SU133111A1 - Анализатор частотных характеристик линейных и нелинейных систем автоматического регулировани - Google Patents

Description

Предлагаемый анализатор частотных характеристик линейных л нелинейных систем автоматического регулировани  относитс  к известному типу анализаторов, основанных на подаче на вход системы синусоидального неременного напр жени  заданной частоты и определении частотной характеристики напр жени  на выходе той же системы. Подобно известным анализаторам этого типа, он содержит два вращающихс  трансформатора, приводимых во вращение с посто нной скоростью , из которых один питаетс  током несущей частоты и служит дл  генерировани  синусоидальных колебаний, подаваемых на вход исследуемой системы, а второй, на который подаетс  напр жение с выхода системы, используетс  как множительное устройство. Этот последний трансформатор снабжен двум  выходными обмотками, сдвинутыми на угол в 90°, напр жени  которых после демодул ции характеризуют амплитуду и фазу измер емой гармоники напр жени , получаемого на выходе системы.

Особенностью предлагаемого анализатора, обеспечивающей возможность определени  амплитуды и фазы каждой из гармоник напр жени , получаемого на выходе испытуемой системы,  вл етс  наличие механической св зи между обоими вращающимис  трансформаторами, осуществл емой системой регулируемых передач с различными передаточными числами, значени  которых соответствуют номерам определ емых гармоник. При этом в одном из трансформаторов предусмотрено приспособление дл  изменени  углового смещени  его оси относительно оси вращени  второго трансформатора.

На чертеже представлена структурна  схема предлагаемого анализатора .

Основными част ми предлагаемого анализатора  вл етс  генератор низкочастотных синусоидальных колебаний, подключенный к входу

№133111-2исследуемой системы ИО, и измерительное устройство (права  часть схемы), подключенное к выходу системы ИО. Низкочастотное напр жение получаетс  посредством модул ции колебаний несущей частоты 2000 гц или 400-500 гц с помощью вращающегос  трансформатора ВТ. Установка частоты ыо модул ции несущих колебаний, подводимьгх к трансформатору ВТ, производитс  изменением скорости вращени  ротора трансформатора. Это изменение осуществл етс  посредством многоступенчатого редуктора PI, св занного с синхронным двигателем С Ц, либо при помощи регулируемого асинхронного двигател  или двигател  посто нного тока.

При исследовании элементов или систем, работающих на посто нном токе, используетс  несуща  частота 2000 гц. Модулированные колебани  этой частоты выпр мл ютс  демодул тором Д, усиливаютс  усилителем мощности УМ и поступают на вход исследуемой системы ИО. Дл  обеспечени  зсилени  колебаний низких частот, используемых при исследовании систем регулировани , усилитель УМ должен быть построен по схеме усилени  посто нного тока. Напр жение на выходе усилител  устанавливаетс  делителем напр жени  ДЯ. При необходимости увеличени  выходной мощности генератора используетс  впещний усилитель мощности БУМ. Р1змерительное устройство содержит входное устройство ВУ, позвол ющее измен ть чувствительность прибора, модул тор М на 2000 гц, усилитель напр жени  переменного тока УН, вращающийс  трансформатор ВТ, демодул торы Д и Да, низкочастотные фильтры Ф: и 02, делитель напр жени  ДН и нулевые индикаторные приборы //1 и //2 соответственно фазы и амплитуды. Роторы трансформаторов ВТ и ВТ механически св заны посредством планетарной передачи Р с целыми передаточными числами. Взаимное расположение статорных обмоток трансформаторов может измен тьс  нутем поворота статора трансформатора ВТ2. Угол поворота отсчитываетс  но щкале и измен етс  в пределах от О до 360°.

При исследовании систем, работающих на несущей частоте 400- 500 гц, демодул тор Д и модул тор М отключаютс  переключателем Я; и выходное напр жение генератора принимает вид модзлировакных колебаний с двухсторонней (двухполупериодной) модул цией.

Прп рассмотрении работы анализатора и при определении частотных характеристик исследуемой системы, включающей в общем случае элементы с нелинейными характеристиками, дл  простоты предполагаетс , что при заданной частоте ю со фазовый сдвиг, вносимый генератором низкочастотных синусоидальных колебаний, равен нулю.

