SU978067A1

SU978067A1 - Device for determination of dynamic object frequency characteristics

Info

Publication number: SU978067A1
Application number: SU813298538A
Authority: SU
Inventors: Олег Дмитриевич Чугунов; Борис Федорович Комаров; Леонид Петрович Руссин
Original assignee: Предприятие П/Я В-8058
Priority date: 1981-06-09
Filing date: 1981-06-09
Publication date: 1982-11-30

Description

Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств дл определени параметров динамических объектов, а именно фазочастотных и амплитудно-частотных характеристик.The invention relates to electrical measuring equipment and can be used to create devices for determining parameters of dynamic objects, namely phase frequency and amplitude-frequency characteristics.

Известно устройство дл определени частотных характеристик динамичедких объектов, содержащее генератор электрических колебаний, фазоинвертор , два сумматора, два квадратора и индикатор. Устройство измер ет мнимую и действительную частотные характеристики динамического объекта A device for determining the frequency characteristics of dynamic objects, comprising an oscillator, a phase inverter, two adders, two quadrants and an indicator, is known. The device measures the imaginary and actual frequency characteristics of a dynamic object.

Недостаток известного устройства заключаетс в том, что дл -получени амплитудной и фазовой частотных характеристик необходимо полученные значени мнимой и действительной характе- ристик возвести в квадрат, сложить; из полученной суммы извлечь корень, а также вычислить обратно тригонометрические функции частного от делени указанных характеристик.A disadvantage of the known device is that in order to obtain the amplitude and phase frequency characteristics it is necessary to obtain the obtained values of the imaginary and real characteristics in a square, put; extract the root from the sum obtained and also calculate back the trigonometric functions of the quotient from dividing the indicated characteristics.

Все это уменьшает точность, уве .личивает врем измерени и усложн ет процесс измерени .All this reduces the accuracy, increases the measurement time and complicates the measurement process.

Наиболее близким по технической сумности к предлагаемому вл етс устройство дл определени характеристик динамических объектов, которое содержит генератор электрических колебаний, блок регулируемого фазового сдвига, усилитель с переключателем регулировки коэффициента уснле .ни и индикатор 21.The closest technical sum to the present invention is a device for determining the characteristics of dynamic objects, which contains an electrical oscillator, an adjustable phase shift unit, an amplifier with a usnle adjustment switch and an indicator 21.

БЛОК регулируемого фазового сдвига выполнен в виде двух сельсинов. Первый сельсин приводитс в движение BLOCK adjustable phase shift is made in the form of two selsins. The first salesman is set in motion.

10 приводом с переменной скоростью, содержамим ..сервоусилитель и тахоганератор , второй сельсин механически св зан с фазовой шкалой фазовращател , а электрически - с одним из вхо15 дов индикатора, выполненного в виде электронно-лучевой трубки, второй вход которого соединен с выходом динамического объекта.10 is driven by a variable speed containing a servo amplifier and a tachoganer, the second selsyn is mechanically connected to the phase scale of the phase shifter, and electrically connected to one of the inputs of the indicator, made in the form of a cathode ray tube, the second input of which is connected to the output of a dynamic object.

Поскольку первый вход электронно20 лучевой трубки вл етс вертикальной разверткой луча, а второй вход горизонтальной разверткой, то в этом случае на экране осциллографа индицируетс фигура Лиссажу с наложением Since the first input of the electron beam tube is a vertical scan of the beam, and the second input is horizontal scanning, in this case the Lissajous figure is superimposed on the oscilloscope screen

