Устройство для определения параметров динамического звена Советский патент 1985 года по МПК G05B23/02 

второго вычислителя второй вход .с вторым входом первого сумматора и с вьЬсодом третьего вычислителя вход которого подключен к второму входу четвертого вычислителя, к лервому выходу первого вычислителя и через первый квадратор к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого .подключен к Первому входу четвертого вычислителя, к входу второго вычислителя и второму выходу первого вычислителя, третий выход которого подключен через пятый вычислитель к второму входу

первого двухпозиционного переключателя, г) первый, второй, третий и четвертый входы - соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого ключей, вторые входы которых подключены к пятому выходу блока управления, первый вход которого Подключен к выходу четвертой управляемой схемы задержки, а второ вход через нуль-орган - к выходу .первого блока вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого блоков памяти.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ данАМИЧЕСКОГО ЗВЕНА, содё.ржацёе нормирукпций блок no cjкл10чек шй входом к выходу исследуемого объекта и последовательно соедияенкые блок управления и масштабный блок, Ш11ХОД сигнала которого подключен к взсоду исследуемого; объекта, о т л и чаю щё е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродейрття определения коэффициентов передаточной функции динa 0lчecкбгo зв«на ступенчатом BosjoteftctEKR, оно содержит четыре блока памяти,. четыре управляемые схемы четыре ключа, пять вычислителей, два .блока вычитания, четыре блока умножения, три двухпозиционных переключателя, два квадратора, блок деления, сумматор, нуль-орган и пороговый блок; выход масштабного блока подключен через четыре блоКа памяти к первым входам четырех ключей соответственно, вторые входы блоков памяти через соответствующие управляемые схемы задержки соединены с вторым выход блока управления, третий выход которого подключен к вторым входам управляемых схем задержки, а четвертый выход - к первому входу третьего блока умножения и через второй квадратор - к первому СО входу четвертого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу третьего двухпозиционного аёрёкЛючатёля, первый вход крторо го соединен с первым выходом четвертого :вычислителя, второй вход С. выходом первого блока деления, третий вход - через пороговый блок О5 с выходом второго блока вычитания и с третьим входом второго двухпо s 1 зиционного переключателя, выход которого подключен к второму входу INS третьего блока умножения, первый вход - к второму выходу четвертого вычислителя, второй вход через первый двухпозиционный переключатель К выходу первого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу первого сумматора, второй вход через первый блок деления - к вы- ходу второю блока умножения, перi вый вход которого соединен с первым входом первого сумматора и выходом

. . .. , .

Изобретение :относится к у строй-. ствам койтроля и может быть использовано в устройствах идентификации элементов и систем автоматического управления,. Напрш ер, следящих сиетем.. ,-, , , .. .

Известно устройство и способ . определения коэффициентов передаточной функции объекта при подаче на его вход ступенчатого сигнала.

В этом.устройстве при подаче на вход исследуемого звена ступенчатого воздействия определяются значения первой и второй производных от выходного сигнала объекта, котррые затем подставляются в уравнения. В результате решения системь Двух уравнений находятся коэффициенты передаточной функции объекта fl Недостатком такого устройства является низкая точйость.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, входящее в cocTiaB анализатора переходных процессов, который в случае определения параметров передаточной функции динамического звена второго порядка при ступенчатом воздействии содержит поледовательно включеняые схему сравнения, блок управления, масштабное устройство входа, иссле;|уемый объек нормирующий блок выход которого через переключатель пoдкJвoчeн к входу первого интегратора и через схему совпадений - к выходу

схемь сравнения. Выход блока управления подключен через интегратор времени к входу схемы сравнения и входу следящей систем ;, второй вход которой подключен к выходу первого интегратора, а вькод - к движку линейного потенциометра. Сигнал с движка потенциометра подается на вход второго интегратора, а его крайние точки соединены через инвертор, вход которого подключ1ен к пепереключателю. В таком устройстве параметры а и а, передаточной функции вида.

