SU881680A1 - Устройство дл определени параметров колебательных систем - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для определения коэффициентов передаточных функций систем автоматического регулирования.

Известно устройство, определяющее по кривой переходного процесса при единичном возмущении системы период свободных колебаний системы и отношение амплитуд двух соседних полуволн с последующим пересчетом коэффициента затухания по приближенным формулам и графикам ПЗ ·

Недостатком этого устройства является малое быстродействие, низкая точность и трудоемкость определения коэффициентов затухания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения динамических параметров колебательных систем,содержащее кварцевый генератор,реверсивные счетчики, ключи, блоки сравнения кодов, триггер и счетчик нулевых периодов [2] .

Недостатком данного устройства является наличие генератора перестраиваемой частоты, схемная реализация которого для диапазона низких и инфранизких частот достаточно слож2 на. Известное устройство также имеет недостаточно высокое быстродействие, так как измерение параметров системы производится на частоте гене5 ратора, равной частоте свободных колебаний проверяемого объекта.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.

Поставленная цель достигается ’О тем, что в устройство введены первый делитель, второй делитель и последовательно соединенные первый коммутатор, третий делитель, первый реверсивный счетчик, первый триггер, 15 второй коммутатор, второй реверсивный счетчик, второй триггер, аналогоцифровой преобразователь, третий счетчик импульсов и индикатор, а также последовательно соединенные чет20 вертый делитель и формирователь синусоидального сигнала, подсоединенный своим выходом ко.второму входу аналого-цифрового преобразователя, а входом - ко второму входу второго 25 коммутатора, третий вход которого подключен к первому входу аналогоцифрового преобразователя, четвертый вход - к первому входу первого коммутатора, входу четвертого делителя 30 и выходу генератора импульсов,второй вход первого коммутатора подключен к соответствующему выходу первого счетчика импульсов, третий вход - к выходу первого триггера, а выход через второй делитель подсоединен ко второму входу второго реверсивного счетчика, второй вход первого реверсивного счетчика - к выходу первого ключа, третий вход через четвертый делитель - к выходу второго ключа, выход второго счетчика импульсов ко второму входу второго делителя и второму входу индикатора.

Относительный коэффициент затухания определяют при однократном воздействии на проверяемую систему как косинус угла сдвига фаз между кривой свободных колебаний и опорным , гармоническим колебанием фиксирован-¹ ной частоты. Известно, что

U^cos , где Ц’р - сдвиг фазы между свободными колебаниями системы с периодом Т= и опорным колебанием х-А Bimutx^sin ϊ 'jj - частота свободных колебаний; А - константа.

При и_л=1 значение этого напряжения численно равно величине относительного коэффициента затухания. Тогда,чтобы исключить управляемый генератор, необходимо пересчитать фазовый угол Чр с частотой сс на фазовый угол частоты о?₀ , которую вырабатывает генератор фиксированной частоты и амплитуды. Очевидно,что где М - число импульсов частоты (д , соответствующей полупериоду колебаний генератора фиксированной частоты;

. - число импульсов заполнения частоты f₀ , соответствующее полупериоду свободных колебаний.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок задания 1, проверяегдый объект 2, нуль-орган 3 _т счетчик 4, кварцевый генератор 5, ключи 6 и 7, коммутаторы 8 и 9, триггер управления 10, реверсивный счетчик 11, делителя 12 и 13,счетчик 14, триггер управления 15, реверсивный счетчик 16, делитель с переменным коэффициентом деления 17,делите ль 18, формирователь синусоидального сигнала 19, аналого-цифровой преобразователь 20, счетчик 21 и индикатор 22.