25 на нее высокочастотными колебани ми. Дл определени фазового сдвига поворачивают фазовую йжалу вместе с подвижным сельсине до тех пор, пока крива на экране осциллографа не пре30 вратитс в линию. При зтом со шкалы непосредственно считьтаетс фазовый сдвиг. Такое устройство позвол ет осуществить непосредственно измерение фазового сдэига без производства до полнительных расчетов, однако оно х рактеризуетс недостаточной точност не выше 5%) и ограниченным частотным диапазоном (пор дка 0,1-10 гц) ввиду использовани сельсинов в качестве задатчика фазового сдвига, требующих точной механической юстировки и фильтрации модул ционного сигнала при измерении, а также увеличенным временем измерени из-за наличи модул ции сигнала на входе индикатора и невозможностью измерени модул ции отношени амплитуд на входе и выходе динамического объекта Кроме того, это устройство имеет сложную конструкцию. Цель изобретени - увеличение точ ности, сокращение времени измерени и упрощение конструкции. Указанна цель достигаетс тем, что в устройстве дл определени ч стотных каоакте1оистик динамических объектов, содержащем генератор элект рических колебаний, блок регулируемо го фазового сдвига, усилитель с пере ключателем регулировки коэффициента усилени и индикатор, один из входов которого подключен к выходу генерато ра электрических колебаний через пос ледовательно подключенные указанный усилитель и клеммы дл подключений исследуемого динамического объекта, а другой - через блок регулируемого фазового сдвига, блок регулируемого фазового сдвига выполнен в виде последовательно подключенных задатчика величин -фазового сдвига, сумматора, первого.нелинейного элемента, первог синусного преобразовател и первого фильтра, а между входной клемг/юй исследуемого динамического объекта и генератором электрических колебаний включена цепь коррекции, состС)5Пца из последовательно подключенных.второго нелинейного элемента, второго синусного преобразовател и второго фильтра, На фиг, 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, по сн ющие ра-боту устройства. Устройство состоит из генератора 1 электрических колебаний, вырабатывающего электрический сигнал в вид двупол рного пилообразного напр жени посто нной амплитуды с регулируемой частотой, сумматора 2, первый . вход которого подключен к генерато ру 1, задатчика 3 электрических сигналов сдвига фаз, подключенного к второму входу сумматора 2. Устройств содержит также первый нелинейный эле мент 4, реализующий пилообразную фун кциональную зависимость. Выход первого нелинейного элемента 4 подключен ко входу двупол рного синусного преобразовател 5, выход которого через первый фильтр б с аттенюатором амплитуды подключен к горизонтальным, (вертикальным) пластинам индикатора 7 f выполненного в виде электронно-лучевой трубки. Выход генератора 1 одновременно подключен ко входу второго нелинейного элемента 8, реализующего пилообразную функциональную зависимость, выход которого подключен ко входу второго синусного преобразовател 9, Причем выход второго синусного преобразовател через второй фильтр 10 подключен ко входу исследуемого динамического объекта 11, Выход динами ческого объекта 11 подключен к входу усилител 12, коэффициент усилени которого регулируетс задатчиком 13. Выход усилител 12 подключен к вертикальным горизонтальным) пластинам индикатора 7 Задатчик 3 электрических сигналов фазового сдвига, сумматор 2, первый нелинейный элемент 4, первый синусный преобразователь 5 и первый фильтр б образуют блок регулируемого фазового сдвига 14. Устройство содержит также два градуировочных лимба (не показаны), которые механически св заны с задатчиком 3 фазы и задатчиком 13 коэффициента усилени усилител 12 соответственно . Указанные лимбы наход тс на передней панели устройства. Устройство дл своей работы может использовать в качестве индикатора 7 любой промышленный электронно-лучевой осциллограф. Нелинейные элементы 4 и 8, синусные преобразователи 5 и 9 и фильтры б и 10 попарно идентичны. При этом нелинейные элементы 4 и 8, а также синусные преобразователи могут иметь различное конструктивное выполнение. Нелинейные элементы 4 и 8 реализуютс путем использовани кворум-элемента устройства, выдел ющего на выходе средний сигнал по величине из трех действующих на его вход. Эти три сигнала, поступающие на вход кворум-элемента, формируют из основного входного сигнала путём смещени его на посто нную величину и изменени его пол рности. Благодар принципу работы кворумэлемента и коррекции входных сигналов на выходе кворум-элемента, вл ющегос выходом нелинейного звена, формируетс сигнал с кусочно-линейной зависимостью, т.