SU664157A1 - Устройство дл определени амплитуднофазовых характеристик - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области автоматического управлени  и регулировани  и предназначено дл  экспериментального исследовани  динамических характеристик линейных систем автоматического управлени  (САУ).

Контроль работоспособности систем выбор корректирующих устройств .с целью достижени  заданных показателей качества, а также настройку параметров регул торов целесообразно проводить по частотным характеристикам .

Известно устройство дл  определеНИН амплитудно-фазовых характеристик основанное на вычислении р да Фурье {. Оно содержит генератор гармонических колебаний ортогональных функций (синусоидальных и косинусоидальных ) колебаний, блоки умножени , интеграторы и регисОр. При определени амплитудно-фазовых характеристик эти анализатором система выводитс  на вынужденных колебаний, выходной сигнал системы-умножаетс  на синусоидальные и косинусоидальные колебани , а затем полученное произведение интегрируетс  на. периоде. На выходе интеграторов получаютс  значени  вещественной и мнимой составл ющих амплитудно-фазовой характеристики.

Недостатками этого устройства  вл ютс  длительность определени  амплитудно-фазовых характеристик, так как ТОЧКИ амплитудно-Фазовой характеристики определ ютс  путем последовательной подачи на вход системы р да частот, а также сложность аппаратурной реализации.

Известно также устройство дл  измерени  амплитудных и фазовых характеристик элементов и систем автоматического управлени , содержащее генератор синусоидальных колебаний, перестраиваемый фазовращатель, сумматор , канал подстройки амплитуды и канал подстройки фазы 2.

