SU1072004A1 - Адаптивный вычислитель частотных характеристик систем автоматического управлени - Google Patents

Abstract

АДАПТИВНЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКО1О УПРАВЛЕНИЯ, содержйщий генератор синусоидс1льных колебаний, первый выход которого соединен с входными клеммами вычислител , подключаемыми к входу исследуемой системы управлени , первый и второй множительные блоки, первые вхо;цы которых подключены к первому выходу генератора синусоидальных колебаний. третий и четвертый множительные бло-, ки, первые входы которых соединены со вторым выходом генератора, два индикатора частотных характеристик, первый интегратор, подключенный входом к выходу второго мнозкительного блока, а выходом - ко второму,входу первого множительного блока и к входу первого индикатора, второй интегратор , вход которого соединен с выходом четвертого множительного блока , а выход - со вторым входом третьего множительного блока и входом второго индикатора, и сумматор, входы которого подключены соответственно к выходам первого и третьего множительных блоков и к входным клеймам вычислител , подключаем к выходу исследуемой системы управл ни , отличающийс  тем, что, с целью поььшеки  быстродействи  и помехоустойчивости вычислитег л , он содержит датчик частоты, подключенный входом к первому выходу генератора, блок зоны нечувствительэ vl ности, вход которого соединен с выходом сумматора, и п тый множитель ный блок, первый вход которого подto ключен к выходу блока зоны нечувствительности , второй вход соединен э с выходом датчика частоты, а выходсо вторыми входами второго и четверного множительных блоков. 4

Description

Изобретение относитс  к специализированным вычислительным устройствам дл  исследовани  и контрол  систем автоматического управлени  ССАУ: и предназначено дл  определени  вещественной и мнимой частотных характеристик автоматических систем и их функционсшьных узлов.

Известно устройство дл  определени  вещественной и мнимой частотных характеристик, принцип действи  которого основан на измерении мгновенных значений сигнала на выходе исследуемо.го объекта С13 .

Однако определение именно мгновенных значений выходного сигнала, практически всегда сопровождающеес  аддитивным включением случайных помех , не позвол ет добитьс  высокой точности идентификации частотных характеристик САУ.

Известно также устройство, использующее компенсационный метод измерени  и содержащее фазоинверторы два трехпозиционных ключа, два делител  сумматор, генератор синусоидальных колебаний и индикатор 123,

Однако субъективные действи  оператора , направленные на компенсёщию №исодного сигнала САУ в этом устройстве , а также субъективна  оценка самого минимума оьшбки компенсации снижают потенциально высокие точностные возможности компенсационного метода и ограничивают быстродействие процесса измерени .

Наиболее близким техническим решевием к изобретению  вл етс  анали39top частотных характеристик систем ущ авлени , содержащий генератор % 111усс д 1льн ах колебаний/ первый вы код KOTOi oro соединен с входными к еммами вычислител , подключаемыми « входу исследуемой Системы управлени  «переый и второй множительные 6JtQKHf первые ВХОДЫ которых подклю  еш2 X лервсму выходу генератора синусоидальных колебаний, третий и четвертью множительные блоки, первые входа  которых соединены с BTOE%IM выходом генератора, два индикатора частотных характеристик, первый интегратор подключенный к выходу втсфого множительного блока, а выходом - к второму входу первого множительного б Ька и к входу первого индикатора, второй интегратор, вход которого соединен с выходом четвертого множительного блока, а выход - с вторым входом третьего множительного блока: и входом второго индикатора, и сумматор, входы кот чрого подк/шчены соответственно к выходам первого и третьего множительных блоков и к входным клеммам вычислител , подключаемым к выходу исследуемой системы управлени  .

Недостатком известного устройства  вл ютс  посто нные значени  коэфициентов усилени  в цеп х подстройки сигналов на вторых входах первого и третьего множительных блоков, предусмотренные в этой схеме, снижающие быстродействие устройства на различных частотах синусоидального воздействи .

Кроме того, отсутствие каких-либ специальных мер, направленных на (Ослабление действи  помех, реально всегда присутствующих в выходном .сигнале САУ, ухудшает помехозащищенность получаемых результатов.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстройэйстви  и помехоустойчивости адаптивного вычислител  частотых характеристик САУ.