е. такое выполнение нелинейного звена позвол ет получить нелинейную характеристику, а следовательно, и изменение сигнала, на выходе треугольной формы. Полученный на выходе нелинейных элементов 4 и 8 сигнал треугольной формы преобразуют посредством синусных преобразователей 5 и 9, выполненных , например, в виде двухквадратного синусного элемента с полевым транзисторами, диодами и резисторами в сигнал синусоидальной формы. Определение частотных характерис ик пpeдлaгae iым устройством производ т следующим образом. Генератор 1 вырабатывает двухпол рное электрическое напр жение пило , образной формы и посто нной амплитуды , которое подают на один из входов сумматора 2 и на рход нелинейного элемента 8. При этом на второй вход сумматора 2 подаетс электрическое напр жение с задатчика 3., В качестве задатчйка 3 может быть использован любой источник регулируемого посто нного напр жени , например переменный резистор, движок кото рого электрически св зан с сумматором 2, а механически - с лимбом (не показан), проградуированном в величи нах фазового сдвига. Перед началом измерений задатчик устанавливают в нулевоеположение, что соответствует Нулевому значению электрического напр жени и нулевому фазовому углу. С выхода сумматора 2 электрически сигнал через нелинейный элемент 4, реализующий треугольную зависимость сийусный преобразователь 5 и фильтр подключен к одному из входов, например горизонтальным пластинам индикатора 7, выполненного в виде электронно-лучевой трубки. Второй вход индиктаора, например вертикальные пластины, соединен:-,, при этом через последовательно соединенные усилитель 12, динамический объект 11, вто рой фильтр Ю, второй преобразовател 9 с выходом второго нелинейного элемента 8, имеющего треугольную зависимость . При этом на экране электроннолучевой трубки индикатора 7 будет наблюдатьс эллипсооёразна крива Лиссажу дл линейных сигналов или типа петли гистерезиса дл нелинейных сигналов. С помощью задатчйка 3 сдвига фаз выполненного, например, в виде переменного резистора, устанавливают такое напр жение на его выходе при котором фигура Лиссажу, наблюдаема на экране электронно-лучевой трубки индикатора 7, превращаетс в одну линию. Дл линейных систем - это пр ма лини , а дл нелинейных крива или лини с изломом. Превращение эллипсообразной фигуры в одну линию говорит о равенстве фаз сигнала исследуемого динамического объекта 11 и блока регулируемого фазового сдвига. Значение фазового сдвига считываетс с лимба, проградуированного в величинах фазового сдвига. Дл подавлени шумов и выделени первой гармоники при исследовании нелинейных динамических объектов в устройстве предусмотрены фильтры б и 10, имеющие одинаковую передаточ .ную функцию, благодар чему не требуетс коррекции результатов измерений . При измерении отношени амплитуд динамического объекта 11, которое производ т после замера фазового сдвига при выставленном положении движка переменного резистора задатчйка 3 фазового сдвига соответствующего фазовому сдвигу динамического объекта 11, сигнал с динамического объекта через инвертируюсшй вход усилител 12 подключен к вертикальным (горизонтальным) пластинам индикатора 7, а горизонтальные (вертиАальные) пластины указанного индикатора 7 остаютс подключенными к выходу фильтра 6. При этом на экране индикатора 7 наблюдаетс прйма лини . Измен коэффициент усилени инвертирующего . усилител 12 посредством задатчйка 13 коэффициента усилени , механически св занного с лимбом (не показан), проградуированным в отношени х амплитуды , добиваютс превращени пр мой линии в точку, что соответствует равенству амплитуд с выхода усилител 12 и динамического объекта 11, Значение отношени амплитуд считываетс с лимба, задатчйка 13 величин коэффициентов усилени усилител 12. Измерение отношени аг-шлитуд становитс возможным благодар тому, что блок фазового сдвига не измен ет амплитуды входного сигнала при любых фазовых сдвигах. Так, результаты испытаний показывают , что ввиду отсутстви в блоке фазового сдвига предлагаемого устройства электрических конденсаторов и использовани компенсаци(энного метода измерени , когда нет необходимости ждать окончани периода колебаний дл получени результата измерени , врем измерени фазовых сдвигов и модул инфранизких частот резко сокращаетс , Кроме того, на 20% увеличиваетс точность, достига значени О ,5%, и значительно упрощаетс конструкци ввиду отсутстви в предлагаемом устройстве множительно-делител1-ных устройств , счетчиков импульсов интеграторов и других элементов.25 at high frequency oscillations. To determine the phase shift, rotate the phase map along with the moving receiver until the curve on the oscilloscope screen is turned into a line. With this, a phase shift is directly detected from the scale. Such a device makes it possible to directly measure the phase shift without additional calculations, but it does not have a sufficient accuracy of more than 5%) and a limited frequency range (about 0.1–10 Hz) due to the use of selsins as an indicator of the phase shift. accurate mechanical adjustment and filtering of the modulated signal during measurement, as well as increased measurement time due to the presence of modulation of the signal at the indicator