Кварцевый генератор 5 соединен с сигнальными входами ключей 6 и 7, коммутатор 8 и 9 и входом делителя 18 выход которого соединен со входами коммутатора 9 и формирователя синусоидального сигнала 19. Выход формирователя 19 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 20, выход которого соединен со входом счетчика 21, а’ выход счетчика 21 с индикаторным табло 22. Выход ключа 6 соединен с суммирующим входом счетчика 11, выход ключа 7 - со входом счетчика 14 и входом делителя 12, выход которого соединен с первым вычитающим входом реверсивного счетчика 11. Выход коммутатора 8 соединен со входом делителя с переменным коэффициентом деления 17 и входом делителя 13, выход которого соединен.со вторым вычитающим входом реверсивного счетчика 11, а выход счетчика 11 соединен с триггером 10, прямой выход которого соединен со входами вправления коммутаторами 8 и 9. Выходы счетчика 14 соединены с индикаторным табло 22 и установочными входами делителя с переменным коэффициентом деления 17, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 16. Выход коммутатора 9 соединен -с вычитающим входом реверсивного счетчика 16, а его выход со входом триггера 15, выход которого соединен с управляющими входами коммутатора 9 и аналого-цифрового преобразователя 20. Блок задания 1 соединен с первым входом счетчика 4, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 6 и 7, коммутатора 8 и проверяемым объектом 2, выход которого соединен со входом нульоргана 3. Выход нуль-органа 3 соединен со счетным входом счетчика 4.

Импульс начала измерения поступает с блока задания 1 на проверяемый объект 2, формируя единичное возмущающее воздействие, и на установочный вход счетчика 4, разрешая прохождение импульсов с генератора 5 через ключ 6 на суммирующий вход реверсивного счетчика 11, и записывает в нем число N₄.

Реакция проверяемого объекта 2 поступает на вход нуль-органа 3, который вырабатывает короткий импульс при прохождении выходного сигнала с объекта 2 через ноль.После первого прохождения выходного сигнала через ноль счетчик 4 закрывает ключ 6 и открывает ключ 7. При этом в счетчике 14 записывается число Nj, соответствующее полупериоду частоты собственных колебаний проверяемого объекта 2, а на вычитающий вход реверсивного счетчика 11 с делителя 12 поступает число импульсов, равное . К моменту второго прохождения через ноль выходного сигнала проверяемого. объекта 2.в реверсивном счетчике 11 содержится число .

После этого счетчик 4 открывает коммутатор 8 и на вычитающий вход реверсивного счетчика 11 через делитель 13 поступают импульсы с кварцевого генератора 5 с периодом 'Vp.

При этом через время содержимое реверсивного.счетчика¹11 равно нулю, триггер 10 опрокидывает-;

ся, закрывает коммутатор 8 и дает разрешение на прохождение импульсов по входу управления коммутатора 9.3а это же время t число импульсов,прошедших через делитель с переменным коэффициентом 17 на суммирующий вход реверсивного счетчика 16, равно ^гоЧ ‘ν' iS”

т.е. в счетчике 16 записывается число/ соответствующее фазовому углу и соответствующее частоте генератора синусоидального сигнала. Частота генератора синусоидального сигнала формируется путем деления частоты кварцевого генератора 5 делителем 18, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы, требуемой частоты и скважности, а формирователь синусоидального сигнала 19 формирует из прямоугольного сигнала на выходе синусоидальный сигнал на выходе, жестко стабилизированный по амплитуде и фазе. После того как триггер 10 даст разрешение на прохождение импульсов через коммутатор 9, очередной импульс с делителя 18 открывает коммутатор 9, и на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 поступают импульсы с кварцевого генератора 5. Когда содержимое счетчика 16 становится равным нулю,триггер 15 опрокидывается, закрывает коммутатор 9 И дает разрешение аналогоцифровому преобразователю 20 на измерение амплитуды синусоидального сигнала на входе. Число импульсов, соответствующее амплитуде сигнала на входе аналого-цифрового преобразователя 20, поступает в счетчик 21 и далее на индикаторное табло 22, отображая число, соответствующее коэффициенту относительного затухания проверяемого объекта.

Применение предложенного устройства позволяет сократить время измерения динамических параметров колебательных систем благодаря возможности проведения измерений при однократном воздействии на проверяемую систему и совмещения процесса измерения периода свободных колебаний с вычислением относительного коэффициента затухания. Предлагаемая схема формирования синусоидального сигнала (позволяет получить синусоидальный сигнал,жестко стабилизированный по фазе и амплитуде, что позволяет повысить точность измеряемого параметра относительный коэффициент затухания системы.

