SU951242A1 - Устройство дл настройки систем автоматического регулировани - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматике .

Известны устройства дл  настройки систем автоматического регулировани  (именуемые далее - устройства настройки), содержащие возбудитель периодических колебаний (именуемый далее - возбудитель колебаний ) и блок измерени  нескольких параметров колебаний (далее - блок измерени ). Распространен следующий общий пор док использовани  устройства настройки дл  оптимизации системы автоматического регулировани  (САР): устройство настройки подключаетс  к САР, устанавливаютс  и фиксируютс  определенные значени  параметров возбудител  колебаний, при этом в САР устанавливаютс  периодические колебани  сигналов, какойлибо из этих сигналов подаетс  на блок измерени  и с помощью последнего измер ютс  и фиксируютс  значени  параметров колебаний этого сигнала, затем устанавливаютс  другие значени  параметров возбудител  колебаний и вновь производ тс  измерение и фиксаци  параметров колебаний САР, далее указанным образом измер ютс  и фиксируютс  параметры колебаний САР дл  р да настроек возбудител  колебаний, например, при разных значени х периода колебаний . Полученна  последовательность данных обрабатываетс , например, производитс  построение амплитудно-фазовой характеристики САР или ее участка, после чего выдел ютс  оптимальные значени  параметров настройки регул тора САР по определенным критери м оптимальности ГДЗ. Дл  насто щего времени.наибольшее распространение нашли устройства настройки, предназначенные и по

15 своей структуре приспособленные дл  оптимизации САР путем предварительного определени  ее частотных характеристик во всей полосе так называемых существенных (дл  конкретной САР) частот и последующего вычислени  оптимальных значений параметров настройки регул тора с использованием экстремальных критериев оптимальности, например минимума времени и максимума степени затухани  переходного процесса. Известные настройки такого типа (именуемые далее - устройство настройки первого типа) содержат возбудитель

30 колебаний, выполненнып в виде генератора периодических-колебаний в устанавливаемыми периодом и амплитудой , и блок измерени  амплитудночастотной и фазо-частотной характеристик , например, амплитуды и сдвига фазы колебаний либо непосредсФвенно амплитудно-фазовой характеристики . Достоинством устройства настройки первого типа  вл етс  универсальность , т.е. пригодность дл  оптимизации САР любой структуры U2J.

Недостатком устройства настройки первого типа  вл етс  необходимость проведени  дл  оптимизации САР измерений в большом числе ч-астотных точек, например дл  САР средней сложности рекомендуетс  проводить измерение в 10-15 частотных точках , что при большей инерционности промышленных САР (часто до- нескольких тыс ч секунд, особенно в случа  х, когла из-за большого уровн  слу чайных помех измерение в каждой частотной точке провод т в течение нескольких периодов колебаний, приводит к большим затратам времени на процесс оптимизации САР и, следовав тельно, к значительным материальным затратам на наладочные работы.

Известно также устройство настройки другого типа (именуемое далее устройство настройки второго типа), в котором возбудитель колебаний содержит входную и выходную клеммы и включенную между ними нелинейную и фазосдвигающую цепь, содержащую в свою очередь соединенные последовательно релейный элемент и апериодическое звено, а блок измерени  обпечивает измерение амплитуды и перида колебаний, причем ррновными параметрами настройки возбудител   вл ютс  посто нна  времени апериодического звена и уровень ограничени  выходной характеристики релейного элемента, приведенный к выходной клемме через статический коэффициент передачи апериодического звена. Пор док использовани  устройства настройки такого типа дл  оптимизации САР состоит в следующем: входна  и выходна  клеммы устройства настройки соедин ютс  с двум  разными точками САР, при этом в САР некоторых структур возникают устойчивые периодические колебани , с помощью блока измерени -измер ют и фиксируют амплитуду колебаний на входе устройства настройки, а также период колебаний на его входе илЦ) выходе, затем, измен   параметры настройки возбудител  колебаний, добиваютс , чтобы были выполнены определенные соотношени  между амплитудой колебаний на входе устройства настройки и уровнем ограничени  выходной характеристики релейкого элемента, приведенньпл к выходу устройства настройки через статический коэффициент передачи апериодического звена, а также между периодом колебаний и посто нной времени апериодического звенаf после чего по определенным формулам, в которые подставл ютс  значени  казанных параметров настройки возбудител  колебаний, при которых выполнены указанные соотношени , вычисл 1ЮТСЯ оптимальные значени  параметров настройки регул тора САР. Таким образом оптимизаци  САР производитс  без промежуточного определени  частотных характеристик САР по частотным точкам во всей полосе существенных частот, при этом используютс  косвенные неэкстремальные критерии оптимальности,, которыми по существу  вл ютс  указанные выше соотношени . С помощью устройства настройки второго ипа обеспечиваетс  оптимизаци  САР большинства примен емых структур , причем достаточна  дл  практики точность оптимизации достигаетс  обычно после проведени  измерени  параметров колебаний всего в трехп ти частотных точках, т.е. значительно быстрее, чем при использовании устройств настройки первого типа Сз.

Таким образом устройство настройки второго типа обеспечивает меньшее врем  оптимизации САР, но имеет все же ограниченную область применени .

