bestimmen sowie die Kapazität und die Induktivität der Elemente der Steuerstrecke zu messen, und in der zweiten Schalterstellung der Ausgang der Quelle periodischer Schwingungen an den zweiten Eingang der Diffcrenzsignalcinhcit angeschlossen wird, während der Ausgang der dynamischen Steuerstrecke mit dem Eingang der Baueinheit zur Phasenregelung verbunden wird, wobei die Messung der Phasenverschiebung der Signale am Eingang und Ausgang der dynamischen Steuerstrecke über -180° und die Messung der Frequenz der periodischen Schwingungen möglich werden.

ZweckmäQigcrwcise soll die Baueinheit zur Phasenregelung einen Summator und einen parallel zum ersten Eingang des Summators angeschlossenen Operationsverstärker enthalten, in dessen Gcgcnkopplungszwcig ein Kondensator mit regelbarer Kapazität und ein an diesen purallclgcschnltctcr Widerstand liegen, wobei der Verbindungspunkt des ersten Summatorcingangs und des Opcrationsvcrstttrkcrcingangs als Eingang und der Summutorausgang als Ausgang der Baueinheit zur Phasenregelung dienen.

Es ist auch zweckmäßig, in der Einrichtung zusätzlich einen aus einem Kondensator, einem Detektor und einem ersten Filter bestehenden Rcihcnkrcls vorzusehen, wobei der Kondensator an den Ausgang der Diffcrcn/.signnlcinhcii und das erste Tilter an die Anzeigeeinheit angeschlossen werden.

Von Vorteil ist es auch, die Einrichtung mit einem zweiten Filter auszustatten, bei dem der Eingang mit dem Kondensator und der Ausgang mit dem Detektor verbunden werden.

Diese erfindungsgemäß ausgeführte Einrichtung zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken ist für die Messung der Phasenverschiebung, der Amplitudenverhältnisse, der Schnellwirkung, der Frequenz, der elektrischen Kapazität und der Induktivität bestimmt und ist durch hohe Empfindlichkeit und Meßgenauigkeit in einem großen Meßfrequenzbereich sowie durch ihre weitgehend universelle Anwendbarkeil gekennzeichnet. Die Einrichtung zeichnet sich auch durch hohe Störfestigkeit und niedrige Empfindlichkeit gegenüber Paramelerstreuungen ihrer Elemente sowie gegenüber einen Nullpunktsdrift der Verstärker aus. Dies ist unter anderem dadurch bedingt, daß die Baueinheit zur Phasenregelung aus einem Summator mit parallelgeschaltetem Operationsverstärker aufgebaut ist, dessen Gegenkopplungszweig einen Widerstand und einen parallelgeschalteten Kondensator mit regelbarer Kapazität enthält, und daß in der Einrichtung ein Korrekturglied verwendet wird, das aus einer Reihenschaltung eines Kondensators, eines Detektors und eines Filters besteht.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung von konkreten Ausführungsbcispiclen und an Hand der Zeichnungen näher erläutert. I lierbd zeigt

Fig. 1 Blockschaltbild der Einrichtung zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken gemäß der Erfindung,

Fig. 2 Prinzipschaltbild der ersten Ausführungsvariantc der vorgeschlagenen Einrichtung, für die ein automatisches Steuersystem als dynamische Steuerstrecke benutzt wird,

Fig. 3 dasselbe wie in Fig. 2, aber mit einem Kondensator, der zwischen dem Verbindungspunkt zweier als dynamische Steuerstrecke dienender Widerstände und der Erde eingeschaltet ist,

Fig.4 dasselbe wie in Fig. 2, aber mit einem aus Induktivitätsspulc und zwei Widerstünden bestehenden Reihcnglicd, das als dynamische Steuerstrecke benutzt wird,

Fig.5 dasselbe wie in Fig.2, aber mit einem Wt'-Glied, das aus einem Kondensator und zwei in Reihe geschalteten Widerständen besteht und als dynamische Steuerstrecke benutzt wird,