«W ,

бпределяются при ступенчатом снятии сигнала на входе исследуемого объекта, осуществляемь1м блоком управления. Нормированный сигнал с выхода исследуемого объекта поступает на первый интегратор, на выходе которого после окончания переходного процесса устанавливается яапряжениё, пропорциональное коэффициенту а,. При определении коэффициента а нормированный выходной сигнал и его инвертированное значение поступают на линейный потенциометр, . движок кбторого перемещается следящей системой, отрабатывающей линейно-возрастающеб напряжение, выдаваемое интегратором времени. Начальное положение следящей системы определяется ранее вычисленным зна3чением коэффициента а. Напряжение снимаемое с движка потенцио 1етра., поступает на вход второго интегратора, на выходе которого устанавливается напряжение, пропоранональ нов коэффйациенту . Длительность переходного процесса вычисления ко эффициентов определяется настройкой схемь сравнения по сигналам с выхода cxeMbt двух совпадение. Коэффициент К усиления исследуемог объекта определяется по значениям сигналов на выходах масштабного ус ройства входа и нормирзтощего блока 23. Таким o6pia3OM, в таком устройстве в результате однократной уста новки входного и выходного сигнало и двух воспроизведений переходного процесса определяются три коэффициента передаточной функции (1). Недостатком известного анализатора переходных процессов является невысокая точность определения коэ фициентов а и а, , что связано с ошибками установки следящей системой движка потенциометра, нелинейностью Характеристики потенциометра, а также невысокое быстродействие, так как для определения параметров двух коэффициентов требуется дважды воспроизвести переходный процесс, причем обязательным требо ванием является достижение устаковиэшегося значения (нулевого значе йия:) выходного сигнала. В случае исследования объектов с большими п постоянньоми бремени или имекидих слабоэатухающйе переходные процесс это условие приводит к большим зат ратш времени идентификации, а не полное выполнение его - к большим Погрешностям определения коэ4Фицие тов aj и а,. Кроме того, такой анализатор достаточно сложен, так как в его состав входит следящая система высокой точности и высокоточный линейный потенциометр. Цедью изобретения является повышение точности и быстродействия определения коэффициентов пе$ едаточной функции динамического звена при ступенчатом воздействии Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения параметров динамического эвена, содержащее нормирукщий блок, подключенный входом к выходу иссле72дуемого объектами последовательно соединенные блок управления и масштабный блок, выход которого подключен к входу исследуемого объекта, введены четыре блока памяти, четыре управляемьк схемы задержки, четыре ключа, пять вычислителей, четыре блока умножения, два блока 1вычитания, три двухпозиционных переключателя, два квадратора, блокДеления, сумматор, нуль-орган и пороговый блок, выход масштабного блока подключен через четыре блока памяти к первым входам четырех ключей соответственно, вторые входы блоков памяти через соответствукнцие управляемые схемы задержки соединены с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к вторым входам управляемых схем задержки, а четвертый выход - к первому В1ХодУ третьего блока умножения и через второйквадратор к первому входу Четвертого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу третьего двухпозиционного переключателя, первьй вход которого соединен с первым выходом четвертого-.вычислителя, второй вход - с выходом первого блока деления, третий вход - через пороговый блок с выходом второго блока вычитания и третьим входом второго двухпозиционного переключателя, выход которого подключен к второму входу третьего блока умножения, первый вход - к второму входу четвертого вычислителя, второй вход - Через первый двухпозиционньй переключатель к выходу первого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу первого сумматора, второй вход - через первый блок деления к выходу второго блока умножения, первый вход которого соединен с первым входом первого сумматора и выходом второго вычислителя, второй вход - с вторым входом первого сумматора и выходом третьего вычислителя, вход которого подключен к второму входу четвертого вычислителя, первому выходу первого вычислителя и через первый квадратор - к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого подключен к первому вх6ду четвертого вычислителя, входу второго вычислителя и второму вьрсоду первого вычислителя. 5 трет1й выход которого подключен через пятый вычислитель ко второму входу первого двухпозиционного переключателя i а первый - четвертый входы - соответственно к выходам первого - четвертого ключей, вторые входы кото| 1х подключены к пятому выходу блока управления, первый вход которого подключен к в ходу четвертой управляемой схемы задержки, а второй вход через нуль орган - к выходу первого блока вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого бло ков памяти еоответственно. В предлагаемом устройстве стати ческий коэффициент усиления емого объекта опре1з,епяется Р уст новке входного сигнала путем деления значений сигналов на выходах масштабного блока и нормирующего блока с учетом коэффициента переда чи масштабного блока. Для опредэления коэффициентов aj и а, в функ ции (1) анализируется переходньй процесс при ступенчатом снятии си нала на входе исследуемого объекта .Можно показать, что коэффициен дифференциального уравнения, описы вакяцего объект второго заны следующими соотношениями с че тьфьмя следующими друг за другом через промежутки значениями выход ного сигнала объекта: . . arccos -zeni r 1 -т Т( VT2 , |с гсс«|-: |ф) если D Kj О, Этот случай . соответствует колебательному звен .1 . .. «1, второго порядка, т.