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство настройки, содержащее -источник опорного напр жени , соединенные последовательно делитель частоты, интегратор, цифро-аналоговый преобразователь и выходной блок, установленный вход которого подклйчен к выходу первого задатчика, соединенные последовательно входной блок, релейный элемент и блок измерени  , причем первый управл ющий вход делител  св зан с выходом второго задатчика, второй управл ющий вход с первым выходом блока управлени , второй выход которого соединен с реверсирующим входом, первый вход - с выходом интегратора, а соответствующие входы блока измерени  подключены к одному из выходов входного блока и ко ВХОДУ релейнйго элемента. Масштабный преобразователь выполнен в виде двухстороннего ограничител . Блок управлени  содержит . пороговых элемента и RS-триггер, причем входы пороговых элементов объединены и образуют вход блока управлени5, пороговых блоков подключены к установочным входам триггера, а выход триггера  вл етс  выходом блока управлени . Блок измерени  снабжён четырьм  входалш и содержит измерени  амплитуды с первым отсчет ным подблоком, узел измерени  сдвига фазы со вторым отсчетным подблоком , узел измерени  периода с третьим отсчетным подблоком и компаратор , причем вход узла измерени  амплитуды  вл етс  входом блока измерени , узел измерени  сдвига фазы подключен к соответствующим входам блока измерени  и к выходу компаратора , узел измерени  периода подклю чен к выходу компаратора, вход компаратора  вл етс  также одним из входов блока измерени . Известное устройство (анализатор) действует следующим образом. Источник опорного сигнала, делитель, интегратор и блок управлени  образуют схему гене ратора треугольных колебаний выходного сигнала интегратора с посто нной амплитудой, определ емой порога ми срабатывани  пороговых элементов блока управлени , и с периодом, который задаетс  первым задатчиком. Треугольные колебани  преобразуютс  преобразователем путем двухсторонне го ограничени  ,на уровне 2/3 амплит ды в трапецеидальные колебани , которые по содержанию высших гармоник ( менее 5%) не очень сильно отличают от синусоидальных и в первом прибли жении могут считатьс  синусоидальными и которые после масштабировани выхрдным блоком с помощью второго з датчика и возможно введени  посто н ного смещени  передаютс , на выходную клемму. На выходе формировател  через который блок измерени  подклю чен к интегратору и блоку управлени в каждом периоде колебаний из выход ного сигнала интегратора с помощью блока управлени  формируетс  линейн нарастающий сигнал, который поступа ет на вход блока измерени  и  вл етс  дл  него сигналом линейной раз | вертки фазы.Входной блок воспринимает колебани  с входной клеммы,компенсиру ет посто нную составл ющую входного сигнала,усиливает колебани  и передае их на первый вход блока измерени  и на вход релейного элемента. Релейный элемент преобразует колебани  произвольной формы в пр моугольные колебани  и передает последние на второй вход блока измерени . Блок измерени  измер ет амплитуду колеба ний на первом входе и отображает ее на первом отсчетном подблоке с учетом коэффициента усилени  входного блока, так что показани  соответствуют амплитуде на входной клемме. Блок измерени  измер ет . сдвиг фазы пр моугольных колебаний на втором входе относительно пр моугольных колебаний на выходе компаратора по принципу отсчета величины изменени  сигнала линейной развертки Фазы за интервал времени между определенными фронтами этих колебаний и отображает результат на втором отсчетном подблоке. Порог срабатывани  компаратора выбран равным среднему значению выходного сигнала интегратора, так что пр моугольные колебани  на выходе компаратора совпадают по фазе с колебани ми на выходе интегратора и, следовательно , с колебани ми на выходной клемме . Так как колебани  на второй входе совпадают по фазе с колебани ми на входной клемме, показани  отсчетного подблока соответствуют сдвигу фазы колебаний на входной клемме относительно колебаний на выходной клеь1ме. Блок измерени  измер ет также период пр моугольных колебаний на выходе компаратора, равный периоду колебаний на выходной клемме, и отображает результат на третьем отсчетном подблоке. Так как анализатор содержит генератор . периодических колебаний и блок измерени , обеспечивающий измерение амплитуды и сдвига фазы, то он  вл етс  устройством настройки пеового типа. Анализатор не содержит нелинейной фазосдвигающей цепи, включенной между входной и выходной клеммами, и поэтому не обеспечивает работы -в качестве устройства настройки второго типа ,Л . Таким образом, известные устройства настройки  вл ютс  либо только устройствами настройки первого типа, либо только устройствами настгЗойкн второго типа, поэтому они не обеспе чивают оптимизацию САР любым (по желанию оператора7 из двух описанных методов, т.е. обладают недостаточными функциональными возможност ми. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства . Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство содержит арифмет1 ческий блок, аналого-цифровой преобразователь и переключатель, при этом выходы источника опорного сигнала и арифметического блока подключены ко входам переключател , вход анашогоцифрового преобразовател  и второй вход блока управлени  подключены соответственно к первому и второму выходам переключател , первый выход аналого-цифрового преобразовател  соединен с входом делител  частоты, второй выход - с третьим входом блока управлени , первый вход арифметического блока соединен с выходом релейного элемента, второй вход с выходом цифро-аналогового преобразовател  и, кроме того, промежуточный выход делител  частоты соединен с соответствующим входом блока 1 змерени , переключающий вход которого соединен с вторым выходом переключател  . На фиг. 1 изображена схема перво го варианта выполнени  устройства настройки; на фиг. 2 - схема второго варианта выпрлнени  устройства настройки; на фиг. 3 - временные диаграммы работы второго варианта выполнени  устройства настройки. Схема устройства настройки по пе вому варианту .{фиг. 1) содержит ис- точник опорного сигнала 1, делитель частоты 2,интегратор 3, цифро-анало говый преобразователь 4, выходной блок 5, выходную клемму 6, блок управлени  7, задатчики 8, 9 и 10, входную клемму 11, входной блок 12, релейный элемент 13, блок измерени  14, арифметический блок 15, аналого-цифровой преобразователь 16, пе .реключатель 17 и источник логически уровней 18. Устройство настройки мо жет допол11ительно содержать формиро ватель (не показано). Делитель частоты 2 (далее - делитель) выполнен в виде двух секций 19 и 20, кажда  секци  снабжена своим входом управл ни , вход первой секции  вл етс  ос новным входом 21 делител  2, вход управлени  первой секции  вл етс  первым входом управлени  22 делител 2, выход первой секции соединен с входом второй секции, вход управлен второй секции  вл етс  вторым входом управлени  23 делител , а выход второй секции  вл етс  основным выходом 24 делител  2. Интегратор 3 .выполнен с основным входом 25, выхо дом 26, входом реверса 27. Цифроаналоговый преобразователь 4 или масштабный преобразователь выполне так, что осуществл ет линейное прео разование входного сигнала в выходной сигнал по крайней мере в пределах части диапазона изменени  входн го сигнала и в частном случае может  вл тьс  линией соединени  входа с выходом. Выходной блок 5 снабжен основным входом 28, входом 29 установки коэффициента передачи и входом 30 введени  в выходной сигнал посто нной составл ющей. Блок управ лени  7 снабжен входами 31, 32 и 33 и выходами 34 и 35 и содержит дешиф ратор 36 и триггер 37. Все указанные входы и выходы блока управлени  7  вл ютс  одновременно входами и выходами дешифратора 36. Дополнител но дешифратор 36 снабжен входом 38 и выходами 39 и 40. Триггер 37 выполнен в виде RS-триггера, снабжен выходом 41 и установочными входами .и 43. Дешифратор 36 выполнен так, что при первом логическом уровне на входе 33 он формирует на выходе 39 тот логический уровень, который обеспечивает установку определенного состо ни  триггера 37 по его усТановочному входу 43 при достижении сигналом, подаваемым .