F i g. 6 zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Hinrichtung zur Messung der Piinimctei dynamischer Steuerstrecken,

Fig.7 dasselbe wie in Fig.6, aber mit cinciv Kondensator, der zwischen dem Vcrbindungspunki zweier als dynamische Steuerstrecke dienender Wider stände und der Erde eingeschaltet ist,

Fig.8 dasselbe wie in Fig,6, aber mit einem αιυ Induktivitätsspulc und zwei Widersländen bestehender Reihcnglicd, das als dynumischc Steuerstrecke benutz wird,

Fig.9 dasselbe wie in Fig.6, über mit einen Rcihenglicd, das aus einem Kondensator und zwe Widerständen besteht und als dynamische Stcuerstrek kc benutzt wird,

Die vorgeschlagene Einrichtung zur Messung dei Parameter dynamischer Steuerstrecken enthält eint Quelle 1 (Fig. I) von periodischen Schwingungen, dii an die zu untersuchende dynumischc Steuerstrecke: angeschlossen wird. Zur Einrichtung gehört mich ein«

S

Differenzsignaleinheit 3 mit regelbarem Verstärkungsfaktor für einen der Eingänge. Der Ausgang der Differenzsignalcinheit 3 ist mit einer Anzeigeeinheit 4 elektrisch verbunden. Weilerhin gehört zur Einrichtung eine Baueinheit 5 zur Phasenregelung, deren Ausgang an den ersten Eingang der Differenzsignaleinheit 3 angeschlossen ist.

Zur Messung verschiedener Parameter der dynamischen Steuerstrecke 2 enthält die Einrichtung einen Schalter 6, der den Ausgang der Quelle 1 von periodisehen Schwingungen und der dynamischen Steuerstrekke2 mit dem Eingang der Differenzsignalcinheit 3 und der Baueinheit 5 zur Phasenregelung so elektrisch verbindet, daß in der ersten Stellung 7 und 8 des Schalters 6 der Ausgang der dynamischen Steuerstrekke2 an den Eingang der Differenzsignalcinheit 3 und der Ausgang der Quelle 1 von periodischen Schwingungen an den Eingang der Baueinheit 5 zur Phasenregelung angeschlossen werden. Diese Verbindungsart ermöglicht die Messung der Phasenverschiebung in der dynamischen Steuerstrecke 2 in den Grenzen von 0° bis zu - 180°, sowie die Messung der Schnellwirkung, des Amplitudenverhältnisses beim ein- und ausgangsscitigcn Signal dieser dynamischen Steuerstrecke 2 und die Messung der Kapazität und der Induktivität von Elementen der Steuerstrecke 2. In der /weiten Stellung 9 und 10 des Schallers 6 wird der Ausgang der Quelle 1 von periodischen Schwingungen an den Eingang der Differenzsignalcinheit 3 und der Ausgang der dynamischen Steuerstrecke 2 an den Eingang der Baueinheit 5 zur Phasenregelung geschaltet. Bei dieser Verbindungsart wird die Messung der Phasenverschiebung der ein- und ausgangsscitigcn Signale der dynamischen Steuerstrecke 2 über -180" sowie die Messung der Frequenz der von der Quelle I gelieferten periodischen Schwingungen möglich.

