Устройство для определения амплитудно-частотных характеристик электроэнергетических объектов Советский патент 1986 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к технике измерений и. может быть использовано для определения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) электроэнергетических объектов.

Цель изобретения - повьшение точности определения амплитудно-частотной характеристики электроэнергетических объектов,в условиях действия помех.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 5 - временные диаграммы работы блока управления устройства.

Устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные генератор 1 перестраиваемой частоты, исследуемый четырехполюсник 2, коммутатор 3, v- аналого-цифровой преобразователь (АЦП) .4, первьм 5 и второй 6 сумматоры, цифровой делитель 7 кодов, индикатор 8 результата и частоты, блок 9 управления, первый 10 и второй 11 регистры, первую 12 и вторую 13 клеммы для подключения исследуемого четырехполюсника.

Генератор 1 перестраиваемой частоты вьшолнен в виде управляемого генератора 14, вход которого соединен 1с другим выходом блока 15 задания :заКона управления частотой, второй выход которого соединен с одним входом блока 9 управления, генератор 16 импульсов и счетчик 17.

Управляемый; генератор 1 и блок 15 задания закона управления частотой выполнены по схеме интерполирующего функционального преобразователя.

Управляемый генератор 14 формирует выходной сигнал иgK , приведенный На фиг. 4S. Закон изменения частоты сигнала Ирц приведен на фиг.. 4 а . Генератор 14 выдает импульсные сигналы с частотой F; .2 на выходе S и частотой F; .2 на выходе с , где F) - частота сигнала заданной формы в каждом периоде.

Блок 15 на выходе d выдает сигналы с частотой Г; . 2 .

Блок 9 управления представляет Собой счетчик с логическими элементами на входе и дешифратором на выходе Временные диаграммы работы блока 9 приведены на фиг. 5. На вход блока 9 поступают си1 налы с выхода г енерато- . ра ,14, а во время действия паузы Р

(фиг.48 - с выхода блока 15 импульсы ЛЬ, - Abp . Выходной сигнал (Jgbiic четырехполюсника приведен на фиг.4Ь. Он содержит постоянную составляющую

и пост .

Электронный коммутатор 3 предназначен для подключения на вход АЦП 4 входного и выходного сигналов. Сигнал управления коммутатором поступает с выхода блока 9 управления (фиг.5е).

Аналого-цифровой преобразователь 4 осуществляет преобразование мгновенных значений входного или выходного сигналов, поступающих на него в цифровую форму. Команда преобразования поступает с выхода блока 9 управления (фиг. 59.

Сумматор 5 предназначен для полу-

чения среднего значения постоянной

25

составляющей О „осгр f,

паузе, суммы модулей мгновенных зна

р чений входного сигнала В ZI /А.,; /

J

4J

0

5

за первьй период колебаний входного сигнала и для получения модулей мгно- венных значений сигнала реакции четырехполюсника 2 путем вычитания из . мгновенных значений выходного сиг- . нала А jjj (фиг.2а среднего значения постоянной составляющей U „0 . На вход сумматора 5 поступает цифровой код с выхода А1ДП. Сигнал управления сумматором поступает с выхода блока 9 управления (фиг.Ьд).

В регистре 10 хранится среднее значение постоянной составляющей (J „р(, . Запись этого значения осуществляется регистром 10 со второго выхода сумматора 5 в конце паузы, по команде, поступающей с выхода блока 9 управления (фиг.5) . Значение 1,,осг с выхода регистра 10 в дополнительном коде поступает на второй вход сумматора 5.

В регистре 11 хранится значение В,, которое записывается в регистр

11 с первого входа сумматора 5 в конце первого периода по команде, поступающей с выхода блока 9 управ- (фиг.5).