на вход 31 и именуемым далее - основной сигнал, первого определенного значени , именуемого далее число N.J , далее он формирует на выходе 40 тот логический уровень, который обеспечивает установку другого определенного состо ни  триггера 37 по его установочному входу 42, при достижении основным сигнсшом второго определенного значени , именуемого дешее - число Nj он формирует на выходе 35 сигнал, принимающий в зависимости от величины основного сигнала несколько фиксированных значений, каждое из которых соответствует своейопределенной области значений основного сигнала, состо щей из двух подобластей, характерных тем, что Две подобласти, образующие одну область, расположены на числовой оси возможных значений основного сигнала симметрично относительно среднего арифметического знамени  чисел N и N 2, именуемого далее - число , причем упом нутые фиксированные значени  сигнала на выходе 35 таковы, что каждое из них при подаче на вход управлени  23 делител  2 обеспечивает установку своего значени  коэффициента передачи второй секции 20 делител  2 и упор дочены между собой так, что устанавливаемый указанным образом коэффициент передачи второй секции делител  2 имеет тем большее значение, чем дальше соответствующа  область значений основного сигнала отстоит на указанной числовой оси от числа NQ, /далее он передает на выход 34 логический сигнал, поступающий на вход 38 с триггера 37 возможно с инверсией , а при втором логическом уровне на входе 33 он формирует на выходе 35 одно фиксированное значение сигнала , которое при подаче на вход управлени  23 делител  2 обеспечивает . :установку определенного значени  коэффициента передачи второй секции 20 делител  2 и передает на выход 34 логический сигнал, поступающий на вход 32 возможно с инверсией. Входной блок 12 снабжен входом 44, основным выходом 45 и дополнительным выходом 46 и выполнен так, что он производит усиление входного сигнала до уровн , достаточного дл  работы блока измерени  14, компенсирует посто нную составл ющую входного сигна-v ла, сглажйвает импульсныепомехи и представл ет на выходе 45 преобразованный сигнал, а на выходе 46 - сигнал , отображающий своей величиной установленное значение коэффициента усилени . Релейный элемент 13 имеет двухпозиционную выходную ,сарактеристику с симметричными относительно нул  выходного сигнала стабильными уровн ми, которые называют уровн ми ограничени . Блок измерени  14 снабжен входами 47 - 51 и выполнен известным образом, что измер ет амплитуду колебаний на входе 47 с учетом значени  сигнала на входе 48, измер ет период колебаний на входе 49 или 50, а также измер ет сдвиг фазы колебаний на входе 49 относительно колебаний на входе 50, причем в качестве меры величины сдвига фазы использует сигнал линейной развертки фазы, подаваемый на вход 51 извне. Блок измерени  дополнительно может быть снабжен входом установки режима и выполнен так, что в первом режиме он измер ет амплитуду колебаний и сдвиг фазы, а во втором режиме он измер ет амплитуду и период колебаний. Арифметический блок 15 снабжен входами 52 и 53 и выполнен так, что его выходной сигнал равен разности сигналов, поданных на его входы и, возможно, умноженных на некоторые посто нные коэффициенты. Аналого-цифровой преобразователь 16 снабжен входом 54 и выходами 55 и 56 и предоставл ет на выходе 55 информа ,, цию об абсолютной величине входного сигнала, а на выходе 56 - информацию о знаке входного сигнала. Переключателй 17 имеет два положени , услов но обозначаемые далее ГК и ВА, и в каждом из этих положений непосредственно своими контактами или с помощь ключей, которые управл ютс  этими контактами, обеспечивает соединени  указанные на фиг.1 Источник логических уровней 18 снабжен парафазным выходом логического сигнала с уровн ми , согласованными с дешифратором 36 блока управлени  7. Формирователь если он Содержитс  в устройстве наст ройки , снабжен входом, выходом и входом управлени . Вход 50 блока измерени  14 может быть подключен либо к выходу масштабного преобразовател  4, либо к выходу интегратора 3 в зависимости от особенностей выполнени  первого преобразовател  и интегратора, указанных ниже. Вход 5 блока измерени  14 может быть подключей либо к выходу масштабного пре образовател  4, либо к выходу интегратора 3 через формирователь, соеди ненный также с блоком управлени  так, как это выполнено в известном устройстве (формирователь не показан} , либо при определенномуказанно ниже выполнении делител  2 - непосредствен о к дополнительному выходу 57делител  2,  вл ющемус  выходом первой секции 19 делител  2. Блок измерени  14, в частности его вход 58установки режима, может быть под ключен к переключателю 17, например к его выводу, соединенному с блоком управлени  7. . Режим работы устройства настройки после установки переключател  17 в положении ГК именуетс  режим ГК, а режим работы устройства настройки после установки переключател  в положение ВА - режим ВА. В режиме ГК переключатель 17 передает с источника логических уровней 18 на вход .33 блока управлени  7 тот логический уровень, который при характеристике блока управлени  7 назвав) первым логическим уровнем. Блок управлени  7 в этом случае в соответствии с приведенной выше его характристикой формирует на выходе 35 фиксированное значение сигнала из р да фиксированных значений, определ емое указанным образом величиной сигнала на входе 31, т.е. величиной выходного сигнала интегратора 3, в результате чего в соответствии с приведенной характеристикой управл емого делител  2 его втора  секци  20 имеет коэффициент делени , определ емый значением сигнала на выходе 35 блока управлени  7. Переключатель 17 соедин ет также вход 54 аналого-цифрового преобразовател  16 с источником опорного сигнала 1. Опорный сигнал имеет посто нную величину, поэтому на выходе 55 аналого-цифрового преобразовател  16 также имеет место посто нный сигнал. Будем далее считать, что задатчиком 8 установлен отличный от нул  коэффициент передачи первой секции 19 делител  2 и ни одному из указанных фиксированных значений сигнала на выходе 35 блока управлени  не соответствует нулевое значение . коэффициента передачи второй секции 20 делител  2, тогда общий коэффициент передачи делител  2 не равен нулю, следовательно,, на основном входе 25 интегратора 3 действует отличный от нул  сигнал посто нного знака , при этом выходной сигнал интегратора измен етс  во времени в сторону, определ емую логическим уровнем Сигнала , действующего на входе реверса 27 и именуемого далее - сигнал реверса. Сигнал реверса поступает с выхода 34 блока управлени  7. Как следует из приведенной выше характеристики блока управлени  7, сигнал реверса определ етс  триггером 37, который при достижении выходным сигналом интегратора 3 значени  Nj устанавливаетс  в одно определенное состо ние, а при достижении выходным сигналом интегратора значени  N устанавливаетс  в противоположное состо ние . При надлежащем выборе в качестве выхода 41 триггера 37 его пр мого или инверсного выхода взаимное соединение между собой интегратора и блока управлени  образует генератор, в котором выходной сигнал интегратора совершает периодические колебани  между значени ми . 1 N. и Ng, Нетрудно усмотреть, что в этом генераторе используетс  тот же принцип возбуждени  колебаний, ч что и в прототипе. Если бы выходной сигнал блока управлени  на его выходе 35 не измен лс  .во времени, то очевидно колебани  выходного сигнала интегратора как и в прототипе, имели бы треугольную форму. Однако в соответствии с приведенной характеристикой блока управлени  сигнала на выходе 35 блока управлени  При периодическом изменении величины сигнала на входе 31 блока управлени , т.е. выходного сигнала интегратора 3, периодически и дискретно измен етс -, соответственно периодичес ки и коэффициент передачи второй секции 20 делител  2, поэтому выходной сигнал интегратора 3 измен етс  во времени нелинейно по закону, который можно, отобразить периодической ломаной линией. Количество дискретных значений сигнала на выходе . 35 блока управлени  7, сами эти значени  и их упом нутое выше упор дочение выполнены так, что колебани  выходного сигнала интегратора в итоге имеют форму, мало отличающуюс  от синусоидальной. Колебани  совершаютс  относительно упом нутого выше значени  NO и имеют амплитуду, равную ( Np). Очевидно, ЧТОпри фиксированном значении посто нной времени интегрировани  интегратора 3, а так- ке при определенном выполнении бло .ка управлени  7, управл емого делител  2, второго преобразовател  16 и источника опорного сигнала 1 период колебаний однозначно определ етс  задатчиком 8.

