SU640264A1

SU640264A1 - Linear control system frequency characteristic analyzer

Info

Publication number: SU640264A1
Application number: SU762387201A
Authority: SU
Inventors: Василий Иванович Ведерников; Евгений Николаевич Кисин; Евгений Дмитриевич Клюев; Станислав Васильевич Колотилкин; Владимир Леонидович Похваленский
Original assignee: Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им. Серго Орджоникидзе
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1976-07-19
Publication date: 1978-12-30

Description

1one

Изобретение относитс к области автоматики , а именно, к техническим средствам исследовани и контрол систем автоматического управлени и может быть использовано при анализе динамических свойств линейных автоматических систем и их элементов .The invention relates to the field of automation, namely, to technical means of research and control of automatic control systems and can be used in the analysis of the dynamic properties of linear automatic systems and their elements.

Известно устройство дл определени частотных характеристик, принцип действи которого основан на измерении мгновенных значений сигнала на выходе исследуемого объекта .A device for determining frequency characteristics is known, the principle of which is based on measuring the instantaneous values of the signal at the output of the object under study.

Необходимость измерени мгновенных значений выходного сигнала требует сложной логической аппаратуры, быстродействующих коммутационных и специальных измерительных устройств, что существенно усложн ет полную схему устройства.The need to measure the instantaneous values of the output signal requires complex logic hardware, high-speed switching and special measuring devices, which significantly complicates the complete circuit of the device.

Более точно вещественна и мнима частотные характеристики линейных систем могут быть определены с помощью устройства , использующего компенсационный метод измерени и содержащего фазоинверторы , два трехпозиционных ключа, два делител , сумматор, генератор синусоидальных колебаний, индикатор .More precisely, the real and imaginary frequency characteristics of linear systems can be determined using a device using a compensation measurement method and containing phase inverters, two three-position keys, two dividers, an adder, a generator of sinusoidal oscillations, an indicator.

Схема этого устройства достаточно громоздка , а активное участие оператора в компенсации выходного сигнала, необходимое дл работы устройства, снижает высокие точностные возможности компенсационного метода (в силу субъективных оценок минимума ошибки компенсации) и ограничивает быстродействие процесса измерени .The scheme of this device is rather cumbersome, and the active participation of the operator in compensating the output signal necessary for the operation of the device reduces the high accuracy possibilities of the compensation method (due to subjective estimates of the minimum of compensation error) and limits the speed of the measurement process.

Известен анализатор частотных характеристик линейных систем управлени 3J, содержащий генератор синусоидальных колебаний , сумматор, выход которого соединен с первыми входами первого и второго множительных устройств, выходы которых соединены соответственно со входом первого интегратора и через второй интегратор - с первым входом третьего множительного устройства, выход которого подключен к второму входу сумматора.A known analyzer of frequency characteristics of linear control systems 3J contains a generator of sinusoidal oscillations, an adder, the output of which is connected to the first inputs of the first and second multiplying devices, the outputs of which are connected respectively to the input of the first integrator and through the second integrator to the first input of the third multiplying device, the output of which connected to the second input of the adder.

Кроме того, данное устройство содержит фазовращатель, первый и второй выходы которого соединены соответствеННО со вторыми входами третьего и первого множительных устройств, выход третьего множительного устройства св зан со вторым входом второго множительного устройства, а на первый и второй входы фазовращател подключены выход генератора и с нулевой фазой и выход первого интегратора.In addition, this device contains a phase shifter, the first and second outputs of which are connected to the second inputs of the third and first multiplying devices, the output of the third multiplying device is connected to the second input of the second multiplying device, and the generator output is connected to the first and second inputs of the phase shifter phase and output of the first integrator.