Цель достигаетс  тем, что вычислитель содержит датчик частоты, подключенный входом к первому выходу генератсчза, блок зоны нечувствительности , вход которого соединен с выходом сумматора, и п тый множительный блок, первый вход которого подключен к выходу блока зоны нечувствительности , второй вход соединен с выходсм датчика частоты, а выход с вторыми входами второго и четвертого мнолсительных блоков.

На фиг. 1 приведена структурна  схема адаптивного вычислител  частотных характеристик САУ/ на фиг.2 и 3 показаны основн(ле закономерности , вы вленные при исследовании известного устройства: вли ние эквивалентного коэффициента усилени  л В каналах адаптации на быстродействие прибора и зависимость оптимального (по быстродействию) значени  этого коэффициента от частоты синусоидального воздействи  на САУ.

Устройство содержит двухфазный генератор 1 синусоидальных колебаний , входные клеммы вычислител  2, пoдключae вJe к входу исследуемой САУ, датчик 3 частоты синусоидальных колебаний, множительные блоки 4-8, интеграторы 9 и 10, сумматор 11, блок 12 зоны нечувствительности , индикаторы 13 и 14, входные кле1Ймы вычислител  15, подключаемь е к выходу исследуемой САУ.

Принцип действи  предлагаемого вычислительного устройства, также как и у известного, основан на ав-г тематической компенсации установившейс  реакции на выходе САУ вида

хеых -oiP(a)sinCB)t au(e8)cos art,

Ffle P(sta) и q d)- вещественна  и мнима  частотна  характеристики,подлежащие определению,возникак цей при пЬда че на его вход синусоидального йстви  asinUt.

Ою бка компенсации Е, получаема  на выходе сумматора 11, может быть записана в виде

XtoN(t)-a sinffl t-(5lco3ttit aCPCteV lslnuai-tuLQKwVulcuSbrt,, М

где Р, Q - значени  выходных сигна лов интеграторов 9 и 10.

1Сак видно из выражени  (1) тож дественное равенство нулю ошибки компенсации Е возможно при одновре менном выполнении равенств

), 5 Qi««), т.е. значени  сигналов F и Q представл ют собой в этом случае численные значени  вещественной P(wj и мнимой Q() частотных характеристик исследуемой САУ на заданной частоте ( .

Алгоритм настройки параметров Р и Q до обнул ющих сиаибку компенсации Е значений в вычислителе аналогичен алгоритму настройки этих же параметров в прототипе и имеет

ВД r$.Ao,sfn«)tcN:,

|i;k.. t2

Of

JcxoiecosuJt dti,

где - эквивалентный коэффициент усилени  8 1 анапах подстройки параметров Р и Q схемы компенсации выхрдногосигнала САУ.

Проведенные методом цифрового моделировани  исследовани  адаптивного вычислител  частотых характеристик САУ вы вили следующие закономерности ..

1. Эквивалентный коэф циент уси0 лени  А- существенно вли ет на динамику процессов оценивани  частотных характеристик и как следствие на потребное дл  такой оценки врем , т.е. на быстродействие прибора.

5

На фиг. 2 приведены типовые зависимости времени измерени  от Ol « указывающие на существование оптимёшьного значени  Л OVe , обеспечи0 вающего при заданных значени х и минимум времени оценивани .

2. Значение амплитудно-частотной характеристики вли ет на 25 быстродействие вы:числител  незначительно i табл. 1, где Tf«| - врем  измерени ).

