УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2006 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относиться к автоматике и может быть использовано при идентификации многовходовых линейных объектов автоматизации в режиме нормальной эксплуатации.

Известно устройство для экспериментального определения динамических характеристик объекта (см. а.с. №184321, М. кл. G 05 В 23/02), позволяющее определить значения амплитудного и фазового искажений, вносимых объектом на данной частоте. Однако его недостатком является невозможность определения динамических характеристик функционирующих объектов, а также объектов, имеющих несколько входов.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство для определения частотных характеристик функционирующих объектов автоматизации (а.с. №199229, М. кл. G 05 В 23/02), содержащее две группы гармонических анализаторов по числу анализируемых частот, подключенных к входу и выходу объекта, устройства сравнения и многоканальный синхронизатор с управляемыми ключами.

Это устройство позволяет определить частотные характеристики объекта в режиме нормальной эксплуатации. Недостатком устройства является невозможность определения характеристик объекта при наличии у него нескольких входов, так как при этом реакция объекта по исследуемому входу будет искажена вследствие наличия воздействия на других входах.

Цель изобретения - обеспечение непрерывного снятия двухпараметрических частотных характеристик существенно нестационарного многовходового объекта автоматизации без нарушения его режима.

Достигается это тем, что к исследуемому входу объекта подключены все первые входы синхронных детекторов первой группы и последовательно включенные фильтр основной частоты и формирователь гармоник основной частоты, имеющий выходы синусоидальных и косинусоидальных сигналов этих гармоник, которые подключены ко вторым входам синхронных детекторов первой группы и к первым входам соответствующих синхронных детекторов второй группы, все вторые входы которых подключены к выходу объекта автоматизации, выходы синхронных детекторов синусоидальных сигналов первой группы через первый многоканальный мультиплексор подключены к первым входам первого и второго вычислительных устройств, предназначенных для вычисления величин, пропорциональных средней амплитуде входного и выходного сигналов одноименных частот, выходы синхронных детекторов косинусоидальных сигналов первой группы через второй многоканальный мультиплексор подключены ко вторым входам первого и второго вычислительных устройств, выходы синхронных детекторов синусоидальных сигналов второй группы через третий многоканальный мультиплексор подключены к первому входу третьего вычислительного устройства, предназначенного для определения фаз сигналов одноименных частот на входе и выходе объекта, и к третьему входу второго вычислительного устройства, выходы синхронных детекторов косинусоидальных сигналов второй группы через четвертый многоканальный мультиплексор подключены ко второму входу третьего вычислительного устройства и к четвертому входу второго вычислительного устройства, управляющие входы мультиплексоров подключены к программному устройству, выходы всех вычислительных устройств подключены к соответствующим входам определителя отношения амплитуд и разности фаз сигналов одноименных частот на входе и выходе объекта, а управляющие входы всех синхронных детекторов подключены к другому выходу программного устройства.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство для определения частотных характеристик функционирующих объектов подключается к исследуемому входу и выходу линейного объекта 1 автоматизации. Оно содержит фильтр 2 основной частоты, выделяющий из входного сигнала периодическую составляющую K(t)·sin(ω·t). Выход фильтра 2 подключен к входу формирователя 3 гармоник основной частоты вида К_i(t)·sin(i·ω·t) и К_i(t)·cos(i·ω·t), где i=1, 2, 3... n. Выходы синусоидальных сигналов формирователя 3 подключены ко вторым входам соответствующих синхронных детекторов 4 первой группы, состоящих из последовательно включенных умножителя 5 и интегратора 6. Выходы косинусоидальных сигналов формирователя 3 подключены ко вторым входам соответствующих аналогичных синхронных детекторов 4 первой группы, также состоящих из умножителя 5 и интегратора 6. Первые входы детекторов первой группы подключены к исследуемому входу объекта. Выходы синусоидальных и косинусоидальных сигналов формирователя 3 одновременно подключены к первым входам соответствующих детекторов 4 второй группы, вторые входы которых подключены к выходу объекта 1. Выходы детекторов 4, осуществляющих операции

подключены к многовходовым мультиплексорам 7, 8, 9, 10 соответственно. Управляющие входы мультиплексоров 7-10 подключены к выходам программного устройства 11, которое определяет режим работы мультиплексора. Входы мультиплексоров 7, 8 подключены к входам первого вычислительного устройства 12 и к соответствующим входам второго вычислительного устройства 13. Первое 12 и второе 13 вычислительные устройства предназначены для вычисления величин, пропорциональных средней амплитуде входного и выходного сигналов одноименных частот. Выходы мультиплексоров 9, 10 подключены к входам третьего вычислительного устройства 14, предназначенного для определения фаз сигналов одноименных частот на входе и выходе объекта, и к соответствующим входам второго вычислительного устройства 13. Выходы вычислительных устройств 12-14 подключены к входам определителя 15 отношения амплитуд и разности фаз сигналов одноименных частот на входе и выходе объекта.

Устройство работает следующим образом.

В режиме нормального функционирования на вход объекта 1 подается сигнал Х_вх, содержащий явно выраженную гармоническую составляющую основной частоты ω. Одновременно на другие входы объекта могут поступать сигналы другой формы от других источников. При этом периодическая составляющая сигнала исследуемого входа должна быть некогерентна периодическим составляющим на других входах объекта. Принцип работы устройства основан на выделении из входного и выходного сигналов линейного объекта гармонических составляющих основной частоты ω, определения затухания и фазового сдвига (т.е. искажения по амплитуде и фазе) каждой из гармоник в процессе прохождения сигнала через объект.

