SU930268A1 - Устройство дл определени амплитудно-фазовых характеристик системы регулировани - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНО-)

ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ РЕГУЛИРСЮАНИЯ

I

Изобретение относитс  к авгомагическому управлению и регулированию в предназначено дл  экспериментального исследовани  динамических характеристик линейных систем автоматического управлени  (САУ),

Известен анализатор спектра, основанный на вычислении р да Фурье, содер}|(ащий генератор гармонических колебаний, блоки умножени , интеграторы и регистратор . При определении амплитудно-фазовых характеристик этим анализатором система выводитс  на режим вынужденных колебаний, выходной сигнал системы умножаетс  на синусоидальные и косинусоидальные колебани , а затем полученное произведение интегрируетс  на периоде. На выходе интеграторов получаетс  значение вещественной и мнимой составл ющей амплитудно-фазовой характеристики Li. .

Недостатками устройства  вл ютс  низкое быстродействие и сложность в реализации блоков умножени .

Известно также устройство дл  из- меренн  амплитудных и фазовых частотных характеристик элементов и систем автоматического управлени , содержащее генератор синусоидальных колебаний частот, перестраиваемый фазовращатель, сумматор, канал подстройки амплитуды и канал подстройки фазы Г2} .

Однако это устройство отличаетс  длительностью времени анализа так как , точки амплитудно-фазовой характеристики определ ютс  путем последовательной подачи на вход исследуемой системы р да частот, а также отаосительно высокой сложностью, особе но его нападки. Это объ сн етс  г&л, что каналы подстройки фазы и амплитуды содержат нелинейное звено (синхронный детектор) и, кроме этого, св заны через сумматор , что делает систему многосв зной и нелинейной.

Известно устройство дл  определени  частотных характеристик функционирующих объектов автоматизации, содержашее две группы цифровых гармонических анализаторов, многоканальное устройство сравнени  с дв.ум  группами. В процессе эксплуатации цифровые, гармоничес . кие анализаторы выдел ют амплитуднофазовую характеристику ГЗ 3 Однако это устройство отличаетс  сложностью реализации линейных вибраторов и сложностью устройств до  обра ботки выходных сигналов линейных вибраторов , повышенной чувствительностью линейных вибраторов к действию помех, а также большим количеством преобразователей аналог - код. Известно устройство дл  определени  частотных характеристик объектов управ лени , содержащее генератор пОлигармон ческих колебаний, подключенный к входу объекта.. Это устройство значительно проще, так как отсутствуют линейные вибраторы дл  определени  скрытых периодичностей из сигнала, поступающего на вход объек та ,С41 .-. Однако и это устройство имеет повы шенную чувствительность линейных вибр торов к действию помех и отличаетс  сложностью в аппаратурной реализации, св занной со сложностью реализации линейных вибраторов и относительно боль- шим количеством преобразователей аналог - код. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство дл  определени  амплитудно-фазовых характеристик системы регулировани , содержащее задатчик интервала интегрировани , две группы логических блоков, последовательно соединенные генератор частоты, первый делитель час тоты и генератор функций Радемахера, выходь которого св заны с первыми вхо дами первой группы логических блоков, вторые входы логических блоков через блок выделени  знака соединены с выхо дом исследуемой системы и входом преобразовател  напр жение - частоты, выход которого через ключ соединен с вхо дом блока делителей частоты, выходы которогосоединены с первыми входами соответствующих коррел торов, вторые входы которых подключены к выходам соответствуюишх логических блоков, выход задатчика интервала интегрировани  соединен с управл юишм входом ключа, вход - с одним из выходов генератора функций Радемахера, а вь1ходы коррел торов гармоник выше вт.рой св заны с входами соответствующих регистраторов ui. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство содержит второй делитель частоты и четыре сумматора, выходы-которых подключены к входам соответствующих регистраторов, причем выходы коррел торов нечетных гармоник соединены с соответствующими входами первого и второго сумматоров, выходы коррел торов удвоеной частоты нечетных гармоник св заны с соответствующими входами третьего и четвертого сумматоров , вход второго делител  частоты соединен с выходом генератора частоты, а выхода - с первыми входами второй группы логических блоков. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит генератор 1 частоты, первый 2 и второй 3 делители частоты, генератор 4 функций Радемахера , дискретно-аналоговый генератор 5 на функци х Уолша, состо щий из синтезатора 6 функций Уолща .и задатчика 7 зесовых коэффициентов, исследуемую систему 8, преобразователь напр жение частота 9, блок 10 выделени  знака, ключ 11, задатчик 12 интервала интегрировани , две группы логических блоков 13 и 14, делители 15 и 16 частоты , две группы коррел торов 17 и 18, сумматоры 19 - 22, регистраторы 23 и 24. Генератор 1 частоты, делители 2 и 3, преобразователь напр жение - частота 9, ключ 11, делители 15 и 16, сумматоры 19 - 22, регистраторы 23 и 24  вл ютс  стандартными элементами измерительной техники. В качестве устройства вы влени  знака выходного сигнала используетс  нульорган , в качестве задатчика 12 интегрировани  используетс  счетчик самой низкочастотной функции Радемахера, в качестве логических, блоков 13 и 14 используетс  элемент, выполн ющий функции равнозначности, в качестве линейных коррел торов 17 и 18 используютс  реверсивные счетчики. Таким образом, все перечисленные элементы относ тс  к стандартным элементам измерительной техники. К ним не предъ вл етс  особых требований, поэтому не привод тс  примеры их роаЛизации . Менее распространенными блоками в данном устройстве  вл етс  т-онератор 4 ортогональных функций Радемахера и дискретно-аналоговые генераторы 5.