I. .

Таблица 1

3. Оптимальное значение Oie эквивалентного коэффициента усилени  практически не зависит от значений фазовой частотной харглтеристики 1ФИГ. 2) и имеет близкую к линейной зависимость от текущих значений час тоты и воздействи  (фиг. 3}. Технически закон коррекции Э по частоте вьшолвён в изобретении в ви де множительного бЛока 8, на первый вход которого поступает ошибка компенсации Е, а на второй вход - сигнал с датчика 3 частоты. Автоматическа  подстройка параметров Р и скеюл компенсации осуществл етс  в соответствии с (2) пу тем умножени  сигнала с выхода шю  тельного блока В на сигнал и acosut в множительных блоках 4 и б и последующего интегрировани  полученных произведений на иитеграторах 9 И 10. В момент полиой ком пенсации сигнала Х«мх ошибка Е становитс  тождественно равной нулю, тем самым обнул ютс  сигналы на входах интеграторов 9 и 10 и процес интегрировани  на этом заканчиваетс . Установивишес  значени  сигналов и Q на выходах интегратора, зарегистрированные индикаторами 13 и 14, представл ют собой численные значени  вещественной РА) и мнимой Q(A} частотных характеристик исследуемой САУ. Измерение выходного сигнала САУ, как правило, сопровождаетс  по в;1ением гшдитивной случайной помехи N(t). Вход  Далее в ошибку компенсации Е Хк.+ H|t), где Х«е a( + Qcos« t) - сигнал компенсации, эта помеха участвует в настройке параметров Р и Ъ .a6f««c-4«.)8lr(«ftcH /xM(-bJsinu tdl, ||;J3U(xw«- t aA ft jWicoswtoH, случайные колебани  показа- НИИ индикаторов 13 и 14 относительно значений Р|в) и ). Эти колебани   вл ютс  е :тественным источником погрешностей идентификации частотных характеристик, затрудн   . их численное определение. Дл  ослаблений действи  помех в схему устройства введен блок зоны нечувствитель нрсти, преп тствующий прохождению ооиехи в каналы подстройки вещественной и мнимой частотных характеристик и тем самам способствующий улучшению помехоза1цищенности прибора. IB табл. 2 приведены значени  д сПерсии оценок частотных характерстик до и после введени  зоны иечувствительИости в тракт прохождени  ошибки К компеисации в кангшы единицы. Результаты получены цифровым моделированием уравнений (3), при А(и) j, а 12, помеха K(t) прин та распределенной по нормальному закону с нулевым математическим ожиданием и среднеквадратичным отклонением 0,8 Сотношечие шум/сигнал на выходе САУ тем самым составл ет 20%).

б ли да- 2

,4 0,247-10 0,875 IQ- 5

и, I

Г а.С

t.9

Как видно из табл. , введение . блока зоны нечувствительности в схему адаптивного вычислител  приводит к резкому снижению дисперсий оценок Р и частотных характеристик . .

Анализ результатов моделировани  показывает, что предлагаема  коррекци  эквивалентного коэффициента усилени  позвол ет повысить быстродействие адаптивного вычислител  частотных характеристик, а введение в схему блока зоны нечувствительности улучшает его помехозсццищенность .

«|

4f ,«

J9

а

$м.У

Claims (1)

1. (57} АДАПТИВНЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ, содержащий генератор синусоидальных колебаний, первый выход которого соединен с входными клеммами вычислителя, подключаемыми к входу исследуемой системы управления, первый и второй множительные блоки, первые входы которых подключены к первому выходу генератора синусоидальных колебаний, третий и четвертый множительные бло-, ки, первые входы которых соединены со вторым выходом генератора, два индикатора частотных характеристик, первый интегратор, подключенный входом к выходу второго множительного блока, а выходом - ко второму,входу первого множительного блока и к входу первого индикатора, второй интегратор, вход которого соединен с выходом четвертого множительного блока, а выход - со вторым входом третьего множительного блока и входом второго индикатора, и сумматор, входы которого подключены соответственно к выходам первого и третьего множительных блоков и к входным клеммам вычислителя, подключаемы* к выходу исследуемой системы управл ния, отличающийся тем, что, с целью поВыиения быстродействия и помехоустойчивости вычислите-г ля, он содержит датчик частоты, под- В ключенный входом к первому выходу генератора, блок зоны нечувствительности, вход которого соединен с выходом сумматора, и пятый множительный блок, первый вход которого подключен к выходу блока зоны нечувствительности, второй вход соединен с выходом датчика частоты, а выходсо вторыми входами второго-и четверного множительных блоков.