In der ersten Ausführungsvarianie der eifindungsgemäUcn Einrichtung zur Messung der Parameter einer dynamischen Steuerstrecke stellt die letztere ein geschlossenes automatisches Steuersystem dar. /u diesem System gehört ein Operationsverstärker Π (Ii μ. 2), in dessen (iegciikopplungs/weig ein Korrekturglied liegt, das aus einem Kondensator 12 mit einem parallclgeschaltctcn Widerstand U besteht. Der Ausgang des Operationsverstärkers ti ist über einen Widerstand 14 im einen Iniegnerverslärker 15 auge schlossen, in dessen (iegenkopplungs/weig ein Koiuleu salor 16 liegt. Der Ausgang lies Verstärkers 15 ist über einen Widerstand 17 mit dem Eingang eines Umkehr· Verstärkers 18 verbunden, dessen (iegenkopplungskt eis *>" einen Widerstund 19 enthüll und dessen Ausgang über einen Widerstand 20 und einen im diesen paralleler schalteten Kondensator 21 mil dem Hingang des Verstärkers 11 verbunden ist. Der Hingang des Verstärkers M ist über einen Widerstand 22 an den SS Ausgang der Quelle 1 periodischer Schwingungen angeschlossen, die einen mit Halbleiterbauelementen aufgebauten Generator darstellt (νμΙ, S. M, Ci e r a s s i ■ mow, I. N, M i μ 111 i η, W. N. 111 k t> w I e w »Ucreeh· ιηιημ von Halbleiterverstärker!! und generatoren«, to Vertun f»f technische l.ilcnitin· der Ukrainischen SSU, Kiew, 1461, S. 201 -222).

In dieser Aiisfuhriingsvarimiie der Hinrichtung enthält die Baueinheit 5 /ur Phasenregelung einen Siiinmiilor 2.3, der aiii der Basis eines Opcrutionsversläi · '"> keis milgebmil ist. Im (icgenkoppliings/weig des let/iercn lieg! ein Widerstund 24 und im seinen ersten Hingang ist ein Widerstand 25 angeschlossen, /ur Baueinheit 5 gehört auch ein Operationsverstärker 26, in dessen Gegenkopplungszweig ein Kondensator 27 mit regelbarer Kapazität und ein parallelgeschalteter Widerstand 28 liegen. Der Verstärker 26 ist über die an seinen Eingang bzw. Ausgang angeschlossenen Widerstände 29 and 30 parallel zum ersten Eingang des Summators 23 geschaltet. Bei diesem Aufbau der Baueinheit 5 bildet ihren Eingang der Verbindungspunkt des ersten Eingangs des Summators 23 und des Eingangs des Operationsverstärkers 26, d. h. der Verbindungspunkt der Widerstände 25 und 30. Als Ausgang der Baueinheit 5 dient der Ausgang des Summators 23.

In der Stellung 31 des Schalters 6 ist der Ausgang des Operationsverstärkers 11 an den Eingang der Baueinheit 5 zur Phasenregelung angeschlossen.

Wie oben erwähnt wurde, liegt der Ausgang der Baueinheit 5 am Eingang der Differenzsignaleinheit 3, die in der betreffenden AusfUhrungsvarianie der Einrichtung aus einer Reihenschaltung eines Umkehrverstärkers 32 und eines Summators 33 besteht. Den Eingang der Einheil 3 bildet dabei ein Rcgelwidcrsiand 34, der am Eingang des Umkehrverstärkers 32 liegt, in dessen Gegenkopplungszwcig ein Widerstand 35 eingeschaltet ist. Wie man aus der Zeichnung ersehen kann, ist der Eingang der Einheil 3 mittels des Schalters 6 an den Ausgang des Integrierverstärkers 15 angeschlossen, der zur dynamischen Steuerstrecke 2 gehört.

Der Ausgang des Uinkehrvcrstäikers 32 ist mit Hilfe eines Widerstands 36 mit dem Eingang des Summators 33 verbunden. Im Gegenkopplungs/.weig des letzteren liegt ein Widerstand 37, und dem anderen Eingang des Summators 33 wird über einen Widerstand 38 ein Signal vom Ausgang des Summators 23 zugeführt, der zur Baueinheit 5 gehört.

Der Ausgang des Summators 33, der als Ausgang der Differen/signaleinheil 3 dient, ist in der beschriebenen Ausführungsvariantc an die An/eigeeinheit 4 angeschlossen, deren UoIIe ein Vollmeter von bekanntem Aufbau spielt.