Масштабный преобразователь 4 линейно передает колебани  с выхода интегратора. 3, возможно, с преобразованием вида сигнала на основной , вход 28 выходного блока 5, а при NO О, дополнительно осуществл ет смещение средней линии колебаний на величину NO так, что посто нна  .составл юща  сигнала на выходе масштабного преобразовател  достаточно точно равна нулю. Если интегратор 3 выполнен так, что вид его выходного сигнала соответствует требуемому виду выходного сигнала на выходной клемме 6, а MQч О, т.е. колебани на выходе интегратора -3 совершаютс  относительно нулевого значени  его выходного сигнаша, то преобразователь 4 просто передает колебани  со двоего входа на свой выход и может быть выполнен в виде перемычки. Выходной блок 5 масштабирует амплитуду колебаний с помощью задатчика 9, так что задатчик 9 в режиме ГК  вл етс  задатчиком амплитуды колебаний , Необходимый уровень постощ

ной составл ющей сигнала на выходной клемме б может быть установлен задатчиком 10.

Особо рассмотрим случай, когда преобразователь 16 выполнен с -сигналом частоты на выходе 55, делитель 2 выполнен в виде делител  частоты, а интегратор 3 - в виде реверсивного счетчика. В этом случае нетрудно усмотреть, что, несмотр  на периодически измен ющийс  коэффициент передачи второй секции 20 делител  2, каждому периоду колебаний выходного сигнала интегратора (например, от значени  N до М и обратно) соответствует посто нное число импульсов на входе второй секции, независимо от положени  задатчика 8. Частота на входе второй секции 20 при каждом определенном положении задатчика 8 посто нна, поэтому число импульсов этой частоты, отсчитываемое с момента нулевой фазы колебаний выходного сигнала интегратора, пропорционально текущей фазе этих колебаний , причем коэффициент пропорциональности не зависит от установленного значени  периода, так что сигнал частоты на дополнительном выходе 57 делител  2 может быть подан на вход 51 блока измерени  в качестве сигнала линейной развертки фазы. В этом случае отпадает необходимость в применении отдельного формировател  сигнала линейной развертки фазы, и устройство настройки упрощаетс . .