При синусоидальном напр жении на входе исследуемой системы напр жение на ее выходе измен етс  по некоторому периодическому закону и характер этого изменени  полностью определ етс  характером нелинейностей, имеющихс  в системе.

Легко показать, что при коэффициенте передачи редуктора Р, равном /С, можно осуществл ть измерение амплитуды н фазы /С-й гармоники . Фазовый сдвиг /С-й гармоники на выходе исследуемой системы определ етс  по углу поворота статора вращающегос  трансформатора , при котором напр жение на выходе фильтра Ф: равн етс  нулю.

Прп таком повороте статора амплитуда /С-й гармоники на выходе исследуемой системы

0..-..}

где: //rfjala)/) - напр жение посто нной составл ющей на выходе фильтра Фа;

K(

(;) - коэффициент передачи измерительной системы по каналу измерени  амплитуды;

Кф2(1} - коэффициент передачи фильтра Фд.

Если определ етс  частотна  характеристика системы или ее эле .мент по первой гармонике, то значение модул  комплексного коэффициента передачи системы определ етс  выражением.

где: (ш;) - амплитудное значение первой гармоники на выходе

исследуемой системы; вл-(®г ) - амплитудное значение синусоидального сигнала на

входе системы.

Фазовый сдвиг, вносимый системой на первой гармонике, равн етс  углу поворота статора вращающегос  трансформатора, при котором напр жение на выходе фильтра 0i равно .

Легко показать, что посто нна  составл юща  на выходе исследуемой системы, котора  может по витьс  вследствие нелинейности характеристик системы или дрейфа усилител  посто нного тока, дает на выходе демодул торов Д1 к Дд переменную составл ющую с частотой О) КО); и, следовательно, не оказывает вли ни  на точность измере ,ни  первой гармоники и высших гармонических составл ющих на выходе исследуемой системы, так как последние измер ютс  по величине посто нной составл ющей на выходе демодул торов Д и определени  частотной характеристики исследуемой системы необходимо подать на ее вход с генератора низкочастотных колебаний соответствующее напр жение низкой частоты и измерить амплитуды и фазы напр жений на входе и выходе этой системы при различных ча стотах. Частота и величина возмущающего напр жени  устанавливаютс  описанным способом, а коэффициент передачи редуктора PZ устанавливаетс  равным единице (). Измерительное устройство анализатора посредством переключател  Яз подключаетс  на вход исследуемой системы ИО; положение статора трансформатора ВТ подбираетс  таким образом, чтобы показание индикатора Я; фазы равн лось нулю. Затем индикатор Яа амплитуды также устанавливаетс  на нуль изменением напр жени  сравнени , снимаемого с делител  ДЯгПосле этого входное устройство ВУ переключаетс  на выход исследуе-мой системы, и цикл повтор етс .

Фазовый сдвиг, вносимый исследуемой системой на установленной частоте, определ етс  как разность двух показаний на щкале отсчета угла ф, а модуль комплексного коэффициента передачи по первой гармонике находитс  как отнощение второго отсчета по делителю ДЯ2 к первому отсчету. При определении модул  коэффициента передачи так ,же должна учитыватьс  чувствительность анализатора, устанавливаемого во входном устройстве ВУ.

Измерение производитс  по основной гармонике напр жени  на выходе исследуемого объекта, что дает возможность определ ть частотные зависимости не только линейных, но и нелинейных систем различного рода. При измерении высщих гармонических составл ющих на выходе исследуемой системы устанавливаетс  соответствующий коэффициент передачи /С редуктора PI, равный пор дковому номеру /С гармоники . По углу поворота статора трансформатора ВТ, при котором показание индикатора И фазы равно нулю, определ етс  фазовый сдвиг дл  /С-й гармоники, а по показанию делител  ДЯг, при котором Стрелка индикатора И стоит на нуле, определ етс  амплитуда /С-й гармоники- 3 133111

UeMxml(i

/(«.,)

ta.z()