Bei der beschriebenen Verbindung aller Bestandteile der vorgeschlagenen Einrichtung registriert die An/ei· geeinheil 4 die Differen/signale bei der Messung der Phasenverschiebung von ein und ausgangsscitigcn Signalen der dynamischen Sieuerstrecke von 0" bis /u ··■ 180" sowie die Verhältniswerte tier Amplituden am Ausgang und am Hingang der dynamischen Siciiersirekke und ihre Schnellwirkung. Bei der Umstellung de«· Schalters h aus der Stellung H in die Stellung Jl livieii die An/eigeeinheil 4 auch Ampliludciivcrhalmissc um Phasenverschiebungen lies ()penitionsvcrslüikers 11 al· eines /.wisehuntilied.es tier dynamischen Sieiiersirek ke 2.

Die dynamische Steuerstrecke 2 kann durch eil Trllnheilsglicd dargestellt werden, bestehend aus einen Kondensator 39 (I'i g, 3) bei dem ein Belag geerdet um der andere an den Vcrbinduiigsptinkt der Widcrstiiiidi 40 und 41 angeschlossen ist. Bei der beschriebene! Verbindungsiiri der Bestandteile tier Hinrichtung, tun zwar bei der Verbindung des Ausgangs der dyiuuni seilen Steuerstrecke 2 mit dem Hingang der Dillcren/ signaleinhcit .1 und des Ausgangs der Quelle I voi periodischen Schwingungen mit dem Hingang de Bmieinheil 5 /ur Phasenregelung registriert die An/ei geeinheil 4 die Diflcrcn/signnie und /iislli/lieh de Kiipa/itlilswiTl des Kondensators W.

Die dynamische Sleiiersiiecke 2 kiinii muh ei

'H¹IIi MIM;.

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Trägheitsglied darstellen, das aus einer Spule 42(Fi g. 4) und in Serie geschalteten Widerständen 43 und 44 oder aus einem Kondensator 45 (Fig. 5) und Widerständen 46 und 47 besteht. Dabei mißt die vorgeschlagene Einrichtung außer den anderen Parametern auch die Induktivität der Spule 42 (F i g. 4) oder die Kapazität des Kondensators 45 (F i g. 5).

Es ist auch eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken möglich, die der beschriebenen Variante ähnlich aufgebaut wird.

Der Unterschied der zweiten Ausführuiigsvariante besteht nur darin, daß der Ausgang der Differenzsignaleinheit 3 mit der Anzeigeeinheit 4 über eine Reihenschaltung eines Kondensators 48 (F i g. 6), eines zweiten Filters 49, eines Detektors 50 und eines ersten Filters 51 elektrisch verbunden wird.

Das zweite Filter 49 ist auf der Biasis eines Operationsverstärkers 52 aufgebaut, in dessen Gegenkopplungszweig ein Kondensator 53 und ein mit diesem parallelgeschalteter Widerstand 54 liegen. Dabei ist der Eingang des Operationsverstärkers 52 mit dem Kondensator 48 über einen Widerstand 55 verbunden, und der Ausgang des Operationsverstärkers 52, dessen Rolle der Ausgang des Filters 49 spielt, ist an den Detektor 50 angeschlossen.

Das erste Filter 51 wird durch einen Widerstand 56 gebildet, bei dem ein Anschluß mit dem Ausgang des Detektors 50 und über einen Kondensator 57 mit der »Erde« verbunden ist, und der andere Anschluß, der als Ausgang des Filters 51 dient, mit der Anzeigeeinheit 4 Verbindung hat.

Der Einbau der aus dem Kondensator 48, dem ersten Filter 49, dem Detektor 50 und dem zweiten Filter 51 bestehenden Reihenschaltung erhöht die Störfestigkeit der Einrichtung, beseitigt den Einfluß der Nullpunktsdrift der zur Einrichtung gehörenden Verstärker auf die Meßgenauigkeit und erweitert den Mcßfn;quenzbereich.