Функции Радемахера имеют вид правильной пр моугольной кривой меандра, на нормированном интервале укладываетс  2 полупериодов этого меандра (i 1,2,..., п). Функции Радемахера  вл ютс  нечетными на интервале задани , поэтому их можно считать аналогом Sicgnsiri u)l. При сдвиге функций Радемахера на четверть периода образуетс  . система функций, которую можно считать aHarroroMSiojncOB по отношению к системе функций Stqjnsin uj-tСигналы с выхода генератора 4 функций Радемахера подаютс  на вход дискретно-аналогового генератора 5, на вхоДе которого по вл етс  гармонический сигнал с частотой, определ емой самой низшей функцией Радем(хера. Эта частота подаетс  на вход исследуемой системы 8. На входе исследуемой системы 8 после затухани  свободных колебаний остаютс  вынужденные колебани . Так как исследуетс  система 8 существенно нелинейна , то вынужденные колебани   вл ютс  сложными периодическими функци ми времени. Провести гармонический анализ - это значит представить сложное колебание в виде суммы элементарных колебаний. Преобразователем напр жение частота 9 выходное напр жение исследуемой системы преобразуетс  в частоту, котора  через ключ 11, управл емый задатчиком 12 интервала интегрировани  через делители 15 и 16 поступает на две группы коррел торов 17 и 18, каждый из которых управл етс  соответствующей ей группой логических блоков 13 и 14. На первые входы группы логических блоков 13 поступает SioCT a( ) ((t) - сигнал с выхода исследуемой системы), а на вторые входы - сигналы sic(nC05Kuj.t(, 2, .... 8; К - число одновременно определ емых гармоник в выходном сигнале. Это число может быть любым. Мы прин$ши дл  примера , что К 8). На первые входы группы логических блоков 14 поступает сигнал (), а на вторые входы поступают сигналы, соответствующиедЦлSintuJ

Как известно, взаимна  релейна  коррел ционна  функци  входного и выходного сигнала записываетс  в виде

,(i:KJ Ct)-siXn x()

о

X (t ) - входной сигнал системы, определ емый выражением

X(.t)A SinUJ.t,

V(t) - выходной сигнал, опредеп вмый выражением

Xt)2 B,,Sin(lC«t),

А - ак пЛитуда выходаого сигнаi па; gi - амплитуда К-гой гармоники

выходного сигнала; - фазовый сдвиг на К-той

гармонике; UJ. - кругова -частота основной

гармоники; п - число гармоник, дл  которых определ етс  амплитудно- . разова  характеристика. Предположим, что (t ) состоит из восьми гармоник. Это предположение понадобилось дл  того, чтобы конкретизировать блок-схему. Используем в качестве 3icpfirx() сигналы Sic{n9inKu 2-t и сигналы SiojntOSku)t. Эти сигналы формируютс  : в первом дёйитепе и генераторе и пода ютс  на вход групп логических блоков

; 13 и 14.

Представим сигналы QiC5nSlhKu)t.H SioJncosKiOjtB виде р да Фурье. Так как

пр моугольна  вотаа представтюетс  в виде р да с нечетным количеством гармоник , определ емым выражением (2Й-1), где (& 1,2...), то снгналы elQfn einKiu t и sioSriCOsKuJ.-t представлены в виде произведени .

