Устройство для определения частотных характеристик объективов с широтно-импульсным модулятором Советский патент 1985 года по МПК G05B23/02 

I

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для экспериментального определения дискретных частотных характеристик элементов и систем автоматического управления с широтно-инпульсной модуляцией (ШИМ).

Известно устройство для определения дискретных частотных характеристик амплитудно-импульсных систем, содержащее генератор синусоидальных колебаний, фиксирующее устройствоj два делителя частоты, фазовращатель, нуль-формирователь, регулятор частоты и фазы и регистрирующий прибор Щ .

Недостатками этого устройства являются его повышенная сложность, большое время определения дискретных частотных характеристик и недостаточная точность при наличии нелинейных, искажений сигналов и помех. Кроме того, непосредственно этим устройством определять дискретные частотные характеристики систем с ШИМ нельзя: оно должно быть снабжено дополнительными узлами ,

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения импедансных частотных характеристик источников питания и потребителей, содержащее генератор синусоидальных колебаний и анализатор частотных характеристик в виде компенсационного измерительного блока zj .

Недостатком известного устройства является то, что в нем не учитываются специфические свойства объектов с ШИМ, связанные с дискретностью управления. Поэтому, хотя в области низких частот, в десять, и более раз меньших частоты повторения модулирующих импульсов, известное устройство обеспечивает приемлемую точность определения модуля и аргумента частотной функг ции, но на более высоких частотах оно дает существенную погрешность измерения, в особенности по фазе, превышающую 40.

Цель изобретения - повышение тоности определения частотных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения частотных характеристик объекД40892

тов с широтно-импульсным модулятором, содержащее источник напряжения смещения, генератор синусоидальных колебаний, выход которого подключен и входу объекта с широтно-импульсным модулятором и анализатор частотньк характеристик, снабжено первым и вторым фиксирующими элементами, формирователем импульсов fO выборки и компаратором, причем выходы первого и второго фиксирующих элементов соединены соответственно с первым и BTopbiM входами анализатора частотных характеристик, вход

15 первого фиксирующего элемента подключен к выходу генератора синусоидальных колебаний, а вход второго к выходу непрерывной части объекта с щиротно-импульсным модулятором,

20 объединенные управляющие входы фиксирующих элементов подключены к выходу формирователя импульсов выборки, вход которого соединен с выходом компаратора, первым входом под25.. ключенного к выходу генератора опорного напряжения, входящего в состав объекта с 11 иротно-и1-{пульсным модуляторомj а вторым входом - к источнику напряжения смещения.

30 На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 расчетная (кривая 1) и эксперимен, тальные частотные характеристики объекта с ШИМ, снятые устройством I 3 (кривая 2) и предлагаемьм устройств.ом (кривая ЗК

Устройство для определения час.Q тотных характеристик объекта 1 с ШИМ, включающего в себя широтноимпульсный модулятор 2, генератор 3 опорного напряжения и непрерывную часть 4, содержит генератор 5

, синусоидальных колебаний, анализатор 6 частотных характеристик, два фиксирующих элемента 7, формирователь 8 импульсов выборки, компаратор 9 и источник 10 напряжения

,д смещения.

Пилообразное опорное напряжение UQP (t) сравниваетдя в пшротно-импульсном модуляторе 2 с входным синусоидальным воздействием X(t), 55 поступающим с генератора 5 синусоидальных колебаний. Импульсы U(t), . ширина которых пропорциональна теку Щ1Ш значениям X(t), поступают на

вход непрерывной части 4, динамика которой описывается передаточной функцией W.(s) . Эти импульсы вызывают на выходе непрерывной части 4 реакцию y(t).

Съем и запоминание сигналов на входе и выходе объекта исследования производится фиксирующими элементами 7 в моменты, когда (,„ (t) , благодаря чему эти моменты (моменты фиксации) цтделены один от другого равными интервалами времени Т. В противном случае наряду с подобием амплитудно-импульсной модуляции имела бы место и время-импульсная модуляция, вносящая значительную погрешность измерения. Поэтому импульсы выборки, управляющие фиксирующими элементами 7, генерируются формирователем 8 импульсов выборки в момент переключения компаратора 9, что происходит при равенств е опорного напряжения и напряжения смещения. Изменяя напряжение сме.щения, можно установить требуемый момент формирования импульсов выборки. Анализатор 6 частотных характеристик выделяет основные гармоники фиксированньк в моменты кТ (где к О, 1, 2,...) сигналов X(kT) и y(kT) и определяет модуль и фазу частотной функции объекта,

Анализируе мые сигналы обязательно должны быть периодическими, для чего период Tg возмущающего синусоидального воздействия X(t) и период модулируемых импульсов Т должны относиться один к другому как взаимно простые целые числа. Однако погрешность 8 , обусловленная невыполнением этого условия, -определяемая соотношением

,4

.

где время измерения, обычно ,1евеликГ. Так, например, при 1 с и частоте импульсов 1 кГц S 0,002.

На фиг. 3 приведены расчетная и экспериментальные логарифмические

частотные.характеристики эвена с широтно-импульсным модулятором и передаточной функцией непрерывной части

4

: wls)

((б-з,гмо-)(нб-1,б-1о-)

Частота импульсов - 300 Гц.

Как видно из этих- характеристик

0 предлагаемое устройство позволяет существенно повысить точность определения частотных характеристик систем с ШИМ, что дает возможность сократить трудоемкость разработки

5 и отладки таких систем, а также повысить их качество.

Сравнение предлагаемого устройства с применяемыми в настбящее время для определения частотных

характеристик приборами В5-2 или Solartron 1170 показывает, что при определении частотных характеристик в области высоких частот систем с ШШ предлагаемое устройство обеспечивает по крайней мере в пять раз более высокую точность.

В качестве формирователя импульсов выборки может быть использован ждущий мультивибратор а в качестве анализатора частотных характерис-тик - компенсационный измерительный блок C3J.

гнпдгш;г1ШИ1п

т 21 ЗТ

пГ

Фиг Z

L,dB

УСТРОЙСТВО ДЛЯ (ШРЕДЕЛЕ НИЯ ЧАСТОТНЫХ ;ХАРАКТЕРИСТШС ОВЪЕК- iТОВ 6 ПШРОТНО-ИМПУЛЬСНШ НОДУЛЯТОРСМj содержащее источник напряжения смещения , генератор синусоидальных , колебаний, выход которого подключён .; I к входу объекта с широтно-импульс- . ным модулятором, и анализатор частотных характеристик, о т л и ч аю щ ее с я тем, что, с целью првьшения точности устройства, оно снабжено первым и вторым фиксирующими элементами, формирователем импульсов выборки и компаратором, причем выходы первого и второго фиксирующих элементов соединены соответственно с первым и вторым входами анализатора частотных характеристик , вход первого фиксирующего элемента подключен к выходу генератоpk синусоидальных колебаний, а вход второго.- к выходу непрерывной части объекта с широтно-импульсным сл модулятором, объединенные управляющие входы фиксирующих элементов с подключены к выходу формирователя импульсов выборки, вход которого i соединен с выходом компаратора, пер:вым входом подключенного к выходу генератора опорного напряжения, входящего в состав объекта с щиротно-импульсным модулятором, а вто-Pi рым входом - к источнику напряжения 4 I С14ёшения. О 00 ю

,град

Фиг.З