При использовании устройства настройки по его пр мому назначению колебани  с выходной клеммы 6 подаютс  в какую-нибудь точку настраиваемой САР, а на входную клемму 11 поступают колебани  из какой-либо друго |Точки этой САР. Так как исправна  настраиваема  САР, как известно, должна быть устойчивой, считают, что -сигнал на входной клемме 11 содержит колебани  с периодом, равным периоду колебаний на выходной клемме 6. Вхбдной блок 12 подавл ет шумовую и компенсирует посто нную составл ющие входного сигнала, при необходимости усиливает амплитуду колебаний до уровн , достаточного дл надежной работы блока измерени  14, и передает колебани  на релейный элемент 13 и на вход 47 .блока измерени , а релейный элемент 13 преобразует эти колебани  в промоугольные и передает эти пр моугольные колебани  на вход 49 блока измерений. На вход 50 блока измерени  поступают колебани  с теми же периодом и фазой, ка-. кие имеют колебани  на выходной клемме 6, например,-с выхода первого преобразовател  4. На вход 51 блока измерёйи  поступает сигнал линейной развертки фазы, например, с выхода формировател , упом нутого выше. НО не изображенного на фиг. 1, Блок и мерен и  измер ет амплитуду колебаний на входе 47 с учетом коэффициента / усилени  входного блока 12, величина которого представлена сигналом на входе 48, так, что результат измерени  соответствует амплитуде на входной клемме 11. Если блок измерени  не снабжен входом 58 установки режима, то как в режиме ГК, так и в режиме ВА измер ет как период колебаний , на входе 49, равный периоду колебаний на входной клемме 11, или период колебаний на входе 50, равный периоду колебаний на выходной клемме б, так и сдвиг фазы колебаний на входе 49 относительно колебаний на входе 50, равный сдвигу фазы колебаний на входной клемме 11 относительно колебаний на выходной клемме б. Если же блок измерени  снабжен входом 58 установки режима и подключен этим входом к переключателю 17, то блок измерени  в режим ГК измер ет амплитуду и сдвиг фазы. Итак, устройство постройки согласно фиг. 1 в режиме ГК действует как генератор периодических колебаний и измеритель амплитуды и сдвига фазы, так что  вл етс  согласно прин той выше классификации устройство| настройки первого типа. В режиме ВА переключатель 17 передаеац.от источника логических уровней на вход 33 блока управлени  7 тот логический уровень, который при характеристике блока управлени  назван вторым логическим уровнем. Блок управлени  в этом случае в соответствии с приведенной выше его характеристикой-пе редает на выход 34 сигнал с входа 3 так что направление действи  интегратора 3 определ етс  знаком сигнала JHa входе 54 аналого-цифрового преоб разовател  16, и формирует на выходе 35 одно фиксированное значение сигна ла, так что общий коэффициент переда чи делител  2 целиком определ етс  положением задатчика 8. Вход же 54 аналого-цифрового преобразовател  соединен через переключатель с выходом арифметического блока 15. Если предположить, что коэффициент масштабировани  сигнала по входу 53 ариф метического блока равен нулю, то этот блок просто передает сигнал с входа 52, вз тый с некоторым коэффициентом ,в.$том случае легко усмотреть что последовательно соединенные с помощью переключател  арифметический блок 15, аналого-цифровой преобразо ватель 16, делитель 2, интегратор 3 и цифро-аналоговый преобразовател 4 совместно с указанной целью передачи сигнала знака с аналого-цифрово го преобразовател  16 на вход ревер са 27 интегратора 3 образуют интегр тор, называемый далее эквивалентнщй интегратор, с входом, которым  вл етс  вход 52 арифметического блока 15 с выходом, которым  вл етс  выход цифроаналогового преобразовател  4, и с входом установки посто нной времени интегрировани , которым  вл етс  вход управлени  22 делител  2. При отличном же от нул  коэффициенте масштабировани  по входу 53 арифметического блока 15 эквивалентный интегратор охвачен линейной обратной св зью, образованной соединением этого входа с выходом преобразовател  4. Знак коэффициента масштабировани  по входу 53 арифметического блока 15 выбран таким, чтобы упом нута  обратна  св зь была отрицательной. Так как интегратор охваченный линейной (или, как в технике называют - жесткой) отрицательной обратной св зью, образует апери одическое звено первого пор дка, то цепь передачи сигнала с входа 52 арифметического блока 15 на выход преобразовател  4, а также, учитыва  указанную выше линейность выходного блока 5, и на выходную клемму 6  вл етс  апериодическим звеном первого пор дка. Так как вход 52 арифметического блока подключен к выходу релейного элемента 13, а релейный элемент через входной блок 12 подключен к входной клемме, то устройство настройки образует между входной и выходной клеммами нелинейную и фазосдвигающую цепь, содержащую включенные последовательно релейный элемент и апериодическое звено. Так как посто нна  времени апериодического звена, образованного указанным образом, при фиксированных коэф-фициентах масштабировани  по входам арифметического блока пропорциональна посто нной времени эквивалентного интегратора, то задатчик 8  вл етс  задатчиком посто нной времени апериодического звена. Ре лейный элемент 13 имеет симметри ные относительно- нул  уровни ограничени  его выходной характеристики. Из принципа действи  апериодического звена следует, что после перехода выходного сигнала релейного элемента на новый уровень выходной сигнал апериодического звена стремитс  по экспоненте к значению, равному значению этого нового уровн , умноженному на статический коэффициент передачи апериодического звена. Так как статический коэффициент передачи апериоди .ческого звена пр мо пропорционален коэффициенту передачи выходного блока 5, определ емому задатчиком 2, то задатчик 9  вл етс  задатчиком уровн  ограничени  выходной характеристики релейного элемента, приведенного к выходной клемме 6 через статический коэффициент передачи апериодического звена. При подключении входной и выходной клемм к двум разным точкам. СЛР вследствие отмеченной выше цепи передачи сигнала с входной клеммы на выходную клемму через нелинейную и фазосдвигающую цепь при определенных динс1мических свойствах САР в образованной замкнутой системе САР - устройство настройки, как было указано выше, возникают периодические колебани , так что устройство наст-/ ройки можно считать возбудителем колебаний. В установившемс  режиме колебани  на выходной клемме б имеют экспоненциальную форму, обычно характерную дл  RS-генераторов, причем как период, так и амплитуда колебаний завис т и от посто нной времени апериодического звена, от приведенного уровн  ограничени  и от динамических свойств настраиваемой CAP. Если блок измерени  14 не соединен с переключателем, то,очевидно, он действует также как в режиме ГК, т.е. измер ет и амплитуду, и период, и сдвиг фазы, причем измерение сдвига фазы производитс  с использованием в качестве меры фазы сигнала, подаваемого на вход 51 блока измерени  14 либо Свыхода формировател  подключенного к выходу, интегратора 3 и к блоку управлени  7, либо с дополнительного выхода 57 делител  2. Однако в режиме ВА в процессе колебаний как выходной сигнал интегратора, так и частота на выходе 57 делител  измен ютс  во времени нелинейно, а .амплитудные значени  их изменений завис т от посто нной времени апериодического звена, от приведенного уровн  ограничени  и от динамических свойств САР, поэтому показани  сдвига фазы  вл ютс  в режиме ВА неинформативными и только дезинформируют оператора. Если блок измерени  14 подключен к переключателю 17, то в режиме ВА блок измерени  измер ет только амплитуду и период колебаний. Итак, устройство наст|ройки Согласно Фиг. 1 в режиме ВА образует между входной и выходной , .клеммами нелинейную фазосдвигающую цепь, содержащую включенные последовательно релейный элемент и апериодическое звено, а также обеспечивает измерение амплитуды и периода кoлёбa ий, так что  вл етс  согласно прин той классификации устройством настройки второго типа.