input and the impossibility of measuring the modulation of the ratio the amplitudes of the input and output dynamic object addition, this device has a complex structure. The purpose of the invention is to increase accuracy, shorten the measurement time and simplify the design. This goal is achieved by the fact that, in a device for determining frequency of koaktektoistik dynamic objects, containing an oscillator, a block of adjustable phase shift, an amplifier with a gain control switch and an indicator, one of the inputs of which is connected to the output of the generator of electrical oscillations through sequentially connected specified amplifier and terminals for connecting the dynamic object under study, and the other through an adjustable phase shift unit, the unit is adjustable phase shift is made in the form of a serially connected unit for the values of the phase shift, the adder, the first nonlinear element, the first sinus converter and the first filter, and between the input terminal of the dynamic object under investigation and the generator of electrical oscillations, the correction circuit is activated connected. a second nonlinear element, a second sinus converter and a second filter; FIG. 1 is a block diagram of the proposed device; in fig. 2 timing diagrams explaining the operation of the device. The device consists of an oscillator 1 of electrical oscillations, which produces an electrical signal in the form of a two-pole constant-amplitude sawtooth voltage with an adjustable frequency, adder 2, the first. whose input is connected to generator 1, a generator of 3 electrical phase shift signals connected to the second input of adder 2. The device also contains the first nonlinear element 4 that implements a saw-tooth functional dependence. The output of the first nonlinear element 4 is connected to the input of a bipolar sinus transducer 5, the output of which is connected to horizontal, (vertical) plates of indicator 7 f made in the form of a cathode ray tube through the first filter b with an amplitude attenuator. The output of the generator 1 is simultaneously connected to the input of the second nonlinear element 8, which implements a saw-tooth functional dependence, the output of which is connected to the input of the second sinus converter 9, and the output of the second sinus converter through the second filter 10 is connected to the input of the dynamic object 11 under study. The output of the dynamic object 11 is connected to the input of the amplifier 12, the gain of which is controlled by the setting device 13. The output of the amplifier 12 is connected to the vertical horizontal 7) indicator plates a phase shift electrical signal sensor 3, an adder 2, a first non-linear element 4, a first sinus transducer 5 and a first filter b form an adjustable phase shift block 14. The device also contains two calibration limbs (not shown) that are mechanically connected to the unit 3 phases and unit 13 of the gain of the amplifier 12, respectively. These limbs are located on the front panel of the device. The device for its work can use as an indicator 7 any industrial electron-beam oscilloscope. Nonlinear elements 4 and 8, sinus transducers 5 and 9, and filters b and 10 are pairwise identical. In this case, nonlinear elements 4 and 8, as well as sinus transducers can have different constructive execution. Nonlinear elements 4 and 8 are implemented by using the quorum element of the device, which extracts at the output the average signal of the three acting on its input. These three signals, which are input to the quorum element, are formed from the main input signal by shifting it by a constant value and changing its polarity. Due to the principle of operation of the quorum element and the correction of the input signals at the output of the quorum element, which is the output of the nonlinear link, a signal with a piecewise linear dependence, i.e. Such an implementation of a nonlinear link allows one to obtain a nonlinear characteristic and, therefore, a change in the signal, at the output of a triangular shape. The triangular signal received at the output of nonlinear elements 4 and 8 is converted by means of sinus transducers 5 and 9, made, for example, in the form of a two-square sine element with field-effect transistors, diodes and resistors into a sinusoidal signal. The determination of the frequency characteristics of the infrared device by the device is as follows. The generator 1 generates a two-pole electric voltage drank, shaped and constant amplitude, which is fed to one of the inputs of the adder 2 and the rotor of the nonlinear element 8. At the same time, the second input of the adder 2 is supplied with electric voltage from the setter 3., As The switch 3 can be used with any adjustable constant voltage source, such as a variable resistor, the