е. ,i . Г2 1епк,е«Ч -t(et K - eftKi) гпк,епК2 если D - К,- 4Kj О, что соответствует случаю апериодического зве -а. второго порядка, т.е, o-J 2 6 Здесь значения К, и Kj в формах определяются из уравнений, связывающих значения переходной функции объекта в четырех точках; . . у,К, -ь , -Уз У,К, , -У,. При этом достаточно определить всего четыре значения выходного сигнала исследуемого объекта в течение переходного процесса через равные промежутки времени t, а затем путем преобразования этих сигналов можно определить значения коэффициентов в функции (1). Предлагаемое устройство позволяет определять коэффициент а в случае, когда передаточная функция объекта описывается апериодическим звеном первого, порядка W(p) 1,р + 1 При этом коэффициент а связан со считанными значениями выходного сигнала объекта следующим соотношениемВ предлагаемом устройстве для определения параметров динамического звена при определении коэффициентов передаточных функций (1) и (2) требуется только одна реализация переходного процесса; кроме того, четыре значения выходного сигнала исследуемого объекта могут быть сняты на любом участке переходного процесса, например на начальном. При этом, естественно, резко снижается время на определение коэффициентов передаточной функции исследуемого объекта, так как нет необходимости в установлении процесса на выходе объекта. (Особенно в случае объектов с большими постоянными времени), Точность предлагаемого устройства не зависит от моментов определения значений вь1ходного сигнала и не зависит от того, установилось значение выходного сигнала объекта или нет, что является основной погрешностью известного устройства. Кроме того, так как определение коэффициента а. ij « о, проиеходит. за одну реализацию процесса, за промежуток времени, это устройство позволяет е высокой точностью идентифицировать параметры объекта с су п ественно кёстацйонарньоти параметрами. . .- , : . -,, .:,-... . Йа фиг. t - 8 представлены стрУк турныв схе1чы иредлагаеморо устройст ва и его отдельных блоков. Устройство содержит исследуемый объект t f первый масютйбный блок 2, нормирующий блок 3, блок 4 управления, упрйвляемые схемы 5 - 8 задержки, блоки 9 - 12 памяти, нуль-орган i3, первый блок 14 вычитйния, управляемые ключи 15 - t8, перрьгй вычислитель 1, второй блок 2Q вычитания, первый Квадратор 21, второй - четвертый вычислители 22 24 первый сумматор 25, пятый вычислитель 26, первый пороговый блок 7, первый блок 28 умножения, первый блдк 29 деления,вторьй блок 30 умножения, первый двухпрэиционный переключатель 3t, третий блок 32 ум ножен1|я, вторе й двухпоэиционный переключатель 33, второй квадратор ЗА, четвертый блок 35 умножения, третий двухпозицнонный переключатель 36, блок 37 стабилизированных .напряжений, первое реле 38, первую кйрпку 39 ,Пуск, вторую кнопку 40 Сброс второе реле 41, схему 42 эaдepжккi третье реле 43, делитель 44 напряжений, второй масшта0нЬ1й блок 5, четвертое реле 46, пятое реле 4(Г, схему 48 задержки, индикаторную лампу 49, реле 50 времемй, инвертор 51, схему 5 совпадения, реэйсто Р 53 конденсатор 54, резистор 55 управляем 1Й ключ 56, транзистор 57, транзистор 58, второй по роговый блок 59. Устройство Также содержит конденсатор 60, резистор 6 конденсатор 62, резистор 63, уси11итегль 64 постоянного тока, шестое реле 65,/пятый блок 66 умножения, TpeTiril квадра тор 67, шестой блок б8 умножения , третий блок 69 вычитания четвертый квадратор 70 четвертый блок 7t вычитания, седьмой блок 72 умножения, восьмой блок 73 умкожения пятый блок 74 вычитания, втот рой блок 75 /деления, третий блок 76 деленияj четвертой блок 77 делечйя, шестой вычислитель 78, пятый блок 7 делении, седьмой 8О и восьмой t 2 . 8 вычислители, пятый квадратюр 82, i второй сумматор 83, шестой блок 84 ; деления, восьмой блок 85 умножения. В Предлагаемом устройстве для определения параметров динамического звена в ..ачестве исследуемого объекта 1 могут использоваться различные приборы и блоки систем автоматическогр упра вления, передаточкЫё функции ко торых описываются выражением (О или (2). К таким приборам можно отнести, например, элёктромеханические; или гидравлические следящие системы, усилители, различные фильтры. При исследовании следящих систем в качестве выходного сигнала используется сигнал,снимаемый с датчика обратной связи (например, пoтeнциo мeтpa). Первый масштабный блок 2 и мормируяфций блок :3 для получения необходимого уровня входного и выходного сигналов исследуемого объекта 1 и представляют 1 собой усилители постоянногр тока с переменными коэффициентами передачи, что дости|ается за .счет изменения вручйзпю их входных сопротивлений. Блок А управления (г. 2) служит Для управления процессом вычисления коэффициентов передаточной функции и коэффициента передачи исСледуемоГо объекта 1 и выдачи начального уровня сигнала на его вход. : : . - Блок 4 управления состоит из блока 37 стабилизированных напряжений, пяти реле 38,41, 43, 46, 47, двух кнопок 39 Йуск и 40 Сброс, схем 42 и 48 задержки делителя 44 . напряжений, второго масштабного блока 45 и индикаторной лампы 49. Первый выход блока 37 стабилизированных напряжений через обмотки и контактам реле 38, 41, 43 и кнопки 39 и 40 подключен к земляной точке, а второй через нормально замкнутые и :нормально разомкнутые контакты реле Зв - к первему и второму выходам блока 4 управления соответственно. Кроме тогр, второй выход блока 37 через делитель 44 напряжения подкЛюче к третьему выходу блока 4 управлёН1ш, а через делитель 44 напряясения и масштабный блок 45 - к его четвертому вькоду. Первый вход блока 4 управления подключен через схему 48 задержки к входу пятого

