Фазометр для исследования систем автоматического управления Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике общего назн чения и .может быть использовано при проведении лабораторных испытаний ди намических свойств-.систем:, автоматического управления или отдельных зве ньев, а также их моделей. По основному авт.св. № 913278 известен фазометр для исследования систем автоматического управления, содержащий генератор, подключенный к блоку включения и входной клемме для подключения исследуемой системы, НЕСХОДНУЮ клемму для подключения исследуемой систекы, подключенную к нуль-органу, и фиксатору периода, выходы которого соединены с входным резистором второго интегратора и вто рого индикатора включения, выход второго интегратора соединен с вторы отсч.етным блоком, соответствуюыие выходы блока включения подключены к конденсаторам обратной связи первого и второго интеграторюв, к входу первого индикатора включения и через первый интегратор к первому отсчетному блоку, приЭТОМ в качестве вход ного сопротивления первого интегратора использован первый потенциометр кинематически связанный с генераторс При включении фазометра в работу запускается генератор синусоидальных колебаний и одновременно первый и вт рой интеграторы начинают интегрировать постоянный и синусоидальный сиг налы, соответственно. Проинтегрированные сигналы накапливаются на интеграторах. В момент первого перехода . выходным сигналом исследуемого объекта через нуль сработает нуль-орган который с помощью блока выключения отключит первый индикатор включения фазометра в работу и оста.новит процесс интегрирования постоянного сигнала первым интегратором. С помощью первого отсчетного блока считьюаются показания угла сдвига фаз, величи на которого прямо пропорциональна величине накопленного заряда первого интегратора. В момент второго перехода через нуль выходным сигналом исследуемого объекта сработавт фиксатор периода, который прекращает интегрирование синусоидального сигнала и выключает второй индикатор включения. С помощью второго отсчетного блока считьгоаются показания поправки угла сдвига фаз, величина которой пропорциональна величине накопленного заряда второго интегратора. Необходимость учета поправки, величина которой может достигать 30% отбчитываемого угла сдвига фаз, объясняется тем, (Что иэЛереяие угла сдвига фаз осуществляется в течение первого периода изменения выходногчэ синусоидального сигнгша исследуемого объекта, когда этот выходной сигнал не принял установиршегося значения. Это позволяет за минимальное время простыми средствами с достаточной степенью точности определить сдвиг фазы входного и выходного си налов исследуемого объекта инфранизкой частоты i . Недостаток устройства состоит в ограниченных функциональных возможностях фазометра, так как определяется только фазовая частотная характеристика исследуемого объекта. Однако фазовой частотной характеристики недостаточно для всесторонней оценки динамических свойств исследуемого объекта. Динамические свойства любого объекта наиболее полно характеризуются не только частотными, но и временными характеристиками. Временные характеристики, например время регулирования, известный фазометр определить не монет. . Кроме того, точность поправки, отсчитываемая с помощью второго отсчетного блока, снижается при изменении в широком диапазоне частоты генерируемого синусоидального сигнала. Это объясняется тем, что величина заряда второго интегратора пропорциональна не только переходной составляющей исследуемого объекта, но и Ч астоте синусоидальных сигналов. Чем меньше частота синусоидального сигнала, тем больше величина разности площадей полуволн выходного сигнала исследуемогЬ объекта и тем больше заряд второго интегратора за один период изменения этого синусоидального сигнала, хотя переходная составляющая исследуемого объекта на всех частотах, одинаковая и определяется постоянной времени (.инерционностью) исследуемого объекта. Это свидетельствует о невысокой точности поправки измерения фазы при изменении частоты синусоидаль-. ного сигнала.. . Целью изобретения является расширение, функциональных возможностей и повышение точности измерения Фазового .сдвига в широком диапазоне. Цель достигается тем, что в фазометр для исследования систем автоматического управления, содержащий генератор, подключенный к блоку включения и входной клемме для подключения исследуемой системы, выходную клемму для подключения исследуемой системы, подключенную к нуль-органу и фиксатору периода, выходы которого соединены с входным резистором второго интегратора и второго индикатора включения выход второго интегратора соединен с вторым отсчетным блоком, соответствующие выходы блока включения подключены к конденсаторам обратной связи первого и второго

интеграторов, к входу первого индикатора включения и через первый интегратор к первому отсчетному блоку, при этом в качестве входного сопротивления первого интегратора испольйован первый потенциометр, кинематически связанный с генератором, вве- дены второй потенциометр, подключенный параллельно входному реаистору второго интегратора и кинематически связанный с генератором и первым / потенциометром,первый развязывак) щий блок, лагометр и второй развязывающий блок, при этом выходы первого и второго интеграторов через соответствующие развязывайяцие блоки соединены с входами ла гометра.