Наличие фазовращател с двум выходами усложн ет схему этого устройства, а больщие погрешности, свойственные широкодиапазонным фазовращател м в сочетании с погрешност ми дополнительных вычислений , необходимых дл определени вещественной и мнимой частотных характеристик , снижает точностные возможности устройства.: Делью изобретени вл етс упрощение и повышение точности анализатора частотных характеристик. Поставлеина цель достигаетс за счет того, что анализатор содержит четвертое множительное устройство, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора , выход - с третьим входом сумматора, второй выход генератора синусоидальных колебаний соединен со вторыми входами первого и четвертого множительных устройств, а вторые входы второго и третьего множительных устройств соединены с первым выходом генератора синусоидальных колебаний . На чертеже приведена структурна схема анализатора частотных характеристик линейных автоматических систем, содержаща генератор епнусоидальных колебаний 1, исследуемый объект 2, множительные устройства 3, 4, 5, 6, сумматор 7, интеграторы 8, 9, индикаторы 10 и И. Первый выход генератора синусоидальных колебаний 1 с нулевой фазой соединен с входом исследуемого объекта 2 и вторыми входами множительных устройств 3 и 4, а второй выход с фазой колебаний, равной -;-, соединен со вторыми аходал1и миожительных устройств 5 и 6. В анализаторе реализуетс комненсаппоииый метод измерени частотных характеристик . При подаче на вход исследуемого объекта 2 синусоидального сигнала а sin w на его выходе устанавливаетс колебаиие той же частоты со вида () - f () sin wt -j- aQ (ч) cos шг, (1) где P((i)} и Q((o)-вещественна и миима частотные характеристики, подлежащие определению. Ошибка компенсации е, получаема на выходе сумматора 7, может быть записана в виде е : АГвых (t) - aP sin со - aQcos ш - (7 sin u + V cos ( (a)+),(2) где P, Q, - величина сигналов на первых входах множительных устройств 3 и 6; и (Р1(3) 1/ aIQH-QJ,(4) 4 arctg , где а - амплитуда синусоидального и косинусоидального сигналов н первом и втором выходах генератора синусоидальных колебаний 1. Тождественное равенство нулю ошибки компенсации в возможно при одновременном выполнении равенств /7 0; что в свою очередь вынолнимо при Q QH. Таким образом, значени сигналов Р и Q, обеспечивающие выполнение услови , представл ют собой численные значени вещественной Р(л) и мнимой Q(co) частотных характеристик исследуемого объекта на заданной частоте со. Подстройка сигналов Р и Q до нужных значений организуетс на основе минимизации квадратичного критери ошибки компенсации вида ф::-и - У физически иредставл ющего собой, как это следует из (2), квадрат модул ошибки компенсации е квадратична форма (8), положительно определена по параметрам И и V и минимум ее, равный нулю, совпадает е условием абсолютной компиисации выходного сигнала исследуемого объекта (). Таким образом, задача компенсации сигнала вых сводитс к гю.цучеиию алгоритма настройки пара.метров Р н Q схемы компенсации , миппмизпрующего в каждый момент времепп критерий ошибки (8) и (тем самым ошибку компенсации к) вплоть до нул , т. е. обеспечива1ощсг о выполнение равенств 0, при гф(, , При . Дифференциру (8j по времени J г, dU + - 2 потребуем выполнени соотношений - XcSinu), - AsCOS u)/, в виде предел ющих производную Условие (10) позвол ет получить искоый алгоритм настройки сигналов Р и Q, ак как при оно полностью, как это ледует из (11), удовлетвор ет требоваию (9). „d.U dV ,.,04 Раскрыва и сообразно с (3) и dt ( -4), получим систему уравнений вида ди Р - ).Е sin uiiThe presence of a two-phase phase shifter complicates the design of this device, and the large errors inherent to wide-range phase shifters combined with the additional computation errors needed to determine the real and imaginary frequency characteristics reduce the accuracy of the device. The invention aims to simplify and improve accuracy frequency response analyzer. The goal is achieved due to the fact that the analyzer contains the fourth multiplying device, the first input of which is connected to the output of the first integrator, the output to the third input of the adder, the second output of the sinusoidal oscillator is connected to the second inputs of the first and fourth multiplying devices, and the second inputs of the second and The third multiplying devices are connected to the first output of the generator of sinusoidal oscillations. The drawing shows a structural diagram of an analyzer of frequency characteristics of linear automatic systems, comprising a generator of epnusoidal oscillations 1, a test object 2, multiplying devices 3, 4, 5, 6, an adder 7, integrators 8, 9, indicators 10 and I. First output of a sinusoidal oscillator 1 with the zero phase is connected to the input of the object under study 2 and the second inputs of the multiplying devices 3 and 4, and the second output with the oscillation phase equal to -; -, is connected to the second output devices of the surviving devices 5 and 6. The analyzer implements ensappoiiy method of measuring the frequency characteristics. When applying to the input of the object under study 2 a sinusoidal signal and sin w, the oscillation of the same frequency is set at its output () -f () sin wt -j-aQ (h) cos shg, (1) where P ((i)} and Q ((o) is real and mim frequency characteristics to be determined. Error compensation e, obtained at the output of adder 7, can be written in the form of e: AGvyv (t) - aP sin co - aQcos w - (7 sin u + V cos ((a) +), (2) where P, Q, is the magnitude of the signals at the first inputs of multiplying devices 3 and 6; and (P1 (3) 1 / aIQH-QJ, (4) 4 arctg, where a - the amplitude of the sinusoidal and cosine wave signals n the first and second in The outputs of the sinusoidal oscillation generator are 1. Equal equality of the compensation error to zero is possible with simultaneous fulfillment of equalities / 7 0; which in turn is possible at Q QH. Thus, the values of the signals P and Q that ensure the fulfillment of the condition are the numerical values of real P (l) and imaginary Q (co) frequency characteristics of the object under study at a given frequency. The adjustment of the signals P and Q to the required values is organized on the basis of minimization of the quadratic criterion of the compensation error of the form f :: - and - physically deducing itself, as it follows from (2), the square of the compensation error module e the quadratic form (8) is positive defin according to the parameters And and V and its minimum equal to zero, it coincides with the condition of absolute compiation of the output signal of the object under study (). Thus, the task of compensating the output signal is reduced to guiding the algorithm for setting the parameters Rn Q of the compensation circuit that mimics the error criterion (8) at each time and (thereby, the compensation error k) down to zero, i.e. The fulfillment of equalities is 0, with gf (,, Pri. Differentiator (8j over time Jg, dU + - 2, we require the fulfillment of the relations - XcSinu), - AsCOS u) /, in the form of the limiting derivative. Condition (10) allows to obtain the required The algorithm for adjusting the signals P and Q, so how is it complete, as it follows from (11), satisfies t rebuy (9). „D.U dV,., 04 Openings and in accordance with (3) and dt (-4), we obtain a system of equations of the form di R -). Е sin uii