. . Подставим разложение i HSiancosKw tB формулу (1), представив ( t) как сумму гармоник ( П 8). Тогда под интегралом в выражении (1)

будут сто ть произведени  двух тригонометрических р дов, у которых в сипу ор .тогональности все слагаемые вида

5sAnOtuj.t+4,.)sinK.taeH)u).idt д«1)

О

t

SAn(Kuj.i+4)co5KC4e-i)u)tdt еэ)

равны нулю, кроме тех, у частоты К U). и К () равны.

Учитъша  соотношени  (2) и (3) дл  первого интегратора (), выражение 1 (1) принимает вид

)((

(4)

Claims (1)

1. figU i) MY r%Ц 1 rnliЗw.)3 Jj5u) ,; дл  второго интегратора () )).).Re(j6u.),(fo) .xШ tлlUjЧ Ui i).) дл  Третьего интегратора () . ). tS) x(|b|A 3Ji3u,.).c9) дл  четвертого интегратора () , VT l eU ifl 44|1--|лЧ т1ИЧ).(11) Аналогично можно получить выражение дл  всех генераторов, из которых может быть получена система уравнени : Учитыва , что количество известных iравно числу уравнений, а сами уравнени , кроме двух первых, разв заны дру относительно друга, noBOj bHo просто по лучаютс  все значени Яе()( Операци  умножени  осуществл етс  группой коррел торов 17 и 18, которы управл ютс  сигналами с выхода соответствующих логических блоков 13 и 14. , Определение действительной и мнимо частот амплитудно-фазовой характеристи ки дл  3u) и бопее высоких частот определ етс  по показанию двух групп 23 и 24. Показывающие регистраторов и Ш ItxJj соедине приборы дл  Ш иы с выходсм коррел торов через сумм Торы (19 - 22). Наприм, чтобы полу srrb значение ЙС (j ш) необходимо, согпасво выраженто (4), вычесть из показани  коррелйпгора основной гармоники (ц) Ц). ) показани  коррел торов трет ей, п той и седьмой гармоник ( Ш Зи) Ч) 5 W.; Ч) « 7 U)0 Эту операцию выполн ет сумматор 20. Аналогичную операцию, но при определении 3( j uj) выполн ет сумматор 19. Определение Rp(djAO) H M-CdjiU,) выполн етс  в сумматорах 22 и 21 согласно выражени м (6) и (7). Таким образом, введение делител  частоты, который соединен с входом введенных логических блоков, а также соединени  выходов коррел торов, определ ющих нечетные гармоники, и выход , коррел торов, определ ющих; гармоники путем умножени  нечетных гармоник на два, соединенных с входами блоков алгебраического сложени , позвол ет расш№ рить функциональные возможности устройства . Формула изобретен.и  Устройство дл  определени  амплитудно-фазовых характеристик системы регулировани , содержащее задатчик интервала интегрировани , две группы логических блоков и последовательно соединенные генератор частоты, первый делитель частоты и генератор функций Радемахера , выходы которого св заны с первыми -Входами первой группы логических блоков , вторые входы логических, блоков через блок выделени  знака соединены с выходами исследуемой системы и входом преобразовател  напр жение - частота , выход которого через ключ соединен с входом блока делителей частоты, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих коррел торов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих логических блоков, выход задатчика интервала интегрировани  соединен с управл ющим входом ключа, вход - с одним из выходов генератора функций Радемахера, а выходы коррел торов гармоник выше второй св заны с входами соответствующих регистраторов, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства, оно содержит второй делитель частоты и четыре сумматора, выходы которых подключены к входам соответствующих регистраторов, причем выходы коррел торов нечетных гармоник соединены с соответствующими входами первого и второго сумматоров, выходы коррел торов удвоенной частоты нечетных гармоник св заны с соответствующими входами третьего и четвертого сумматоров , вход второго делител  частоты соединен с выходом генератора частоты, а выходы - с первыми входами второй группы логических блоков. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР N- 446035, кл, G 05 В 23/02, 1972. 2 Авторское свидетельство СССР 199229, кл. 05 В 23/02, 1966. 3.Авторское свидетельство СССР N- 307390, кл. Q05 В 23/02, 1970. 4.Авторское свидетельство СССР по за вке К 2454-270: кл. (5 05 В 23/02, 1977 (прототип).

   и:

   tsi

   /г / / / А л -/