Die Fig. 7,8 und 9 zeigen die zweite Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Einrichtung, die für die Untersuchung dor in Fig. 3, 4 bzw. 5 dargestellten dynamischen Steuerstrecken benutzt wird.

In allen F i g. 1 bis 9 sind die Stellungen 58, 59 und 60 des Schullers 6 gezeigt, in denen der Schalter 6 die Quelle I periodischer Schwingungen und die dynamische Steuerstrecke 2 von der Differenzsignalcinhcil 3 und der Baueinheit 5 zur Phasenregelung abschaltet.

Die vorgeschlagene Einrichtung zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken funktioniert wie folgt.

Bei der Messung der Phasenverschiebung von ein- und uusgangsscitigcn Signalen der dynamischen Steuerstrecke 2 (Fig.2) sowie des Amplitudenverhültnisses der Signale um Ausgung und Eingang befindet sich der Schultere in den Stellungen8, 58, 59, Dabei wird dem Hingang der Baueinheit 5 zur Phasenregelung von der Quelle t periodischer Schwingungen ein Signal zugeführt, und die dynumischc Steuerstrecke 2 ist von der Differenzsignaleinheit 3 abgeschaltet, In dieser Stellung wird die Kapazität des im Ocgcnkopplungs/wcig des Operationsverstärkers 26 liegenden Kondensators 27 luif Null eingestellt. Darauf wird die von der Anzeigecinheit 4 registrierte SignulgröUc gemessen. Der Schultere wird dann In die Stellung7, 59, 60 umgestellt, in der die Anzeigecinheit 4 nur dus Signal um Ausgung der dynamischen Steuerstrecke 2 fixiert, Mit Hilfe des zur Änderung des Verstürkungsfuklors des

Umkehrverstärkers 32 dienenden Regelwiderstands 3' wird die Größe des der Anzeigeeinheit 4 zugeführtei Signals gleich dem vorher gemessenen Wert eingestelll Dabei ist der im Umkehrverstärker 32 eingestellt« Verstärkungsfaktor gleich dem Amplitudenverhältnii des am Ausgang der Schwingungsquelle 1, d. h. an Eingang der dynamischen Steuerstrecke 2 wirksamer Signals und des Ausgangssignals dieser dynamischer Steuerstrecke 2.

ίο Bei der Umstellung des Schalters 6 in die Stellungen 7,8 und 59 werden dem Summator 33 Signale vorr Ausgang der dynamischen Steuerstrecke 2 und dei Schwingungsquellc 1 über die Baueinheit 5 zur Phasen regelung zugeführt. Dabei ändert man die Kapazität de; Kondensators 27 und folglich die Zeitkonstante To= foe · C27 bis zu einem Wert, bei dem das von dei Anzeigeeinheit 4 registrierte Abweichungssignal seiner Minimalwert erreicht. Dies wird darauf hindeuten, daC die Phasenverschiebungen des Signals der zu unterenchenden dynamischen Steuerstrecke 2 und des Signals der Baueinheit 5 gleich groß sind.

Da die Frequenz A der von der Quelle 1 erzeugten periodischen Schwingungen und der Wert To bei der Baueinheit 5 zur Phasenregelung bekannt sind, läßt sich die Phasenverschiebung der Signale am Ausgang der dynamischen Steuerstrecke 2 und am Ausgang der Schwingungsquelle 1 aus der Formel φ = 2 arctg f/0 ■ Λ ■ 2 π) bestimmen.