Claims (2)

1. вход первого коммутатора подключен соответствующему выходу первого сче чика импульсов, третий вход - к выходу первого триггера, а выход чере второй делитель подсоединен ко второму входу второго реверсивного сче чика, второй вход первого реверсивного счетчика - к выходу первого ключа, третий вход через четвертый делитель - к выходу второго ключа, выход второго счетчика импульсов ко второму входу второго делител  и второму входу индикатора. Относительный коэффициент затуха ни  определ ют при однократном воздействии на провер емую систему как косинус угла сдвига фаз между кривой свободных колеба«ий и опорным гармоническим колебанием фиксирован ной частоты. Известно, что Чр-Ц , где Мр - сдвиг фазы между свободными колебаниуцй и системы с периодом и опорньлм колебанием х-Аб1Пск1 Лз1П Д.-t; oj - частота свободных колебаний А - константа. При значение этого напр жени  численно равно величине относительного коэффициента затухани . Тогда,чтобы исключить управл емый генератор, необходимо пересчитать фазовый угол Чр с частотой LU на фазовый угол 0 частоты ш , котору вырабатывает генератор фиксированной частоты и амплитуды. Очевидно,ч где М - число импульсов частоты г) соответствующей полупериоду колебаний генератора фи сированной частоты; . N,j - число импульсов заполнени  частоты ffl , соответствукнде полупериоду свободных колебаний. На чертеже представлена структур на  схема предлагаемого устройства. Устройство содержит блок задани  1, пpoвep e 4ый объект 2, нуль-орган 3, счетчик 4, кварцевый генератор 5 ключи 6 и 7, коммутаторы 8 и 9, триггер управлени  10, реверсивный счетчик 11, делител  12 н 13,счетчик 14, триггер управлени  15, ревер сивный счетчик 16, делитель с переменным коэффициентом делени  17,делите ль 18, формирователь синусоидал ного сигнала 19, аналого-цифровой преобразователь 20, счетчик 21 и индикатор 22. Кварцевый генератор 5 соединен с сигнальными входами ключей б и 7, коммутатор 8 и 9 и входом делител  выход которого соединен со входами коммутатора 9 и формировател  синусоидального сигнала 19. Выход форми ровател  19 соединен со входом аналого-цифрового преобразовател  20, выход которого соединен со входом счетчика 21, а выход счетчика 21 с индикаторным табло 22. Выход ключа 6 соединен с суммирующим входом счетчика 11, выход ключа 7 - со входом счетчика 14 и входом делител  12, выход которого соединен с первым вычитающим входом реверсивного счетчика 11. Выход коммутатора 8 соединен со входом делител  с переменным коэффициентом делени  17 и входом делител  13, выход которого соединен.со вторым вычитающим входом реверсивного счетчика 11, а выход счетчика 11 соединен с триггером 10, пр мой выход которого соединен со входами правлени  коммутаторами 8 и 9. Выходы счетчика 14 соединены с индикаторным табло 22 и установочными входами делител  с переменным коэффициентом делени  17, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 16. Выход коммутатора 9 соединен -с вычитающим входом реверсивного счетчика 16, а его выход со входом триггера 15, выход которого соединен с управл ющими входами коммутатора 9 и аналого-цифрового преобразовател  20. Блок задани  1 соединен с первым входом счетчика 4, выходы которого соединены с управл ющими входами ключей 6 и 7, коммутатора 8 и провер емым объектом 2, выход которого соединен со входом нульоргана 3. Выход нуль-органа 3 соединен со счетным входом счетчика 4. Импульс начала измерени  поступает с блока задани  1 на провер емый объект 2, формиру  единичное возмущанвдее воздействие, и на установочный вход счетчика 4, разреша  прохождение импульсов с генератора 5 через ключ 6 на суммирующий вход реверсивного счетчика 11, и записывает в нем число N. Реакци  провер емого объекта 2 поступает на вход нуль-органа 3, который вырабатывает короткий импульс при прохождении выходного сигнала с объекта 2 через ноль.После первого прохождени  выходного сигнала через ноль счетчик 4 закрывает ключ 6 и открывает ключ 7. При в счетчике 14 записываетс  число N, соответствующее полупериоду частоты собственных колебаний провер емого объекта 2, а на вычитающий вход реверсивного счетчика 11 с делител  12 поступает число импульсов, равное . К моменту второго прохождени  через ноль выходного сигнала провер емого , объекта 2.