ВТОРОЙ вариант выполнени  устройства настройки (фиг. 2 )содержит все элементыустройства настройки сбгласно фиг. 1 и отличаетс  от него только в части конкретного выполнени  интегратора 3, блока управлени  7 и конкретных соединений блоka управлени  7 с делителем 2 и инте гратором 3. Интегратор 3 выполнен в виде реверсивного счетчика и дополнительно снабжен установочным входом 59, обеспечиваю11им установку выходного цифрового сигнала интегратора равным определенному значению иMeнyeмo ty далее число N, путем установки старшего разр да счетчика в одно определенное состо ние, а всех его остальных разр дов - в состо ни , противоположные устанавливаемому состо нию старшего разр да . Преобразователь 4 осуществл ет цифро-аналоговое преобразование входного цифрового сигнала с посто нным вычетом величины, соответствующей указанному выше числу N, т.е веса старшего разр да входного цифро вого сигнала,- Делитель 2 выполнен в виде делител  .частоты с дополнительным выходом 57. Преобразователь 16 Выполнен в виде преобразовател  аналоговой величины в сигнал частоты на выходе 55 и в сигнал знака на выходе 56. Блок управлени  7 как и в первом варианте выполнени  устройства настройки, снаблсен входами 32 и 33 и выходами 34 и 35 и содержит дешифратор. 36 и триггер 37, причем указанньле входы и выходы блока управлени   вл ютс  соответственно входами и выходами дешифратора, а снабжен входом 60 и выходом 61 и содержит счетчик 62 и одновибратор 63. Дешифратор 36 дополнительно снабжен входами 38 и 64 и выходами 65 и 66. Триггер 37 выполнен в виде счетного триггера, снабженноIo динa ичecким счетным входом 68, установочным входом 69 и цифровым выходом 70, установочный вход 69 обеспечивает установку определенного значени  сигнала на вьаходе 70, именуемого далее число М. Дешифратор 36 при первом логическом уровне на входе 33 при достижении цифровым сигналом, подаваемыг.1 на вход 64 и именуемым далее основной сигнал , определенного значени  - числа HO формирует на выходе 66 тот -логический уровень, который своим Ьо.зникновением приводит в действие счетный вход 67 триггера 37, а при достижении основным сигналом числа M-j., симметричного числу K-t относительно числа MO на числовой оси возможных значений основного сигнала, рн формирует на выходе 65 тот логический уровень, который своим возникновением обеспечивает форг-мрование выходного импульса одновибратором 63, дгшее он формирует на выходе 35 цифровой сигнал с р дом фиксированных значений, каждое из которых соответствует отдельной определенной области значений основного сигнала, состо щей из двух подОбластей , xapaKxeptitJX тем, чти две подобласти, образующие одну область расположёны на числовой оси возможных значений основного сигнала симметрично относительно числа М,,, причем упом нутые фиксированные значени  сигнала на выходе 35 известным образом-согласованы с делителем 2 так, что каждое из них при подаче на вход 23 делител  устанавливает свое определенное значение коэффициента передачи второй секции 20 делител  2, и упор дочены между собой так, что чем дгшьше расположена указанна  область значений основного сигнала от числа М на числовой оси- возможных значений основного сигнала , тем больше значение коэффициента передачи второй секции 20 делител , устанавливаемое соответствующим этой области фиксированным значением сигнала на выходе 35 дешифратора, далее он передает на выход 34 логический сигнал, поступающий на вход 38 с-триггера 37, возможно , с инверсией, а при втором логическом уровне на входе 33 он фомирует на выходе 35 одно фиксированное значение сигнала, которое при его подаче на вход 23 делител  2 обеспечивает установку определенного значени  коэффициента передачи второй секции 20, делител  2, и передает на вход 34 логический сигНсШ , поступаюищй на вход 32, возможно , с инверсией. Цифровой выход 70 счетчика 62 соединен с входом 64 дешифратора , так что указанный выше основной сигнал  вл етс  выходным сигналом счетчика 62. Установочный вход 69 счетчика 62 подключен через одновибратор 63 к выходу 65 дешифратора . Счетный вход 67 триггера 37 подключен к выходу 66 дешифратора. Выход одновибратора образует собой также выход 61 блока управлени  7. Как и в первом варианте выполнени  устройства настройки выход 35 блока управлени  соединен с входом 23 делител , а выход 34 блока управлени  соединен с входом реверса 27 интегратора 3. Вход 60 блока управлени  соединен с дополнительным выходом 57 делител . Выход 61 блока : управлени  соединен с установочным входом 59 интегратора. Вход 50 блока измерени  14 соединен с выходом 26 интегратора 3, а именно - с выходом старшего разр да реверсивного счетчика , каковым, как указано выше  вл етс  интегратор. Вход 51 блокь измерени  14 подключен к делителю 2, а именно его дополнительному выходу 57. Как и в первом варианте . дл  устройства настройки блок измерени  может быть снабжен входом 58 .установки режима и подключен этим 1входом к переключателю 17.

В режиме ГК действие устройства настройки отличаетс  от описанного ействи  устройства настройки, выполненного согласно фиг.1, в основном в части формировани  периодических колебаний выходного сигнала ин тегратора 3, соединенными между собой елителем 2, интегратором 3 и блоком правлени  7. Работа этих элементов в рехдаме ГК по сн етс  временными иаграммами, изображенными на фиг.З. Дл  удобства сопоставлени  диаграмм между собой и вы снени  взаимодействи  элементов между собой во времени все диаграмгчы изображены с одним временным масштабом. На выходе 57 делител  2 и, следовательно, на счетном входе 68 счетчика 62 действует частота F, значение которой опреде етс  положением задатчика 8, а при определенном положении этого задатчика  вл етс  посто нным. Так как выход 70 счетчика 62 соединен с входом 64 дешифратора 36, выход 65 ешифратора 36 через одновибратор 63 подключен к установочному входу 69 счетчика 62, обеспечивающему запись числа М в этот счетчик, а дешифратор 36 в соответствии с его характеристикой , приведенной выше, в режиме ГК действует в цепи между входом 64 и выходом 65 как схема совпадений, настроенна  на число Mj, то при имеющей место посто нной частоте на счетном входе 68 счетчика 62 выходной цифровой сигнал счетчика,  вл ющийс  дл  дешифратора основным сигналом, совершает периодические колебани  пиообразной формы между значени ми М и MI, отображенные на фиг.З диаграммой 71. Сигнал, который возникает на выходе одновибратора 63, и который далее называют сигналбм синхронизации и. обоз ачают R, отображен на фиг. 3 диаграммой 72. в диапазоне изменени  выходного сигнала счетчика 62 дешифратором 36 выдел ютс  определенные области, симметричные относительно числа Ид,  вл к цегос  средним арифметическим значением чисел М и М. Дл  удобства отображени  работы устройства настройки диаграммами в качестве примера число таких областей вз то на. фиг.З равным трем, и эти области обозначены 0 , О, Oj . Кауудой такой области соответствует свое значение цифрового сигнала на входе 23 делител  2 и соответственно свое значение коэфициента передачи второй секции 20 ЭТОГО делител . Частота на входе второй секции 20 делител .в режиме ГК при определенном полОжеНИИ Зс1датчика 8 имеет посто нное значение, поэтому каждой области.-О , 0, О- соответствует свое значение частоты на входе 25 интегратора и, следовательно, сво  скорость изменени  выходного сигнала интегратора. Дл  определенности примем в качестве примера, что цифровой сигнал на входе 23 делител  2 отображаетс  , трехразр дным двоичным числом с значени ми разр дов, которые обозначаготс  0, Dj., Dj, а втора  секци  делител  выполнена так, что при