Недостатками этого устройства  вл ютс  длительность времени анализа, так как точки амплитудно-Фазовой характеристики определ ютс  путем последовательной подачи на вход исследуемой системы р да частот, а также. относительно высока  сложность устройства , особенно его наладка. Последнее объ сн етс  тем, что каналы подстройки фазы и амплитулы содержат нелинейное звено (синхронный детекто и, кроме того, св заны через сумматор , что делает систему многосв занной и нелинейной. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению  вл етс  устройство дл  определени  амплитудно-фазовых характеристик, со держащее последовательно соединенные генератор частоты и формирователь частоты и регистрирующих приборов 3.Кроме того оно содержит ли нейные вибраторы,входы которых соеди нены с выходом объектов, а выходы - с блоком индикации.Оно содержит также генератор полигармонических колебаний , подключенный ко входу объекта. / Однако и это устройство имеет недостатки; .... -Повышенна  чувствительность линейных вибраторов к действию помех, а следовательно, пониженна , точность -Сложность в аппаратурной реализации , св занна  со сложностью реали зации линейных вибраторов и относительно большим количеством преобразо вателей аналог-код. Цель изобретени  - повышение точности устройства. Поставленна  цель достиг а(этсй тем что оно содержит генератор функций Радемахера, блок дискретно-аналоговы генераторов, сумматор, преобразователь напр жение-частота, задатчик интервала интегрировани , ключ, блок выделени  знака, два блока логи ческих элементов, два блока делителей частоты и два блока коррел торов выходы.которых соединены с соответствующими входами блоков регистрирую щих приборов, выход блока выделени  знака соединен с первыми входами бло ков логических элементов, другие вхо ды которых св заны с соответствующими выходами генератора функций Радемахера , вход которого соединен с выходом формировател  частоты, а соответствующие выходы подключены ко вхо дам блока дискретно-аналоговых генераторов , выходы которого св заны с соответствующими входами сумматора, вход блока выделени  знака соединен со входом преобразовател  напр жение-частота , выход которого через ключ св зан со входами блоков делителей частоты, выходы которых соединены с первой группой входовсоответ ствующих блоков коррел торов, ко вто рой группе входов которых подключены выходы соответствующих блоков логи чёских .элементов, один из., выходов ге нератора функций Радемахера через за датчик интервала интегрировани  св зан с управл  ющим входом ключа. На чертеже представлена блок-схем устройства-С исследуемой системой. Она содержит генератор частоты 1,формирователь частоты 2 (с переменным коэффициентом делени ), генератор функций Радемахера 3, дискретно-ана74 логовые генераторы (на функци х Уолша ) 4, состо щие из синтезаторов функций Уапша 5 и задатчиков весовых коэффициентов Уолша б, сумматор 7, исследуемую систему 8, преобразовате .ль напр жени -частота 9, блок выделени  знака 10, ключ 11, задатчик интервала интегрировани  12, блок логических элементов 13, логические элементы 14, блок логических элементов 15, делители 16, блок делителей частоты 17, релейные кор1эел торы 18, блок делителей частоты 19, регистрирующие приборы 20, блоки коррел торов 21 и 22, блоки регистрирующих приборов 23 и 24 и блок дискретно-аналоговых генераторов 25. В качестве блока вы влени  знака выходного сигнала может использоватьс  ну ь-орган, в качестве задатчика интервала интегрировани  12 используетс  счетчик самой низкочастотной функции Радемахера, в качестве логического блока используетс  элемент, выполн ющий функцию равнозначность , в качестве релейных коррел торов 18 используютс  реверсивные счетчики. Таким образом, все перечисленные элементы относ тс  к стандартным элементам измерительной техники. К ним не предъ вл етс  особых требований. Относительно новыми блоками в данном устройстве  вл етс  генератор ортогональных функций Радемахера 3 и дискретно-ан логовые генераторы 4. Как известно, функции Радемахера имеют вид правильной пр моугольной кривой-меандра , причем на нормированном интервале укладываетс  2 полупериодов этого меандра (1 .1,2 ...). Функции Радемахера  вл ютс ,нечетными на интервале .задани , поэ.тому их можно считать аналогами sign sinio.-t. При сдвиге функций Радемахера на четверть периода образуетс  система функций, которые можно считать аналогами signCOSW ,; t по отношению к .системе функций sign sinio -t. Из описани  функций Радемахера , следует устройство дл  реализации двух групп функций Радемахера,  вл ющихс  аналогами sign ,t и sign cosiOj t частота от формировател  частоты: 2 последовательно делитс  триггерами пополам (система функций sign sinwjt), кажда  получаема  функци  Радемахера. сдвигаетс  на четверть периода дискретным фазовращателем (система функций sign cosw,-1) . Дискретно-аналоговый генератор 4 состоит из синтезаторов функций Уолша 5, задатчиков весовых коэффициентов 6. На входы синтезатора функций Уолша 5 подаютс  соответствующие функции Радемахера, причем частота низшей из них соответствует частота синусоидального сигнала на выходе задатчика весового коэффициента б. Число W функции Уолша и, ооответственнб, число функций Радемахера определ етс  заданной погрешностью приближени  частной суммы р да Фурье к аппроксимированной (в нашем случае синусоидальной ) функции. Функции Уолша суммируютс  в задатчике коэффициентов 6, к.оторый представл ет собой операционный усилитель на W входов. Коэффициент усилени  по каждому входу равен коэффициен ту Oj разложени  синусоидальной функ ции по ортонормированной системе функций Уолша и определ етс  как aj )s)fiwt ipff-t )dt ipj(t) - система ортонормированных функций Уолша. Таким образом, на выходах задатчиков весовых коэффициентов 6 имеет п синусоидальных функций с частотами (где К 1,2, . . .h) . На чертеже представлен случай,когда h 4. Сумматор 7 представл ет собой например , операционный усилитель, где суммируютс  все п колебаний и на выходе сумматора 7 получаютс  полигармонические колебани . Работа устройства состоит в следующем. С генератора (стабильной) частоты 1 импульсы поступают на делитель 2 с перемен ным коэффициентом делени . Зат.