Die in der dynamischen Steuerstrecke 2 tntstehenden Morungen werden bei der Messung durch das zweite Hlter49 (Fig.6) unterdrückt. Bei der Verwendung dieses Filters 49 in der Schaltung der vorgeschlagenen Einrichtung brauchen bei der Messung der erwähnten Parameter keine Korrekturgrößen eingeführt zu werden. Außerdem löst das Filter 49 die erste Harmonische der zu untersuchenden Signale heraus, und dies gibt die Möglichkeit, diese Einrichtung für die Untersuchung nicht nur linearer, sondern auch nichtlinearcr dynamischer Steuerstrecken zu benutzen

Die Nullpunktsdrift in den Verstärkern 11. 15, 18. 26, J-i und bei den Summatoren 23 und 33 sowie die oieicnkomponenien der zu untersuchenden Signale über auch keinen Einfluß auf die Genauigkeit der Messung der genannten Parameter aus, da ein I rennkondensator 48 vorhanden ist.

Um den Meßfrequcnzbcreich zu erweitern und als *nzeigceinneit4 ein durch größere Trägheit gekennzeichnetes Zeigerinstrument verwenden zu können, wird in der vorgeschlagenen Einrichtung ein Detektor 3" w benutzt, der zusammen mit dem Filter 51 das vom Ausgang des Summutors 33 und des Filters 49 gelieferte periodische liiffcrenzsignul in eine elektrische Gleichspannung umwundcli.

Für die Ermittlung der Phasenverschiebungen bei ein-", "«»eangMeiiigon Signalen der dynamischen Stcucrl^ck,^{c 2}'^{dle fl}J>f - 180° liegen, wird der McDvorgong wie oben beschrieben durchgeführt, der Schulter 6 wird aber in die Stellungen 9.10 und 60 verstellt.

Bei der Messung der Frequenz der von der Quelle 1 .'· ? . j ^{9) crÄeu}8«en periodlichen Schwingungen wird us dynumischc Steuerstrecke 2 ein Vergleichs-Diferenzierglicd mit bekannter Phasenverschiebung für if.? rⁱ;^o,^c!^ue"^z ₁ ^b ₁ ^et1«»zt· »er Vorgang der Frequcnzmcs-6, 1VU 1 ^{rbc dur} «^{lcichu wiu} »ei der Messung der über -IHO liegenden Phasenvcrsehiebungsgrößcn, und der Frcqucn/wortiMderGröUeft-C» . äjh proportional.

J,Tnun!: ^{wlrkung dcr} dynamischen Steuerstrecke 2 wird ähnlich der Messung der unter -180° liegenden

Als

Phasenverschiebungen der Signale ermittelt.
Schwingungsquelle 1 wird in diesem Fall aber ein Rechteckimpulsgenerator benutzt, dessen Impulsfrequenz der Schnellwirkung der zu untersuchenden dynamischen Steuerstrecke 2 proportional ist. Der Schalter 6 wird in die Stellungen 7,8 und 59 gestellt und schaltet dabei den Ausgang der dynamischen Steuerstrecke 2 an den Eingang der Differenzsignaleinheit 3 und den Ausgang der Schwingungsquelle 1 an den Eingang der Baueinheit 5 zur Phasenregelung an. Dabei wird die Kapazität des Kondensators 27 von Null bis zu einer Größe geändert, bei der das Signal am Ausgang der Anzeigeeinheit seinen Minimalwert erreicht. Der Wert 3 To= Cn · Rie, stellt die Schnellwirkung dor zu untersuchenden Steuerstrecke 2, d.h. die Dauer des Übergangsvorgangs in Sekunden dar. Die Messung der Kapazität des Kondensators 39 (F i g. 3 und 7) und der Induktivität der Spule 42 (F i g. 4 und 8) wird ähnlich der

Bestimmung der unter -180" liegenden Phasenverschiebungen durchgeführt. Der Schalter 6 befindet sich dabei in den Stellungen 7,8 und 59.

Die elektrische Kapazität und die Induktivität sind dem Wert der Zeitkonstante Ta= R2» ■ C21 der Baueinheit 5 zur Phasenregelung proportional, bei dem das Abwcichungssignal an der Anzeigeeinheit 4 seinen Mini ma I wert annimmt.

