SU648951A1 - Устройство дл определени частотных характеристик линейных систем регулировани - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к обласги ав- гоматического управлени  и регул рованн  и можег быть использовано дл  экспериментального исследовани  динамичес1сих характеристик систем автоматического управлени  (САУ).

Известно устройство-дл  определени  частотных характеристик линейных систем регулировани , содержащее несколько линейных вибраторов, входы которых соединены с выходом объекта, а выходыс блоком индикации. Оно содержит также генератор полигармонических колебаний, подключенный к входу объекта ГГ .

Эго устройство отличаетс  сложностью реализаций линейных вибраторов и Их  аладкй.

Известно также устройство дл  измерени  и наблюдени  частотных характеристик , содержащее генератор входных сигналов, дифференцирукицую цепь с диодами , ключи, активные фильтры и суммагоры , а также ксж мутагор, причем первый канал коммутатора подключен к сумматору формировани  вещественной частотной характеристики, а остальные через ключи, св занные также с выходом объекта, подключены к соответствуют им активным фильтрам, первые выходы которых через свои ключи соединены с упом нутым сумматором, а вторые выходы через те же ключи соединены с сумматором формировани  мнимой частотной характеристики, при этом вход объекта через свой ключ св зан с генератором входных сигналов, другой вход которого через дифференцирующую цепь св зан с диодом и через ключ подключен к управл ющему входу коммутатора 21 . Однако использование этого устройства дл  сн ти  амплитудно-фазовых характеристик затруднительно из-за чувствительности к помехам, при этом необходимо через дискретные промежутки времени определ ть значени  координат выходного сигнала. Так как выходной сигнал будет искажен дейсгвием помех, то координаты будут определ тьс  с ошибкой, что повл лег на гочносгь в определении амппигудно фазовой харакгернсгикн сисгемы.

Наиболее близким к изобретению техническим решением  вл етс  усгройсУво imsi. определений частотных харакгернсгик сйсгем регулировани , содержащее задаюш й блок, генератор колебаний, блок сравнени , первый блок умножителейг., соогвегсгвующие входы которого соединеньг с выходами генератора колебаний, интеграторов и сумматоров, блок Масштабировани , регистрирующий блок, и генератор экспоненциальных функций з

Это устройство имеет низкую точност определени  амплитудно-фазовой характеристики промышленных систем регулировани , так как при дифференцировавик импульсной переходной функции возрастает спектральна  плоскость мощности промышленных помех, котора  искажает результаты обработки, а также длительность времени обработки,

Врем  обработки св зано не только с длительностью процесса определени  час тогных характеристик контролируемой системы ,  о и, это главное, с длительно- сгью времен  анализа уже измеренной частотной характеристики. Действительно , после определвЕ1ИЯ частотной характеристики ее следует нанести на диаграмму равного значени  показател  колебательности М и определить его значение, а затем уже судить о динамических свойствах системы.

Аналогичный процесс происходит и при оценке быстродействи : следует найти частоты среза системы, а затем уже оценить быстродействие.

С помощью комплексно-частотных характеристик процесс оценки показатели колабагельносги и быстродействи  сокращаетс  Дейсгвигепьно, предположим, что мы определ ем комплексно-частогную характеристику при изменении параметра , по пр мой, проведенной под -45 к дей ствигельной оси, и система оказалась устойчива. Это значит, что корни характеристического уравнени  наход тс  слева от этой npssMofl Следовательно, можно с помощью комплексно-частотных характеристик оценить коэффициент демпфировани .

Предположим, что необходимо определить комплексно-частотные характеристнкн при изменени  параметра вдоль пр мой параллепь юй мнимой оси, и система оказалась устойчивой. Следовательно эти характерисгики позвол ют определить запас устойчивости.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение функциональ

5 ных возможностей устройства

Достигаетс  это тем, что устройство содержит второй блок умножителей и блок масштабировани , выходы которого подключены к соответсгвукдним рходам

О первого и второго блоков сумматоров, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков интеграторов, выход задающего блока св зан с первым входом блока сравнени 

5 и первым входом третьего блока сумматоров , к другим входам которого подключены соответствующие выходы первого блока интеграторов, второй вход блока сравнени  подключен к входу устройства , выход св зан с первым входом второго блока умножителей, к другим входам которого подключены соответсгвуюише выходы генератора экспоненциальных функций, выходы второго блока умножителей соединены с соответствующими входами первого блока умножителейр выходы которого св заны с соответствующими входами блока масштабировани , а входы регистрирующего блока соединены с соответсгвуклцими выходами второго блока интеграторов и третьего блока сумматоров.