реле 47, а второй вход - к входу реле 46.

Б качестве блока 37 стабилизированных напряжений .используется обычный стабилизированный источник постоянного тока, ,который состоит из двух ндентйчньпс источников постоянного напряжения, которые отличается только уровнем выходного напряжения. Первый выход блока 37 подктвочен к источнику постоянного напряжения 27 В, а второй выход к источнику постоянного напряжения 40 В. Первое реле 38 два нормально разомкнутых контакта и один нормально замкнутый, второе реле 4I - один нормально разомкнутый контакт и один нормально замкнутый, третье реле 43 - один нормально замкнутый контакт, четвертое реле 46 - один йормально замк нутый и один нормально разомкнутый контакт, пятое реле 47 - два нормально разомкнутых контакта. Кнопка 39 служит для скачкообразного сня тия сигнала с входа исследуемого объекта 1 и имеет нормально разомкнутые контакты.

. Кнопка 40 служит lOfiH возвращения в исходное состояние устройства и имеет два контакта: один нормально замкнутый, а другой нормально разомкнутый.

Схемы 42 и 48 задержки представляют собой последовательна соединенные реле времени, инвертор и схему совпадения, второй вход которой подключен к входу рел времени СФиг. 3), за исключением второго входа к реле 50 времени з. Реле 50 времени схем 42 и 48 задержки содержит два транзистора, на базу первого из которых подается входной сигиап, а его коллектор через кон,денсатор подключен к базе второго, С коллектора которого снимается ш тодной сигнал Сз7. За счет выбора емкости конденсатора обеспечивается задержка выходного сигнала на tO с.

Делитель 44 напряжений служит для управления временем задержки управляемых схем 5 --8 задержки и пред ставдяет собой обычный резистиэньй делитель напряжений.

Второй масштабный блок 45 представляет собой усилитель постоянного тока, напряжение на выходе которого пропорционально устанавливаемому с помощью делителя 44 напряжений интервалу Г между моментами фиксации выходного сигнала исследуемого 5 объекта 1.

Управляё( схемы 5-8 задержки представляют собой (фиг. 31) последовательно соединенные реле 50 времени, инвертор 51, схему 52

О совпадения, второй вход которой подключен к первому входу реле 50 времени и первому входу блоков 5 - 8, второй вход которых подключен к второму входу реле 50 времени.

15 Реле 50 времени (фиг.4) способно обеспечить выдержку времени от 0,01 до 5 с и состоит из двух транзисторов 57 и 58, конденсаторов 54 и управляемых ключей 56, включенных

20 между коллекторами транзистора 57 :И и базой транзистора 58, а управляющие входы (вход два) управляемых ключей 56 подключены к выходам вторых пороговых блоков 59, первые 25 входа которых подключены к второму входу блока, а на их вторые входы подаются постоянные смещения, отличда)щиеся друг от Друга на /jE. В качестве управляемых ключей 56 могут

30 использоваться любые контактные или бесконтактные переключатели (например, описанное в C4j бесконт тактное полупроводниковое реле), а в качестве пороговых блоков 59 - тригJ геры Шмидта Сз} с различными смещениями, что.позволяет получать их срабатывание при различных входных напряжениях, по линейному закону. Емкость всех конденсаторов 54 реле 50 времени, входящего в блок 6Jвыбираются в два раза больше, чем в блоке 5, в блоке7 - в три раза больше, а в блоке 8 в четыре раза больше, чем в блоке 5,

45 что позволяет получать задержку

сигнала блоком 6 2Т, блоком 7 - 3t блоком 8 - 4f.«

. , ..