ем импульсы поступают на генератор функци Радемахера 3. Генератор 3 имеет две группы выхо дов: выход IfP,  вл ющихс  аналогами sign sinwjt и (р+1) f q,  вл ющихс  аналогами sign coswjt. Сигналы с выходов 1i р подаютс  на дискретно-, аналоговые генераторы 4. На выхо;1ах дискретно-аналоговых генераторов 4 по вл ютс  гармонические сигналы с частотами 2(о, (где k l,2...h) . Эти сигналы суммируютс  в сумматоре 7 и на его выходе получаем полигармонические кс1Лебани . Эти колебани  подаютс  на вход исследуемой системы 8, На выходе исследуемой системы 8 после затухани  свободных колебаний остаютс  вынужденные колебани , ам-плитуда и фаза которых определ етс  «параметрами системы. Преобразователем напр жение-частота 9 выходное напр жение исследуемой системы .преобразуетс  в частоту, через ключ 11, управл емый задатчиком интервала интегрировани  12, через делители 14 в блоках делителей 17 и 19 импульсы поступают на два блока коррел торов . 21 , 22, каждый из которых управл етс  соответствующим логическим элементом 14. На первые входы логических блоков 13, 15 поступают сигналы sign y(t), y(t) - сигнал с выхода исследуемой системы, а на торые входы - поступают соответствующие аналоги sign cos 2 w, t (k 1,2 , . . .h) . Ha первые входы логических элементов 14 поступает сигал sign ), а на .вторые входы оступают соответствующие сигналы sign sin (О) t (k l,2,...h). Как звестно, взаимна  релейна  коррел ионна  функци  входного и выходного сигналов записываетс  в виде ;()(, (П где x(t) - входной сйгна.п системы, определ емый выражением Xft),iin2 -cj.t (2) y(t) - выходной сигнал системы, определ емый выражением п . y(l)-l:B,sin(2 w.-tttp..) (3) ч.1 1 AJ - амплитуда к-той гармоники входного сигнала; В - амплитуда к-той гармоники выходного сигнала; Ч - фазовый сдвиг на к-той гармоники; Wj - частота низшей гармоники в группе; п - число гармоник в группе, на которых определ етс  амплитудно-фазова  характеристика . Предположим, что y(t) состоит из первой гармоники плюс четные гармоники. Этого можно добитьс , сформировав определенным образом входной сигнал. Используем в качестве sign к (Ь+Т) сигнал sign sin t при t О и сигнал Signsin2 (0,-(2.№-i.--t) °5igrtcos2 liJi,t ,, , m-i Sin , t - один из с d 1О{ скгнаПоъ составл ющий полигармонический сигнал. Разложение sign sin t и sign cos t в р д Фурье представл ет из себ  сумму гармоники с частотой ю; t и бесконечного числа нечетных гармоник с частотами (2е- 1) 2 из,- , где е 1,2,.,. Подставим поочередно разложени  sign sin , t и sign cos , t в формулу (1), пред-ставить y(t) как сумму h гармоник. Тогда под интегралом в выражении (1) будет сто ть произведение двух тригонометрических р дов,у которых в силу ортогональности все слагаемые вида: (2e-l)z.u).tdt; J smfz aijt + 4Jjco8(2e -1) t 0i Рзвны О, кроме rex; у которых час ты 2 uj. и (2е - 1) 2 aj; равны (т.е. при е   1) . Выражение (1) в этом случае пр мет вид V(m)0)-|A,,Refw(w)J; (t wm/a. mfwri mU , СЗ) где (}w) и (iu)I - дейст тельные и мнима  части амплитудн частотной характеристики системы Из выражений (4) и (5) получаем еИыЙ т I аг . «« И2-2 и 1 3™ ,1 2 ;;;-- Операци  умножени  y(t) sign sin 2 о, t и интегрировани  при рпределений г-, (о) осуществл етс  блоком коррел торов 22, к рые управл ютс  сигналами с выход блока логических элементов 15. О раци  умножени  y(t) на sign sin ..|ц t ) и интегрирова ни  при определении . Vtr tl2a -(iJ; осуществл етс  блоком коррел тор 21, ксЗторые управл ютс  сигналам с выходов блока логических элеме 13. Учет множителей в выражени х (7) можно осуществить делител ми Значение действительной R-e (W(a) и мнимой ((u)i частей амплиту фазовой характеристики исследуем системы определ  етс  по покйэани двух блоков регистрирующих прибор 23 и 24. Описанное устройство позвол ет высить точность определени  ампли но-фазовых характеристик. Формула и,з обретен и   Устройство дл  определени  амплитудно-фазовых характеристик, содержащее последовательно соединенные генератор частоты, формирователь частоты и блоки регистрирующих приборов ,Ьтличающеес   тем, что, с целью повышени  точности устройства , оно содержит-генератор функций Радемахера, блок дискретно-аналоговых генераторов, сумматор, преобразователь напр х ение-частота , задатчик интервала интегрировани , ключ, блок выделени  знака, два блока логических элементов, два блока делителей частоты и два блока коррел торов , выходы которых соединены с соответствующими входами блоков регистрирующих приборов, выход блока выделени  знака соединен с первыми входами блоков логических элементов, другие входы которых св заны с соответствующими выходами генератора функций Радемахера, вход которого соединён с выходом формиров.атей  частоты , а соответствующие выходы подключены ко входам блока дискретноаналоговых генераторов, выходы которог .о св зань с соответствующими входами сумматора, вход блока выделени  знака соединен со входом преобразовател  напр жение-частота, выход которого через ключ св зан со входами блоков делителей частоты, выходы которых соединены с первой группой входов соответствующих блоков коррел торов , ко второй группе входов которых подключены выходы соответствующих блоков логических элементов,один из выходов генератора функций Радемахера через задатчик интервала интегрировани  св зан с управл ющим входом ключа. Источники информации,прин тые во внимание при экспертизе 1.Вавилов А. А., Солодовников А, И. Экспериментгшьное определение частотных характеристик автоматических систем , М-Л,,Госэнергоиздат, 1963. 2.Авторское свидетельство СССР № 446035, кл. G 05 В 23/02,23.11.72. 3.Авторское свидетельство СССР № 307390, кл. G 05 В 23/02,01.04.7р. Г9 П 21