В теории автоматического регулироЗЗвани  при исследовании линейных систем дл  определени  показател  колебательности , запаса устойчивости по модулю и фазе, а также дл  построени  корневых годографов возникает необходимость в

О определении комплексно-частотных характеристик , т.е. характеристик, у которых ,в качестве аргумента используетс  комплексна  переменна  . При построении обычных амплигудно-фазовых

5 характеристик в качестве аргумента используетс  только мнима  составл юща  комплексной переменной S р r.e.). Если обратитьс  к геометрической интерпретации этого положени , то обычный частотный анализ основан на отображении только мнимой оси (амплитудно-фазова  характеристика), а комплексночастотный анализ основан на отображении .всей комплексной плоскости. Г1ри эк спериментальном определени  амплнтуцно-фазовой характеристики на вход системы следует подавать синусоидальные колебани , а при определении комплексно-часготкых характеристик на вход системы следует подавать расход щиес  или загухающиес  колебани .

При сн тии обычных амплитудно-фазовых частотных характеристик, т.е. при подаче на вход незатухающих гармонических колебаний, отделение вынужденных колебаний от собственных производитс  за счет ожидани , длительность которого достаточна дл  затухани  собственны колебаний.

Совершенно очевидно, что при пода е на вход затухающих или расход щихс  гармонических колебаний такой метод физически не приемлем.

Устройство основано- на св зи между комплексно-частотной характеристикой и импульсной переходной характеристикой линейной системы автомагического регулировани  К {i ):

w(sHjK(i)e dt :jK{t)

°о

Задава  одновременно или последовательно значени  р да частот сО и коэффициентов затухани  об , по этому выражению можно определить одновременно или послецовательно дискретные значени  комплексно-частотной характеристики исследуемой системы дл  определенных радиальных пр мых плоскости S с6 + ().

Дл  сн ти  импульсной переходной характеристики системы необходимо формирование S функции, что затруднительно . Целесообразно перейти к переходной функции h ). снимаемой при единичном ступенчатом воздействии.

Дл  этого проинтегрируем выражение (1) по част$гм1

dU«-Se® dt c3Y Kltldt 7 h(t)-h(oo)

w(s)b{t)-h(co)((co h(Qo)(a))-h(i),

Учитыва , что

e- -f-josie - cos cot+ sin cot

ОЙ

W(c6+jwbh(co)(oo)-hlt1 -(oL-coscoi-f

o

J35 пcot -joacoб6эt-joGsinыl)e d-fc. Ho W(oi + ju)ReW(ot + (.3)) jo).

отсюда

(o(, + jW).h((oo)-h(

(QicosGJi U36ir c i) .((-НВД()1o .

-Gocosa)t) dt.

Ha чертеже представлена функциональна  сгема устройства. Она содержит исследуемую систему 1, Эйдающйй блок 2, блок сравнени  3, умножители 4, генератор колебаний 5, интеграторы 6, первый блок умножителей 7, регистрирующий блок 8, перрый блок сумматоров 9, генератор экспоненциальных функций Ю, блок умножителей а, масштабные  чейки 12 н ISji сумматоры 14, объединенные в блоки сумматоров второй 15 и третий 16, блоки. интеграторов первый 17, второй 18, блок масштабировани  19.

В качестве задающего блока 2 может использоватьс  любой регулирующий источник посто нного напр жени , в каче5 стве блока сравнени  3 - операцконный усилитель на два входа. В качестве умножител  4, генератора колебаний 5, интеграторов 6, блока регистрации 8, сумматоров 14, масштабных  чеек 12 и 13 могут использоватьс  обычные стандартные элементы аналоговой или дискретной техники.

Генератор эксг.оненциа ьных функций может быть выполнен, в частности, на

S f C-иепочках.

Устройство работает следующим образом .