Блоки 9 - 12 памяти служат для запоминания через моменты времени

50 значения выходного сигнала иссдедуемого объекта 1. Они идентичный содержат усилитель 64 постоянного тока, выход которого через конденсатор 62 подключен к его первому вхоSiS ду, а через резистор 63 - к цепоч ке, состоящей из конденсатора 60 и резистора 61, вход которой подключен к первому входу блоков 9 - 12, a выход через нормально замкнутые контакты реле 65 подключен к второ му входу усилителя 54 постоянного тока, а о0мотка реле 65 подключена к второму входу блоков 9 12 памяти. :, .;.;. :-/,.- . -л -; Нуль-оргаи 13 служит для ввдачи сигнала, когда сигнап на его входе дрётаточно близок или равен нулю, что соотв етствует нахождению Двух вослеАних из снимаемых значений выходного сигйала нсследуемого объекта на установившемся участке на котором точное определение знат чений коэффициентов а и а-, невозможно. Управляемые ключи 15 и 18 являются дистанциоиньми переключателями, например бесконтактными реле, у которых первый вход является управляющим. В случае наличия сигнала на втором входе первый вход подколочен к их выходу ив случае отсутствия отключен. ПервьШ вычислитель Т9 (фиг. 6) предназначен для получения сигналов К, (на первом выходе). К, (на втором выход1е} и К, ( на третьем выходе) в соответствии с фрр уЛамиу , У4Уу- УзУг У - УзУ1 Уа - У4.У где у .Уг УЗ «У. сигналы на выход первого-четвёрто го блоков 9-12 памяти соответст ..,,.: .;. - . венно. . - . Первый вычислитель 19 соде1эжйт шестой блок ей умножения, первый вкЪд которого подключен к второму входу первого вычислителя 19 j п вому входу пятого блока М умножений и через четвертый квадратор 70 к входу пятого блока 74 вы читания, второй вход - к четвертому входу блока 19, первому в:юду Четвертого блока 77 Деления и перв му входу седьмого блока t2 умножения второй вход которого иодкличе« к первому входу блока 19 и вто рому входу восьмого блока Йзячйо72 2 жения, а вычод - к первому входу четвертого блока 71 вычитанш., выход которого подключен к первому входу третьего, блока 76 деления, а второй вход - к выходу пятого блока 66 умн жения, второй вход которого подключен к третьему входу блока 19, первому .входу блока 73 умножения, второму входу четвертоГо блока 77 деления и через третий квадратор 67 - к второму входу третьего блока 69 вычитания, первый вход которого подключен к выходу шестого блока 68 умножения, а выход к первому входу второго бЛока 75 деления, выход которого подключен к второму выходу блЪка 19, а второй вход - к второму входу третьего блока деления 76 и к вьтходу пятого блока 74 вычитания, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока 73 умножения. Выход блока 76 подключен к первому выходу первого вычислителя 19, третий выход которого подключен к Выходу четвертого блока 77 деления. Второй и третий вычислители 22 и 23 представляют собой функцио нальные блоки, реализующие операдию логарифмирования.Они выполнены в виде, усилителя постоянного тока, на входе которого вкгавчены нелинейные диодные.элементы, количество которых равно числу узловых точек ломаной линии, аппроксимирующей воспроизводимую нелинейную зави-. сймость, в данном случае логарифмиче1скую характеристику (8). Сигналы на выходах вычислитег лей 22 и 23 равны соответственно X - J-LllX, Четвертый вычислитель 24 (фиг.7) содержит Три вычислителя (блоки 78, Ш и 81), два блока .79 и 84 деления, блок 85 умножения, квадратор 82 и сумматор 83. Первый вход блока 24 через шестой вычислитель 78 подключен к входу седьмого вычислителя 80, и второму входу пятого .блока 79 деления, первь1й вход которого подключен к второму входу блока 24, а вьйС(ЭД через восьмой вычислитель 81 к яерв:ому входу второго суютатора 83, второй вход которого подключен к выходу яятого квадратора 82, вход которого подключен к выходу седьмого вычислителя 80 и второму входу восьмого блока 85 умножения, выход которого подключен к первому выходу блока 24, а первый вход - к выходу шестого блока 84 деления и второму выходу блока 24, а вход к вь1ходу второго сумматора 83. Шесто вычислитель 78 реализует операцию извлечения квад)ратного корня, седь мой вычислитель 80 - операцию логарифмирования, а восьмой вычислитель 8t - функцию (arc cosZ). . Струк-тура всех вычислителей 78, 80 и 81 идентична структуре описан ного вычислителя 22 (или .23) и отличается только числом диодных элементов на входе усилителя. Коэффициент передачи по первому входу блока 79 деления равен 1, а по второму - 2. Кроме того, блок 79 осуществляет операцию инвертирования. Блок85 умножения имеет коэффициент передачи по первому входу а по второму 2 и также является инвертором, . Сигналы на первом и втором выходах вычислителя 24 равны соответ ственно Х4 -21nfkjX3 у farccosC- ) +()