Сумматор 6 предназначен для полу5 Чения суммы отсчетов модулей мгновенных значений сигнала реакпии / за период входного сигнала. Значения поступают с первого выхода

управления сум- выхода блока 9

в цифровом виде суммы

/Aj;;

/,

на

сумматора 5. Сигнал матором поступает с управления (фиг. 5g.

Делитель 7 осуществля т дех}ение

р

Г )-- , .

поступающей с выхода сумматора 6 значение В, поступающее с выхода регистра 11. Команда на деление поступает в конце каждого периода на вход с выхода блока управления ( фиг. 5 и.

Генератор 16 предназначен для генерирования импульсов стабильной частоты.

Счетчик 17 предназначен для определения частоты в каждый период возмущающего сигнала. На разрещающий вход счетчика 17 поступает сигнал с выхода S генератора 14, равный по , длительности текущему периоду возмущающего сигнала, а на счетный вход счетчика 17 поступают импульсы стабильной частоты с выхода генератор 16. В конце каждого периода возму- дающепо сигнала на выходе счетчик 17 образуется код N; , пропорциональный частоте зтого периода. Счетчик устанавливается в О в конце каждого периода по команде с выхода блока 9 управления, (фиг. 5), которая поступает на управляющий вход счетчи- ка 1 7.

В индикаторах 8 результата и частоты хранятся дискретные значения АЧХ, поступающие в каждый период возмущающего сигнала с выхода делителя 7 и дискретиые значения кода частоты поступакуцие от счетчика 17. Команды на запись в индикаторы 8 поступают каждый период с выхода блока 9 управления (фиг. 5. На выходе R((o) индикаторов 8 имеется последовательность дискретных значений АЧХ Ri(b)} , а на выходе СО -последовательность дне- кретных значений коды К; , пропорциональных частоте СО; , соответствующих R ; со .

Если в каждый 1 -ый период возмущающего сигнала (фиг.2 а) и сигнала р акции объекта на возмущающий сигнал (фиг.28) р раз через равные доли периодов этих сигналов измерять мгновенные значения возмущающего сиг- нада Л,| li сигнала реакции А,.- , то значение амплитудно-частотной характеристики R;| (bk)) в каждый момент

измерения

Ч можно

определить как

р.. (,а iiJiL.. K,j(0| д ,

(ФИГ.2&)

to

где J - моменты измерения мгновенных значений возмущающего сигнала и сигнала реакции О :j Р ; Р - количество измерений за период j отстоят внутри каждого периода на одинаковые его доли, равные ucf f-Значение (; (ы;) за период определится как

R;(u;l

(co)

Помехозащищенность и точность on ределения АЧХ будут тем вьщ1е, чем - большее число измерений A,J; и А, : за период, т.е. при р- оо . В этом предельном случае можно записать, что Ri(u) за период равен отношению площади сигнала реакции к площади возмущающего сигнала, т.е.

Ri(ub

1

j/A einol/Ji

. О

т ---

j /A,;5;ncol/di

Если записа ть значение интгерала в виде подинтегральной суммы, то значение АЧХ будет выражаться следующим образом:

fi- S/An-ulj/ )

RiH

4%P, «.4 t.

Так как предел суммы существует,

можно записать в

Р

21/2 J--I

«iji

/A,ij/

т.е. значение амплитудно-частотной характеристики равно отношению модулей сумм мгновенных значений сигнала реакции и возмущающего сигнала за период возмущающего сигнала.

Поскольку в каждый период возмущающего сигнала А , измеряются через равные доли его периода, одинаковое количество раз, то при неизменной амплитуде возмущающего сигнала сумма модулей Aj,-- за период является величиной постоянной для всех периодов и не зависит от изменения частоты и сдвига пределов суммирова- ния в двух соседних периодах, т.е.

р Р Р ри

r-fS(/A.i/--z:/A,, р+1 р+1

: ./A,;i(-Z /A,ii/-con5t j-2

В связи с этим значение суммы Р ,.