Ч, D.L О, Dj О ее коэффи0 .

циент передачи равен единице-, при

0 О, DZ 1, 03 О - 1/2, йри D О, 0 .О, D 1 - 1/4 а значени  цифрового сигнала упор дочены так, что они соответствуют област м о, 0, 0. В этом случае разр ды периодически измен ют свои значени  как отображено диаграммами 74, 75 и 76, соответственно измен етс  и скорость изменени  выходного сигнала интегратора, так как эта скорость равна частоте на входе 25 интегратора. Направление изменени  выходного CKrtiana интегратора определ етс  сигналом реверса, поступающим на вход 27 интегратора с выхода 34 блока управлени  7. Сигнал на выходе 34 блока управлени , т.е. сигнал реверса, в режиме ГК определ етс  со то нием триггера 37, которое непосредственно после установки режима ГК может быть произвольным. Дл  определенности примем, что сигнал реверса в момент t установки режима ГК имеет единичный уровень. Изменение сигнала реверса, обозначенного В, во, времени отображено на фиг.3 диаграммой 73. Так как счетный вход триггера 37 подключен к выходу 66 дешифратора 36, а последний в цепи между входом 64 и выходом 66 представл ет собой фактически схему совпадени , настроенную на код числа М, то сигнал реверса измен ет свой логический уровень на противоположный каждый раз при достижении основным сигналом значени  MO т.е. в моменты времени t , tg, ,t и т.д. ИзМенение выходного сигнала интегратора , представленного как обычно числовым значением его выходного кода, отображено на фиг. 3 диаграммой 77, Непосредственно после момента tjj установки режима ГК выходное состо ние интегратора быть произвольным, но первым последующим импульсом сигнала синхронизац ии R, возникающим в момент t. , на выходе интегратора начинает измен тьс  в сторону, определ емому сигналом реверса В, Примем дл  определенности , что единичный уровень сигнала реверса В устанавливает интегра«° тор в режим сложени . В интервале времени от t до t-j. D 1, D, О

D О, В Г .поэтому ВЫХОДНОЙ

сигнал интегратора линейно возр.асг

тает со скоростью, равной частоте

F. В интервале ьремени от ta до

t П - П П 11111 п iin R -It i: u,j - и , Uj I , u - и , D - I

поэтому выходной сигнал интегратора продолжает линейно возрастать со скоростью, равной F/2. В интервале времени от t до t Q f D О, D. 1, поэтому выходной сигнал интегратора линейно измен етс  со скоростью, равной F/4, причем до момента времени увеличиваетс , .а после момента времени tj- уменьшаетс , так как в момент времени измен етс  сигнсШ реверса В. Очевидно, что и далее до момента времени , выходной сигнал интегратора измен етс  так, что участок диаграмг1ы 77 от момента времени t до момента времени t симметричен участку .от момента времени t.j до момента времени t относительно линии момента времени t. В .момент времени t, как следует из диаграммы 72, -вновь возникает импульс сигнала синхронизации R, который вновь .устанавли- вает выходной сигнал счетчика 62 равным , после чего этот сигнал в интервсше времени от t. до. t совершает следующий цикл своего изменени  аналогично описанному выше. В момент t, импульс сигнала синхронизации воздействует также и на интегратор 3, устанавлива  его выход- ной сигнал равным NQ, но так как выходной сигнал интегратора в этот момент времени уже прин л значение NO в процессе интегрировани , то изменение этого сигнала в результате воздействи  сигнала синхронизации не происходит. Дальнейшее формирование участка диаграмм 77 в интервале времени от t,, до tp пон тно из сопоставлени  диаграмм 73 - 76 с учетом соображений, приведенных выше. После момента t выходной сигнал интегратора и далее совершает периодические колебани  аналогично описанному циклу от t.j до tp , так как значени  сигнгшов на диаграммах 71 76 в момент времени t и t совпадают , период этих колебаний Tj. paвен интервалу времени от t до tg .

Claims (4)