Пятый вычислитель 26 реализует функцию 1/1п и идентичен по структуре блокам 22 н 23.

Перйый пороговый блок 27 служит для определения знака сигнала на его входе; если сигнал на его входе отрицательный, то сигнал на его выходе также отсутствует, а если сигнал на его входе становится равным нулю или положительным, то появится сигнал постоянного уровня на его выходе,Пороговый блок 27 может быть выполнен в виде триггера Шмидта с нулевым порогом срабатывания,

Двухпозиционный переключатель 31 в зависимости от типа передаточной функции исследуемого объекта 1 вручную ставится в положение 1 для пе1 едаточной функции типа (1) ив положение 2 - для передаточной функции типа (2),

Двухпозициойные переключатели 33 ,й 36 kвляютcя дистанционными перечи устанавливается уровень входного

сигнала исследуемого объекта 1, соответствующийего линейной зоне. Коэффициент передачи нормирующего блока, 3 устанавливается таким образом, чтобы его входной сигнал имел уровень, достаточный для точного определения статического коэффициента К в функции (1), значение которого опреде,ляется путем, деления зяачений выходных сигналов блоков 3 . и 2 с учетом коэффициента передачи блока 3

,л . У

где у - значение выходного сигнала

блока 3; X - значение выходного сигнала

б,лока 2; М - масштабный коэффициент бло ка 3.