Die Messung von Phasenverschiebungen und Amplitudenverhältnissen am Ausgang der dynamischen Steuerstrecke 2 (Fig. 2 undo) eines automatischen Steuersystems sowie am AusgiMig seines beliebigen Zwischenglieds, z. B. des Verstärkers 11, erfolgt ähnlich der Messung von Phasenverschiebungen und Amplitudenverhältnissen am Ausgang der dynamischen Steuerstrecke 2 und am Ausgang der Schwingungsquelle 1 Der Schalter 6 befindet sich dabei aber in der Stellung 7 31 und 59.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung der Parameter dynamischer Steuerstrecken, die eine Quelle periodischer Schwingungen enthält, welche an eine dynamische Steuerstrecke angeschlossen ist, und bei der der Ausgang der dynamischen Steuerstrecke mit einer Anzeigeeinheit elektrisch verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Baueinheiten: Eine Differenzsignaleinheit (3) mit regelbarem Verstärkungsfaktor für einen der Eingänge, wobei der Ausgang der Differenzsignaleinheit (3) mit einer Anzeigeeinheit (4) elektrisch verbunden ist; eine Baueinheit (5) zur Phasenregelung, deren Ausgang an den ersten Eingang der Differenzsignaleinheit (3) angeschlossen ist, sowie einen Schalter (6), mit dessen Hilfe elektrische Verbindung des Ausgangs der Quelle (1) periodischer Schwingungen und der dynamischen Steuerstrecke (2) mit dem Eingang der Differenzsignaleinheit (3) und der Baueinheit (5) zur Phasenregelung hergestellt wird, so daß in der ersten Schalterstellung der Ausgang der dynamischen Steuerstrecke (2) an den zweiten Eingang der Differenzsignaleinheit (3) angeschlossen wird, und der Ausgang der Quelle (1) periodischer Schwingungen mit dem Eingang der Baueinheit (5) zur Phasenregelung verbunden wird, wodurch die Möglichkeit gegeben wird, die Phasenverschiebung am Eingang und Ausgang der dynamischen Steuerstrecke (2) von Null bis zu -180° zu messen, die Schnellwirkung zu ermitteln, das Amplitudenverhältnis des elektrischen Signals am Ausgang und am Eingang der dynamischen Steuerstrecke (2) zu bestimmen sowie die Kapazität und die Induktivität der Elemente der Steuerstrecke (2) zu messen, und in der zweiten Stellung des Schalters (6) der Ausgang der Quelle (1) periodischer Schwingungen an den zweiten Eingang der Differenzsignaleinheit (3) angeschlossen wird, während der Ausgang der dynamischen Steuerstrecke (2) mit dem Eingang der Baueinheit (5) zur Phasenregelung verbunden wird, wobei die Messung der Phasenverschiebung der Signale am Eingang und Ausgang der dynamischen Steuerstrecke über -180° und die Messung der Frequenz der von der Quelle (1) erzeugten periodischen Schwingungen möglich werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (5) zur Phasenregelung einen Summator (23) und einen parallel zum ersten Eingang des Summators (23) angeschlossenen Operationsverstärker (26) enthält, in dessen Gegenkopplungszweig ein Kondensator (27) mit regelbarer Kapazität und ein an diesen parallelgeschalteter Widerstand (28) liegen, wobei der Verbindungspunkt des ersten Eingangs des Summators (23) und des Eingangs des Operationsverstärkers (26) als Eingang und der Ausgang des Summators (23) als Ausgang der Baueinheit (5) zur Phasenregelung dienen.

3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch zusätzliche Verwendung eines aus einem Kondensator (48), einem Detektor (50) und einem ersten Filter (51) bestehenden Reihenkreises, wobei der Kondensator (48) mit dem Ausgang der Differenzsignaleinheit (3) elektrische Verbindung hat und das erste Filter (51) an die Anzeigeeinheit (4) angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im erwähnten Reihenkreis ein zweites Filter (49) liegt, bei dem der Eingang mit dem Kondensator (48) und der Ausgang mit dem Detektor (50) verbunden sind.