1. Число областей разбиени  основного сигнала, их границы и соответствующие этим област м коэффициенты передачи второй секции 20 делител  2 могут быть легко выбраны так, чтобы обеспечить любую требуемую точность кусочно-линейной аппроксимации синусоиды указанным выше образом. В варианте выполнени  устройства настройки согласно фиг. 2 можно получить и плоские вершины аппроксимирующей линии, дл  этого достаточно сопоста вить той области разбиени  основного срЛгнала, котора  включает в себ  число Т о , нулев ё значение к6эффиц1Гента передачи второй секции 20 управл емого делител  2, а в варианте выполнени  устройства настройки corласно фиг. 1получить колебани  с плоскими верьшналш на выходе интегратора 3 невозмохшо. Далее колебани  цифрового выходного сигнала интегратора 3 преобразуютс  преобразователем 4 в колебани  аналогового сигнала со смеиением на величину, равную весу N, старшего разр да интегратора 3, так что колебани  выходного сигнала преобразовател  4 совершб этс  относительно нулевого значени  этого сигнала. Последнее, справедливо и дл  установившихс  колебаний в рехдаме ВА, так как в этрм рехмме ьследствие наличи  обратной св зи, каковой дл  устройства настройки  вл етс  участок настраиваемой САР, включённый при использовании устройства настройки в режиме ВА мехеду внаходной и входной клеммами, при симметричной выходной характеристике релейного элемента 13 происходит автоматическое симметрирование колебаний выходного сигнала интегратора 3 относительно ; значени  Н, Далее выходной сигнал преобразовател  4 масштабируетс  выходным блоком 5 с помощьюзадатчика 9 и передаетс  на выходную клемму б с посто нной составл ющей определ емой задатчиком 10. Из рассмот рени  диаграммы 77 фиг. 3 видно, что при указанном выше весе Nj, старшего разр да выходного сигнала интегратора ., этот разр д имеет едини.ч;ный Логиче«;кий уровень в интервале времени от t до t, , т.е. в одном полупериоде колебаний выходного сигнала интегратора , и нулевой логический уровень в интервале времени от t, до tg т.е. в другом полупериоде колебаний следовательно этот разр д совершает пр моугольные колебани  с периодом , равннм периоду колебаний выходного сигнала интегратора, причем передний фронт этих пр моугольных колеб .аний соответствует нулевой фазе колебаний выходного сигнала интегратора . Это обсто тельство дает возможность использовать пр моугольные колебани  в блоке измерени , под ключив вход 50 блока измерени  14 к выходу старшего разр да интегратора 3, при этом блок измерени  может не содержать компаратора на входе 50. Частота с выхода 57 делител  2 поступает на вход 51 блока измерени  и  вл етс  сигналом линейной раз вертки фазы колебаний выходного сигнала интегратора и, следовательно, колебаний на выходной клемме б. В устройстве настройки согласно фиг. 2 выходы разр дов счетчика 62 по существу  вл ютс  выходами делителей частоты на два, включенных последовательно , поэтому возможно исполнение устройства настройки, в котором млад1-л е разр ды счетчика 62 одновре.менно  вл ютс  элементами второй секции 20 делител  2. Таким образом, предложенное устройство настройки, как выпол знное согласно фиг. 1, так и выполненное согласно фиг. 2, впервые обеспечивает оператору возможность быстрого выбора с помощью переключател  любого из двух режимов работы: режима ГК, в котором устройство настройки действует как генератор периодических колебаний и как измеритель парги етров . колебаний, в частности, ги тлитуды и сдвига фазы, предназначенного в основном.д   идентификации САР методом последовательного сн ти  координат амплитудно-частотной и фазо-час.тотной характеристик, и режима ВК, в котором устройство настройки образу ет между входной и выходной клеммами нелинейную фазосдвигающую цепь, содержащую последовательно соединенные релейный элемент и апериодическое звено, и действует также как измеритель параметров колебаний, в частности, амплитуды и периода, предназначенного в основном дл  быстрого определени  оптимальных параметров настройки регул тора САР с использованием косвенных неэкстремальных частотных критериев оптимальности без предварительного определени  ее амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик. Известные .устройства настройки такой возможности не обеспечивают , следовательно, описанное устройство обладаетрасширенными функциональными возможност ми. Устройство настройки, в котором блок измерени  соединен с переключателем выбора режима работы (ГК или ВА), проще , так как в этом случае вместо трех отсчетных устройств (дл  амплитуд ды, дл  сдвига фазы и дл  периода) можно иметь в устройстве настройки два отсчетных устройства, одно из которых служит дл  отображени  рез льтата измерени  как сдви.га фазы в ре- жиме ГК, так и периода в режиме ВА; а также удобнее в обслуживании,, так как в этом случае внимание оператора не может отвлекатьс  показани ми, которые в используемом режиме не нужны и, более того, могут быть неинформативными . Устройство настройки, в котором делитель выполнен в виде делител  частоты, а блок измерени  соединен с делителем, упрощаетс  за счет того, что может не содержать специального формировател  сигнала линейной развертки фазы. Описанное устройство настройки может быть ис-v пользовано на любых промышленных объектах, оснащенных САР, как в процессе пуско-наладочных работ при вводе объектов в эксплуатацию, и периодически в процессе промьпиленной эксплуатации объектов дл  оптимизации САР, а также может быть использовано дл  идентификации САР или их участков (например, объектов).часто ными методами при исследовательских работах. Формула изобретени  1. Устройство дл  настройки систем автоматического регулировани , содержащее источник опорного сигнала , соединенные последовательно дели тель частоты, интегратор, цифро-ана логовый преобразователь и выходной блок, установочный вход которого подключен к выходу первого задатчика , соединенные последовательно входной блок, релейный элемент и бло измерени , причем первый управл ющий вход делител  св зан с выходом второго задатчика, второй управл ющи вход - с первым выходом блока управлени , второй выход которого соединен с реверсирующим входом, первый вход - с выходом интегратора, а соответствующие входы блока измерени  подключены к одному из выходов входного блока и к входу релейного элемента , отличающеес  тем что, с целью расширени  функциональ ных возможностей устройства, оно со держит арифметический блок аналогоцифровой преобразователь и переключатель , при этом выходы источника опорного сигнала и арифметического блока .подключены к входам переключател , вход аналого-цифрового преобразовател  и второй вход блока уп равлени  подключены соответственно к первому и второму выходам переключател , первый выход аналого-цифрового преобразовател  соединен с входом делител  частоты, второй выход - с третьим входом блока управлени , первый вход арифметического блока соединен с выходом релейного элемента, второй вход - с выходом цифро-аналогового преобразовател . 2. Устройство по п,1, о.т.л и чающе е с  тем, что промежуточный выход делител  частоты соединен с соответствующим входом блока измерени , переключающий вход которого соединен с вторым выходом переключател . Источники информации, прин ть во внимание при экспертизе 1.Атама 1енко В.Г. Анализатор периодических функций типа АО-6П. Приборы и системы управлени , 1967, № 2, с. 6-9.
2. 2.Балакирев B.C.,Дудников Е.Г., Дирлин A.M. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управлени . М., Энерги , 1967, с. 10-21.
3. 3.Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулировани . М., Энерги , 1973, с. 376-379, 404-410.
4. 4.Пневматический анализатор час ,тотных характеристик дл  динамической оптимизации промыш енных САР (полуавтоматический оптимизатор):. Технический отчет Ленинградского специализированного пуско-наладочного управлени  треста Севзапмонтажавтома .тика Минмонтажспецстро  СССР. Л., 1973 (прототип).

   г з ч 5 iff ir

   ю

   Фиг.Ъ