Первый режим - масштабирование калибровки . На вход исследуемой системы 1 подают ступенчатое Еоздейсгвие. В установившемс  режиме происходит изменение оператором выходного сигнала задающего блока 2 до тек пор пока на выходе блока сравнени  3 не получитс  нулевой сигнал. При масштабировании выходы блока сравнени  3 и задающего блока 2 отключены от блоков устройства,

Claims (3)

1. Второй режим - измерение В этом режиме на вход системы подаетс  тот же ступенчатый сигнал, чго н при калибровке , а выход блока сравнени  3 и задак шего блока 2 подсоедин ютс  к остальной части устройства. При подаче на вход исследуемой системы 1 ступенчатого воздействи  с выхода задагацего блока 2 подает с  величина установившегос  значени  h(oo), а с выхода блока сравнени  3 сигнал, равный разности , h (Xj)- h (& )i Ha выходах блока yt.iHDжигелей 11 получаютс  сигналы,равные произведению 17(00 ) - h ( t )Je° . Эги сигналы подаютс  на входы умножителей 4, На выходах блока умножителей 7 получаютс  сигналы, равные проиаведе °л f ьИеЬВДе ° % п(0-,1и HM hliQ-e costOjt. Эти сигналы поступают на входы масштабных  чеек 12 и 13, где они умножаютс  на посто нные коэффициенты oil г; Коэффициенту CG задаютс  оператором и соогвегствуют параметрам определ емой комплексно-частотной характеристики . Полученные сигналы поступают на входы блоков сумматоров 15 и 16 и далее на входы блоков интеграторов 17 и 18. На выходе блока интеграторов 18 таким образом формируютс  сигналы (DL,ii60ii JthH-hit) .it)(t,, регистрируемые блоком регистрации 8. На выходах блока интеграторов 17 фо мируетс  сигнал (i)(GC coscx3 t i- 0 sinG3-t)e(}t, На выходах блока сумматоров 9 по вл етс  сигнал Kew{o6 fic«))h{co)(op)-h|t)x x(ocjcosu)j-t4.)t)... Пре/щагаемое устройство позвол ет производить вычнсление; комплексно-частотных характеристик в отличие от ранее известных устройств позвол ющих производить вычислени  лишь амплитудном - зовых характерисгикй)( j СО ),  вл юшихс  частным случаем коМйлексно«-частаг- них характеристик ( при об 0). Оно легко реализуетс  на стандартных блоках Применение этого устройства позволагг экспериментально определить комплексночастогные характеристики. С помощью этих характеристик можно определить по ;казатепи колебательности, запас устойчивосги по фазе и амплитуде, расположени  ближайших к мнимой оси корней характеристического уравнени . Эта информаци  значительно сократит врем  наладочных работ, а в действующих системах регулировани  позволит за короткий срок добитьс  функционировани  этих-систем в оптимальном режиме. Формула изобретени  Устройство дл  определени  частотных характеристик линейных систем регулировани , содержащее задак ций блок, генератор колебаний, блок сравнени , первый блок умножителей, соответствующие входы которого соединены с выходами гег;ератора колеб1аний, блоки интеграторов и сумматоров, блок масштабировани , регистрирующий блок, и генератор экспоненциальных функций, отличающ вес   тем,.что, с целью повышени  точности и расширени  функциональных возможностей устройства, оно содержит второй блок умножителей и блок масштабировани , выходы которого подключены к соответствующим входам первого и второго блоков сумматоров, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков интеграторов, выход задающего блока св зан -с первым входом блока сравнени  и первым входом третьего блока сумматоров, к другим входам которого подключены соответст- вукшие выходы первого блока интеграторов , второй вход блока сравнени  подклк .чен к входу устройства, выход св зан с первым входом второго блока умножителей, к другим входам которого подключены соответствующие выходы генератора экспоненциальных функций, выходы второго блока умножителей соединены с соответствующими входами первого блока умножителей , выходы которого св заны с соответствующими входами блока масштабировани , а входы регистрируклцего блока соединены с соответствующими выходами второго блока интеграторов   третьего блока сумматоров. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 307390, М. Кл q 05 В 23/О2, 01.04.70.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 287160, М. Кл .G 05 В 23/02, 11,06.69.
3. 3. Авторское свидетельство СССР № 375628, М. Кп2 q 05 В 23/О2. 19.10.70.