slider of which is electrically connected to the adder 2, and mechanically connected with a limb (not shown) calibrated in phase shift values. Before starting the measurements, the setpoint adjuster is set to the zero position, which corresponds to the Zero value of the electrical voltage and the zero phase angle. From the output of the adder 2 electrically the signal through the nonlinear element 4, which realizes the triangular dependence of the cedus converter 5 and the filter is connected to one of the inputs, for example, horizontal plates of the indicator 7, made in the form of a cathode ray tube. The second input of the indicator, for example, vertical plates, is connected: -, through sequentially connected amplifier 12, dynamic object 11, second filter Yu, second converter 9 to the output of the second nonlinear element 8, which has a triangular dependence. At the same time, on the screen of the electron-beam tube of the indicator 7, an ellipsoidal Lissaissue curve for linear signals or a type of hysteresis loop for nonlinear signals will be observed. With the help of phase 3, the phase shift performed, for example, in the form of a variable resistor, sets such a voltage at its output at which the Lissajous figure, observed on the screen of the cathode ray tube of the indicator 7, turns into one line. For linear systems it is a straight line, and for nonlinear curves or a line with a break. The transformation of the ellipsoidal figure into one line indicates the equality of the phases of the signal of the studied dynamic object 11 and the block of the adjustable phase shift. The value of the phase shift is read from the limb graduated in phase shift values. To suppress noise and isolate the first harmonic when studying nonlinear dynamic objects, the device has filters b and 10 that have the same transfer function, so that no correction of the measurement results is required. When measuring the amplitude ratio of the dynamic object 11, which is made after measuring the phase shift at the position of the variable resistor of the unit 3 phase shift engine corresponding to the phase shift of the dynamic object 11, the signal from the dynamic object is connected to the vertical (horizontal) plates of the indicator 7 through the inverting input of the dynamic object , and the horizontal (vertical) plates of the indicated indicator 7 remain connected to the output of the filter 6. At the same time, on the display of the indicator 7 there is observed ma lini. Change the gain of the inverter. the amplifier 12, by means of the gain factor 13, mechanically associated with a limb (not shown) calibrated with respect to the amplitude, makes the straight line turn into a point, which corresponds to the equality of the amplitudes from the output of the amplifier 12 and the dynamic object 11, the value of the amplitude ratio is read from limb, predatechka 13 magnitudes of the gain factors of the amplifier 12. Measurement of the ratio of ar-shlitud becomes possible due to the fact that the phase shift block does not change the amplitude of the input signal for any phase shift . Thus, the test results show that due to the absence in the phase shift unit of the proposed device electrical capacitors and the use of compensation (the measurement method, when there is no need to wait for the oscillation period to end, to obtain the measurement result, the measurement time of phase shifts and the module of low frequency frequencies is sharply reduced. , the accuracy is increased by 20%, reaching the value O, 5%, and the design is significantly simplified due to the absence in the proposed device of multiplier-divider roystv, pulse counters integrators and other elements.

Claims

Invention Formula

A device for determining the frequency characteristics of dynamic objects, comprising an electrical oscillator, an adjustable phase shift unit, an amplifier with a switch for adjusting the gain factor, and an indicator, one of the inputs of which is connected to the output of the electrical oscillator through serially connected specified amplifier and terminals connecting the investigated dynamic object, and the other through an adjustable phase shift block, that is, with the aim of increasing NOSTA, measurement time shortening and simplifying konstrukhschi, llok controlled phase srviga

made in the form of serially connected setting units for the Phase shift values, adder, first nonlinear element, first sinus converter and first filter, and a correction circuit, consisting of successively connected second nonlinear element, the second siiusnogo converter and the second filter.

Sources of information taken into account during the examination 1. V. Sokolov. Phase measurements. M., Energie, 1973, p. 63-67.

2. Arendt. R., 1S.K.D., Practice of the following systems. M.-L., Gosenergoizdat, 1962, p. 481-488.