В момент завершения измерения вторым интегратором поправки стрелка лагометра установится в положение, равное отношению напряжений на вы- . ходах интеграторов. Величина этого отношения: прямо пропорциональна пос.тоянной времени исследуемого объек-- та, которая однозначно характеризует его инерционность (или форсирующие свойства) 3-4 постоянных времени исследуемого объекта равны времени регулирования при воздействиои , на вход исследуемого объекта ступенчатого постоянного сигнала, что характеризует быстродействие исследуемого объекта как одну из главных временных характеристик. Изменение частоты входного синусоидального сигнгша исследуемого объекта не влияет на, величину зарядов как первого, так и второго интеграторов, так как их коэффициенты передачи изменяются с помощью переменных входных резисторов в соответствий с частотой генератора синусоидального сигнаша. Это свиде-. тельствуе р высокой точности измерения не только сдвига фазы между двумя синусоидальными сигналами, но и поправки переходной составляющей при изменении частоты синусоидальных сигналов в широком диапазоне.

На чертеже представлена функцио.нальная схема фазометра с изображением электрических схем ее блоков. 7

Устройство содержит генератор 1 синусоидальных колебаний,исбледуемую систему 2 автоматического управления или ее отдельное динамическое звено (исследуемый .объект),блок 3 вклмче НИЛ, нуль-индикатор .4, первый и второй интеграторы 5 и б, первый и второй отсчетные локй 7 и 8, индикаторы 9 и 10 р(Ключения, фиксатор 11 парнода, чувствительные реле 12-15, реле-, повторители 16-19, тумблер 20 блрка включения на два по{1ожения: Измёрё- ние и Сброс и три направления, источник 21 постоянного тока, входной постоянный резистор 22 интегра-, , тора 6, контакты 23-35 реле, входные

потенциометры 36 и 37 интеграторов 5 и 6, соответственно, блоки 38 и 39 развязки, двухобмоточный стрелочный лагометр 40.

Блок 3 включения соединен с генератором 1, с индикатором 9 включения с цепями обратных связей интеграторов 5 и 6 и через потенциометр 36 с отсчетными блоками 7 и 8, а через развязывагапие блоки 38 и 39 с обмотками лагометра 40, соответственно. Выход исследуемого объекта 2 соедине:Н с входом нуль-инликатора 4 и с входом фиксатора 11 периода, выходы которого подключены к индикатору 10 включения и через параллельно соединенные между „собой резистор 22 и потенциометр 37 - к входу интегратора 6..Подвижные контакты потенциометров 36 и 37 жестко соединены с элементом настройки (установки) частты генератора 1. Тумблер.20 блока 3 включения установлен в положение Сброс. Все реле 12-19 находятся в исходном (выключенном) пологхении. Индикатогжл 9 и 10 выключены.

Фазометр работает следующим образом.

При установке тумблера 20 блока 3 включения в положение Измерение запускается в работу генератор 1, так как снимается блокирующее постоянное напряжение с источника 21 и подает.ся напряжение через разгвлкающий контакт 23 реле 17 и потенциометр 36 на вход интегратора 5 и через размыкающий контакт 23 на вход индикатора 9 включения. Кроме того, при установке тумблера 20 в положение Измерение подготавливается цепь питания реле-повторителей 16-19 и отключаются шунтирующие отрицательные, обратные связи интегрторов 5 и 6.

Синусоидальные колебания заданной частоты и нулевой начальной фазы поступают на вход исследуемого объекта 2, обладающего, например, инвертирующим свойством и фазовым запаздыванием.

Интегратор 5 накапливает заряд, величина которого прямо пропорциональна фазовому запаздыванию исследуемого объекта 2. Частота синусоидального сигнала не влияет на точг:, ность измерения сдвига фазы, так как коэффициент передачи интегратора 5 изменяется одновременно с изменением Частоты настройки генератора 1 с помощью переменного входного потенциометра 36.