Зная априорно примерную длительность переходного процесса исследуе2. ключателями, например, бесконтактньии реле, у которых третий вход является, управляющим, В случае наличия сигнала на третьем входе второй вход подключен к их выходу, а в случае отсутствия сигнала на третьем входе - первый вход подключен к вьтходу, Все квадраторы 21, 34, 67, 70, 82, реализуют операцию возведения в квадрат значений входного сигнала. Устройство для определения параметров динамического звена работает следующим образом, В зависимости от априорной информации, имеющейся в передаточной функции исследуемого объекта 1, первый Двухпозиционный переключатель 31 устанавливается .в соответ- . ствующее. положение. Если передаточная функция объекта Т описывается выражением (1), переключатель 31 подключает выход первого блока 28 умножения к второму входу второго двухпрзиционного переключателя 33,, В предлагаемом устройстве коэффи-., циентыпередаточной функции динамического звена определяются при ступенчатом снятии на входе исследуемого объекта 1. При этом начальное напряжение поступает с первого входа блока 4 управления через масштабный блок 2,,в котором путем изменения его коэффициента ,передамого объекта 1, устанавливается на выходе делителя 44 сигнал, значение которого определяет.величину между моментами определения сигналов на выходе исследуемого объекта 1. Этот сигнал поступает на третий выход бл ка 4 и через масштабный блок 45 на четвертый -ВЫХОД блока 4. Для определения коэффициентов а. и а, в функции (1) при нажатии кноп ки 39 Пуск, в блоке 4 срабатыва. ет первое реле 38 и замыкает свой нормально разомкнутые контакты, параллель.ные кнопке 39, при этом она блокируется, Нормально замкнутые контакты первого реле 38 размыкаются, и с.игнал на пе.рв ом выходе блока 4 исчезает и, наоборот, череа нормально разомкнутые контакты реле 38 сигнал поступает на нторой выход блока 4. При этом сигнал на .входе исследуемого звена 1 .скачком исчезает, а сигнал на его выходе представляет собой переходный .процесс, который поступает на первы входы блоков 9-12 памяти, представляющие в случае отсутствия сигналов на вторых входах звенья с передато ными коэффициентами 1. Одновременно со ступенчатым снятием сигнала на первом входе блока сигнал с его второго входа скачком прдае.тся на первые входы управляемых схем 5-8 задержки. Сигнал с первого входа схем 5-8.задержки пос тупает на первый вход реле 50 време (фиг. 3). При подаче сигнала на баз транзистора 57 он открывается, конденсаторы 54 оказываются подключенными параллельно эмиттерно-базовому переходу транзистора 58 положительно заряженной обкладкой к базе. Транзистор 58 запирается и находится в закрытом состоянии до тех пор, пока конденсаторы 54 не зарядятся . через резистор 55.. Когда окончится процесс разрядки конденсаторов 54, снова появится базовый ток транзистора 56, последний откроется и сигнала на выходе не будет. . Таким образов, выдержка времени зависит от постоянной времени Т RssJ st Емкость, конденсаторов 5 определяется количеством кх, подключенных: к схеме, что осутцествЛяется управляемыми ключами 56, сигнал управления на которые поступае.т с ВЫХОДОВ: вторых пороговьгх блоков 5 2 6. На входы пороговых блоков 59 поступает сигнал с третьего выхода блока 4 управления, величина которого пропорциональна времени t и устанавливается заранее с помощью делителя .44 .напряжений. По этому сигналу срабатывают соответствующие блоки 59 и подают сигнал на подключение соответствующего количества конденсаторов 54 к схеме. Включение реле 50 времени сов-, местно с логическими элементами инвертором 51 и схемой 52 совпадения обеспечивает появление сигнала на выходе блоков 5 - 8 с некоторыми запаздаван ями по отношению к входному сгтналу на время Г , 21Г, 3 f и 4t. соответственно. Сигналы С выходов yпpaвляe в fx схем 5 - 8 задержки поступают на вторые входь блоков 9 - 12 памяти, сигналы на выходах которых до поступления сигйалов на их вторые входы.точно отслежива1от сигналы, поступающие на их первые входы. Когда на вторые входы блоков 9 12 (фиг. 5) поступают сигналы в моменты времени С, 2 3f, 4Т соответственно, то срабатьюает реле 65 и размыкает свои нормально замкнутые контакты, при этом на выходе усилителя 65 постоянного тока фиксируется напряжение, которое . бьшо на конденсаторе 62 в момент прихода управляющего сигнала на второй вход блоков 9 - 12 V Так:им образом, на выходах блоков 9 - 12 памяти формируются значения выходного сигнала исследуемого объекта 1-у, , у, УЗ, У моменты време2Г, 3 и 4г-, . Сигналы с выходов блоков 1Г и 12 памяти поступают на входы блока 14 вычитания сигнал на выходе которого равен У4- УЗ.В случае, когда длительность промежутка времени выбрана правильно, у и УЗ не попали на установившийся процесс и разница У4 Yj больше некоторого значения, сигнал на выходе нуль-органа 13 не появляется, и .реле 46 не размыкает свои нормально замкнутые контакты. А на обмотку реле 47 поступает сигнал через схему 48 -задержки с выхода четвертой схемы 8 задержки в момент времени 4. Время задержки сигнала схемой 48 задержки выбирается большим времени срабатывания (7 реле 46. Реле 47 срабатывает и замыкает евои нормально разомкнутые контакты, н напряжение Е поступает на эторые входы ключей 15 - 18, которые срабатьюают, и сигналы с выходов блоков 9 - 12 памяти посту пают на вхо; вычислителя 19. Сигнал D поступает на вход первого по рогового 27; если , то сигнал на зыходе первого порогового блока 27 равен О, и первые входа второго и третьего двухпозиционных перекдлочателей 33 и 36 подключены к их выходам. Сигналы на первых входах переключателей 33 и 36, поступающие с первого и второго выходов четвертого вычислителя 24, равны .соответственно Х4 и Хз и выполняются по формулам (8) и (9). Сигналы Х4 и Xj поступают на втор ые входы блоков 32 и 35 умножения, на первые входы которых посту пают сигналы, равные f и f , В результате на выходах блоков умножения сигналы равны коэффициентам и aj в функции (1), I В случае, если сигнал на входе схемы 27 сравнения D , то на ее выходе формируется сигнал, который поступает на третьи входы второго и.третьего двухпозиционТплх пе реключателей 33 и 36 и подключает их вторые входы к их выходам. При этом сигнал на втором входе переклю.чателя 33 равен х, Xj/x,Xj, а на втором входе переключателя 36 , где х и вычисляются в блоках 22 и 23 по формулам (6) и (7). Далее эти сигналы с выходов переключателей 33 и 36 поступают на вторые входы блоков 32 и 35 умножения, на выходах которых сигналы равиы коэффициентам а., и aj Б функции (1) . . . Формирование управляющего сигналА D и определение его знака пер вым пороговьм блоком 27 связано с различными формулами вычисления коэффициентов а и aj в функции ( в случаях, когда передаточная функция (1). исследуемого объекта описьшается колебательным звеном, . 1 (в этом случае D 0) и когда передаточная функция (1) представляет собой апериодическое звен второго порядка, т.е. /1 (в этом случае D 0) . 72 В-случае, когда передаточная функция исследуемого объекта 1 описывается выражением (2), т.е. представляет собой апериодическое зве- но, первый переключатель 31 устанавливается во второе положение и подключает выход переключателя 31 к выходу пятого вычислителя 26, сигнал на выходе которого равен 1/1„ . Сигнал на входе первого порогового блока 27 всегда в этом случае больше нуля, поэтому в переключателе 33 к выходу подключен второй вход. Сигнал на выходе второго блока 32 умножения равен коэффициенту а, в выражении (2). (Значение сигнала на выходе блока 35 при этом безразлично). В случае, когда длительность перехо.ч.ного процесса оказалась меньше чем предполагалось, и значения у, и у попали на установившийся процесс или разница их значений на Еыходе первого блока 14 вычитания мала, на выходе нуль-органа 13 формируется сигнал, который поступает на обмотку реле 46 блока А управления . Реле 46 срабатьгоает и размыкает свои нормально замкнутые контакты и замыкает свои нормально разомкнутые контакты. При этом после срабатывания реле 47 поступает сигнал на индикаторную лампу 49, а сигнал На срабатывание ключей 15 - 18 не поступает и они остаются закрытыми. В этом случае необходимо уменьшить величину сигнала на выходе делителя напряжений 44 и повторить эксперимент снова. Для этого необходимо нажать кнопку Сброс блока 4 управления, при этом снимается . сигнал с обмотКи первого реле 38 (фиг. 2). Оно замьисает свои нормально замкнутые контакты и подает сигнал на первый вход блока 4 управления, и на входе и выходе исследуемого об-ьекта 1 устанавливаются начальные значения сигналов. Для предотвращения пуска устрЬйства прежде чем установится начальное состояние исследуемого объекта 1 предусмотрена цепь, содержащая второе реле 41, схему 42 задержки и третье реле 43, которая работает следунйцим образом. При нажатий кнопки 40 Сброс подается сигнал на обмотку второго реле 41, которое сра атьгаает, бло19