в реверсивном счетчике 11 содержитс  число N -Nj/i, . После этого счетчик 4 открывает коммутатор 8 и на вычитающий вход реверсивного счетчика 11 через делитель 13 поступают импульсы с кварцевого генератора 5 с периодом1. При этом через врем  tttr{)M(. содержимое реверсивного. счетчика 11 равно нулю, триггер 10 опрокидывает-; с , закрывает коммутатор 8 и дает разрешение на прохождение импульсов по входу управлени  коммутатора 9.З это же врем  t число импульсов,прошедших через делитель с переменным коэффициентом 17 на суммирующий вход реверсивного счетчика 16, равно / г t .V lilhjrlf. t, - ГоЧ tgN ГО% 1 / NI т.е. в счетчике 16 записываетс  число/ соответствующее фазовому углу и соответствукицее частоте генератора синусоидального сигнала. Частота генератора синусоидального сигнала формируетс  путем делени  частоты кварцевого генератора 5 делителем 18, на выходе которого формируютс  пр моугольные импульсы, требуемой частоты и скважности, а формирователь синусоидального сигнала 19 фо мирует из пр моугольного сигнала на выходе -синусоидальный сигнал на выходе , жестко стабилизированный по амплитуде и фазе. После того как триггер 10 даст разрешение на прохождение импульсов- через коммутатор 9, очередной импульс с делител  18 открывает коммутатор 9, и на вычита щий вход реверсивного счетчика 16 поступают импульсы с кварцевого генератора 5. Когда содержимое счетчика 16 становитс  равным нулю,триг гер 15 опрокидываетс , закрывает ко мутатор 9 и дает разрешение аналого цифровому преобразователю 20 на измерение амплитуды синусоидального сигнала на входе. Число импульсов, соответствующее амплитуде сигнала на входе аналого-цифрового преобразовател  20, поступает в счетчик 21 и далее на индикаторное табло 22 отобража  число, соответствующее коэффициенту относительного затухани  провер емого объекта. Применение предложенного устройс ва позвол ет сократить врем  измере ни  динамических параметров колебательных систем благодар  возможност проведени  измерений при однократном воздействии на провер емую систему и совмещени  процесса измерени периода свободных колебаний с вычислением относительного коэффициента затухани . Предлагаема  схема формировани  синусоидального сигнал позвол ет получить синусоидальный сигнал,жестко стабилизированный по фазе и амплитуде, что позвол ет пов сить точность измер емого параметра относительный коэффициент затухани  системы. Формула изобретени  Устройство дл  определени  пара етров колебательных систем, содержащее блок задани , подключенный своим выходом к выходу устройства и к первому входу первого счетчика импульсов , вход нуль-органа подсоединен ко входу устройства, а выход - ко второму входу первого счетчика импульсов , выходом подключенного к первым входам ключей, вторые входы которых подсоединены к выходу генератора импульсов, а выход второго ключа подключен ко входу второго счетчика импульсов , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи  устройства, в него введены первый делитель, второй делитель и последовательно соединенные первый коммутатор, третий делитель, первый реверсивный счетчик,первый триггер, второй коммутатор, второй реверсивный счетчик, второй триггер, аналого-цифровой преобразователь, третий счетчик импульсов и индикатор , а также последовательно соединенные четвертый делитель и формирователь синусоидального сигнала, подсоединенный выходом ко второму входу аналого-цифрового преобразовател , а входом - ко второму второго коммутатора, третий вход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразовател , четвертый вход подсоединён к первому входу первого коммутатора, ко входу четвертого делител  и выходу генератора импульсов, второй вход первого коммутатора подключен к соответствующему выходу первого счетчика импульсов, третий вход к выходу первого триггера, а выход через второй делитель подсоединен ко второму входу второго реверсивного счетчика, второй вход первого реверсивного счетчика - к выходу первого ключа, третий вход через четвертый делитель - к выходу второго ключа, выход второго счетчика импульсов - ко второмувхрду второго делител  и второму входу индикатора . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 377739, кл. G 05 В 23/02, 1971.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 600529, кл. G 05 В 23/02, 1978 (прототип). .