индикатор 9 включения сигнгшизирует о Tt, что идет процесс идмерения фазы. Важность включения индикатора 9 состоит в том, что цпк ин франизких частот процесс измерения сдвига фазы может длиться десятки, минут, Выходной сигнал исследуемого объ екта 2 поступает на вход нуль-инди катора 4, на вход фиксатора 11 периода и через размыкающие контакты 35 реле 19 и параллельно соединенные между собой резистор 22 и потенциометр 37. - на вход интегратора 6. Отрицательная полуволна выходного сигнала проходит через диод на вход чувствительного реле 12 нуль-индикатора 4, которое срабатывает и с помо1дью своих эамыкакнцих контактов 27 включает в работу реле-повторитель 16. Реле повторитель 16 срабатывает, самоблокируется через замыкающие контакты 28 и с помощью замакаклау1Х контактов 24 подготавливает цепь питания чувствительного реле 13. .Одновременно отрицательная полу волна интегрируется интегратором 6 В момент изменения полярности сигнала с выхода исследуемого объек та 2 сработает чувствительное реле 13, с помощью замыкающих контактов 29 включит реле-повторитель 17, при срабатывании которого происходит отключение источника 21 питания от входа интегратора 5 и индикатора 9 включения. Отключение осуществляется с помощью paз кaющиx контактов 23. С помощью замыкающих контактов 30 и 25 реле-повторителя 17осуществляется включение фиксатора 11 периода. Интегратор 5 прекращает интегрирование. Индикатор 9 включения откл чается, сигнализируя о том, что про цесс измерения фазы завершен и можно снимать показания с отсчётного блока 7, которые прямо пропорционсш ны заряду интегратора 5. Это выгодно отличает предлагаемый фазометр от всех известных своей простотой и малым временем измерения. Обычно для измерения сдвига фазы инфранизких частот в установившемся режиме (т.е. спустя 3-4 колпебания) требуют ся десятки минут, что усложняет фазометры и увеличивает время измерения. Компенсация сянибки измерения/ обусловленная переходными процессами, осуществляется с помощью фиксатора 11 периода и интегратора 6. После завершения измерения интег ратором 5i включается чувствительное реле 14 фиксатора 11 периода, которое своими контактами 31 включает реле-повторитель. 18. Реле-повторите 18срабатывает самоблокируется с помощью замвГкающих контактов 32, а с помощью замыкаю1 их контактов. 26 подготавливает цепь для срабатывания чувствительного реле 15. Заря на интегратор 6 начнет уменьшаться, так как выходной сигнал исследуемого объекта 2 изменяет свой знак, В момент смены знака сработает чувствительное реле 15, которое контактами 33 включит реле-повторитель 19. Реле-повторитель 19 срабатывает;, самоблокируется с помощью переключающих контактов 34 и отключает выходной сигнал исследуемого объекта 2 от интегратора 6. Отключение индикатора 10 включения сигнализирует о том, что процесс измерения поправки сдвига фазы завершен. При измерении положительного фазового сдвига работа фазометра не отл.ичается от его работы при измерении отрицательного фазового сдвига. При этом поправку следует добавлять к показаниям первого отсчётного блока 7. Шкалы отсчетных блоков 7 и 8 должны быть симметричными с нулевым положением и проградуированы от +180 до -180 и от +60 до -бо, соответственно. Для измерения сдвига фазы другой частоты синусоидального сигнала необходимо при,вести в исходное состояние схему фазометра путем установки тумблера 20 на блоке 3 включения в положение Сброс и на генераторе 1 установить новую частоту. Элемент настройки частоты генератора 1 жестко соединен с подвюкным контактом не только входного потенциометра 36 интегратора 5, но и входного потенциометра 37 интегратора 6. С помощью развязывающих блоков 38 и 39 и стрелочного лагометра 40 определяется величина отнсяаения зарядов интеграторов 5 и 6, которая прямо пропорциональна постоянной времени исследуемого объекта 2. Это позволяет расширить функциональные возможности фазометра и измерять им не только частотные (сдвиг фазы), но и временные параметры (постоянную времени) исследуемого объекта. Использование изобретения повышает на 3% точность измерения сдвига фазы между входным и выходным сигналами исследуемого объекта при изменении частоты сигналов на один порядок за счет повыиения в 10 раз точности определения поправки с помощью дополнительно установленного переменного резистора, подвижный контакт которого жестко соединен с элементом настройки частоты генератора .

ФАЗОМЕТР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ АВТО11АТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНКЧ по авт.св. № 913278, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, в него введены второй потенциометр, подключенный параллельно входному резистору второго интегратора и кинематически связанный с генератором и первым потенциометром, первый развязывающий блок, лагометр и второй развязывающий блок, при этом выходы первого и второго интеграторов через соответствующие развязываюгдие блоки соединены с входами лагометра.