кирует кнопку 40 своим нормально ра эомкнутым контактом и размыкает . цепь питания обмотки первого реле 38, предотвращая возможность пуска устройства. Одновременно сигнал с кнопки 40 поступает на схему 42 задержки сигнал иа выходе; которой появляется через время заведомо большее, чем время переходных процессов исследуемых объектов например f мин. Сигнал с выхода схемы 42 задержки поступает на обмотку реле 43, которое разйлкает свои нормально замкнутые контакты и снимает напряжение с обмотки второго реле 41, которое за|фясает контакты в линии о. первого реле 38 и теперь возможен нрвМй пуск устройства для определения чараиетров динамического звена по На1Жатии кнопки 39 Пуск. При этом снимается напряжение с обмотки реле 47 и лампа 49 гаснет.

Таким образом, предпагаеное устройство позволяет за одну установку и одно воспроизведение переход .ного проце:сса в исследуемом объекте определять три коэффициента уравн1енйя объекта, да1еющего передаточную .функцию-второго порядка, при 3toM нет необходимости в устанолений процесса на выходе Исследуемого объекта, что значительно экономит время эксперимента, особенно в случае больших постоянных времени или медленно, затухающих колебательных процессов.

Точность определения коэффициентов в вЫраже нйях (1) и (2) в предла60372 20

гаемом устройстве тоже выше по сравнению с известным устройством Сз}, так как оно, во-первых, не содержит электромеханических преобразователей (следящих систем, потенциомет- ров); во-вторых, для определения коэффициентов с помощью предлагае- . мого устройства нет необходимости в установлении значения на выходе

10 исследуемого объекта что весьма затруднительно при исследовании колебательных систем со слабым демпфированием, а невыполнение условия достижения установившегося значения выходного сигнала обьекта в функции (2) приводит к существенным ошибкам в определении коэффици; ентов, что полностью исключается в предлагаемом устройстве.

20 Возможность определения коэффициентов а и а., передаточной функций объекта за: одну реализацию переходного процесса (причем.; можно использовать любой его промежуток)

25 позволяет использовать предлагаемое устройство при ис следрваний объектов с существенно нестационарными параметрами aj(t) и a,(t), значения которых меняются во време30 достаточно быстро Таким образоМ, точность и быстродействие

предлагаемого устройства выше, чем у анализатора Сз.

Кроме того, техническая реализация предлагаемого устройства проще, так как в него входят стандартные блоки -и нет необходимости в построении высокоточной следящей сис;темы, имеющей собственные ошибки.

Фиг

.«/

п