Фильтр 2 основной частоты ω выделяет явно выраженную периодическую составляющую K(t)·sin(ω·t), из которой формирователь 3 формирует сигналы вида: К_i·sin(i·ω·t) и K_i·cos(i·ω·t) с нормированной амплитудой К_i. Здесь i=1, 2, 3... n.

Формирование этих сигналов может быть выполнено, например, с помощью цифровых решающих устройств, определяющих решение дифференциального уравнения свободных колебаний линейного вибратора, возбужденного входным сигналом, или с помощью фильтров в аналоговой форме.

Каждый сигнал вида К_i·sin(i·ω·t) и К_i·cos(i·ω·t) с формирователя 3 подается на второй вход своего детектора 4 первой группы и на первый вход соответствующего детектора второй группы. На первые входы всех детекторов 4 первой группы подается входной сигнал х_вх. Таким образом, первая группа детекторов выполняет математические операции где Т - интервал интегрирования, задаваемый программным устройством 11 по управляющему входу для всех детекторов 4 обеих групп одновременно.

На вторые входы всех детекторов 4 второй группы подается выходной сигнал х_вых объекта 1. Таким образом, вторая группа детекторов выполняет математические операции

Значения а_i и b_i пропорциональны коэффициентам разложения в ряд Фурье периодической составляющей входного сигнала, а значения d_i и с_i пропорциональны коэффициентам разложения в ряд Фурье периодической составляющей выходного сигнала.

Сформированные на выходах детекторов сигналы а_i, b_i, d_i и с_i с помощью многовходовых мультиплексоров 7, 8 и 9, 10 (управляющий вход которых подключен ко второму входу программного устройства 11), последовательно подключают выходы детекторов одноименной частоты к соответствующим входам вычислительных устройств 12-14, которые выполняют следующие операции:

Вычислительное устройство 12 - ;

Вычислительное устройство 13 - ;

Вычислительное устройство 14 -

Величины В_i и С_i пропорциональны средней амплитуде входного и выходного сигналов на частоте i·ω, а величины D_i и Е_i характеризуют фазу периодической составляющей на входе и выходе объекта.

Все входы устройств 12-14 подключены к входам устройства 15, которое определяет для одноименных частот отношение амплитуд сигналов В_i и С_i,

и разность фаз сигналов D_i и Е_i,

Выражение (1) определяет значение амплитудной частотной характеристики на частоте i·ω, а выражение (2) - значение фазовой частотной характеристики на частоте i·ω.

По окончании вычислений A(i·ω) и Δϕ(i·ω) по команде программного устройства 11 все интеграторы 6 детекторов 4 сбрасываются на ноль для одновременного начала следующего цикла вычислений.

Таким образом, устройство позволяет определять мгновенные значения многоточечной двухпараметрической характеристики многовходового линейного объекта со скоростью, соответствующей скорости производимых вычислений.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при идентификации многовходовых линейных объектов автоматизации в режиме нормальной эксплуатации. Технический результат заключается в обеспечении непрерывного снятия двухпараметрических частотных характеристик существенно нестационарного многовходового объекта автоматизации без нарушения его режима. Принцип работы устройства основан на выделении из входного и выходного сигналов линейного объекта гармонических составляющих основной частоты и определении затухания и фазового сдвига (т.е. искажений по амплитуде и фазе) каждой из гармоник в процессе прохождения через объект. Устройство содержит фильтр основной частоты, формирователь синусоидальных и косинусоидальных сигналов гармоник этой частоты, две группы синхронных детекторов, мультиплексоры, вычислительные устройства, программатор, определитель отношения амплитуд и разности фаз сигналов одноименных частот на входе и выходе объекта. 1 ил.

Устройство для определения частотных характеристик функционирующих объектов автоматизации, содержащее определитель отношения амплитуд и разности фаз сигналов одноименных частот на входе и выходе объекта, программное устройство, вычислительные устройства, мультиплексоры, детекторы первой и второй групп, формирователь гармоник основной частоты и фильтр основной частоты, при этом к входу исследуемого объекта подключены все первые входы синхронных детекторов первой группы и последовательно включенные фильтр основной частоты и формирователь гармоник основной частоты, имеющий выходы синусоидальных и косинусоидальных сигналов этих гармоник, которые подключены ко вторым входам синхронных детекторов первой группы и к первым входам соответствующих детекторов второй группы, все вторые входы которых подключены к выходу объекта автоматизации, выходы синхронных детекторов синусоидальных сигналов первой группы через первый многоканальный мультиплексор подключены к первым входам первого и второго вычислительных устройств, предназначенных для вычисления величин, пропорциональных средней амплитуде входного и выходного сигналов одноименных частот, выходы синхронных детекторов косинусоидальных сигналов первой группы через второй многоканальный мультиплексор подключены ко вторым входам первого и второго вычислительных устройств, выходы синхронных детекторов синусоидальных сигналов второй группы через третий многоканальный мультиплексор подключены к первому входу третьего вычислительного устройства, предназначенного для определения фаз сигналов одноименных частот на входе и выходе объекта, и к третьему входу второго вычислительного устройства, выходы синхронных детекторов косинусоидальных сигналов второй группы через четвертый многоканальный мультиплексор подключены ко второму входу третьего вычислительного устройства и четвертому входу второго вычислительного устройства, управляющие входы мультиплексоров подключены к программному устройству, выходы всех вычислительных устройств подключены к соответствующим входам определителя отношения амплитуд и разности фаз сигналов одноименных частот на входе и выходе объекта, а управляющие входы всех синхронных детекторов подключены к другому выходу программного устройства.