2;. /A,j- достаточно измерить

в первьга период вводного сигнала и в дальйейших вычислениях использовать как постоянную величину В. Для сигнала реакции, которьй меняется в зависимости от динамических свойств исследуемого объектаj в общем случае предыдущее равенство не сохраняется, однако для двух соседних периодов, для которых G); Wu, дет справедливо равенство

бури

Р+К-1

. jT/ i %/4/--f,/.j

/.

Т.6.. пределы суммирования можно сдвигать в пределах двух соседних периодов (фиг. 3). 35

Таким образом, измерения мгновен- ных.значений сигнала реакции можно осуществлять в моменты измерения мгновенных значений возмущающего сигнала, через равные доли периода воз-i мутцающего сигнала, избавляясь тем самым от необходимости задавать моменты измерения мгновенных значений сигнала в зависимости от запаздьгоа- иия сигнала реакции от возмущающего сигнала.

Мгновенное значение сигнала реак- ( .

ции А у-: можно получить из мгновенных значений выходного сигнала ,

В первый период возмущающего сигнала блок 9 управления через коммутатор 3 подключает на вход АЦП возмущающий сигнал для получения констан ты В. По команде с выхода блока 9 управления (фиг. 5 gl АЩ1 64 раза за этот период через равные его доли осуществляет измерение и преобразование в цифровую форму мгнов.енных значений возмущающего сигнала А,,; , Значения А„ : в цифровой форме с выхода АЦП поступают на первый вход сумматора 5. В сумматоре 5 за период образуется сумма 64

В Г /А„; /

45

J

:1

значение которой поступает на вход регистра 11 и хранится в нем до конца посьшки.

Далее блок 9 управления пропускает пять периодов входного сигнала для исключения влияния переходного процесса в исследуемом объекте и подключает до конца посылки на вход

и„

вычитая из них среднер значение пос- 50 ДЦП через коммутатор 3 выходной сигнал исследуемого объекта.

В каждом i -ом периоде входного сигнала АЦП по командам с выхода блока 9 управления (фиг.5) через 1/64 55 этого периода осуществляет измерение и преобразование в цифровую форму мгновенных значений выходного спгиатоянной составляющей пост о 2- «Ьр ,

,. - . 1 г I

полученное в паузе (см.фи.4б) при измерении р раз выходного сигнала за паузу.

Устройство работает следующим образом.

ла Apjjj . Значения в цифровой

10

5

0

5

(f

5

Посылка возмущающего сигнала с выхода генератора 1 поступает на исследуемый объект. На время паузы блок 9 управления через коммутатор 3 подключает на вход АЦП выходной сигнал (фиг.Зе). Пауза по длительности занимает I/32 периода сигнала управления частотой. За это время АЦП по команде с выхода блока 9 управления (фиг.За осуществляет 32 измерения и преобразования в цифровой код мгновенных значений выходного сигнала АЬ|, . Эти значения поступают на

первый вход сумматора 5, где за вреъгмя паузы образуется сумма 51 А Ь., .

р., .Г

Деление на 32 для получения среднего значения постоянной составляющей и „о. осуществляется сдвигом., значе- НИН сумматора на пять разрядов вправо. Полученное значение U пост второго выхода сумматора 5 поступает на вход регистра 10, где хранится до конца посылки.

В первый период возмущающего сигнала блок 9 управления через коммутатор 3 подключает на вход АЦП возмущающий сигнал для получения константы В. По команде с выхода блока 9 управления (фиг. 5 gl АЩ1 64 раза за этот период через равные его доли осуществляет измерение и преобразование в цифровую форму мгнов.енных значений возмущающего сигнала А,,; , Значения А„ : в цифровой форме с выхода АЦП поступают на первый вход сумматора 5. В сумматоре 5 за период образуется сумма 64

В Г /А„; /

J

:1

значение которой поступает на вход регистра 11 и хранится в нем до конца посьшки.

Далее блок 9 управления пропускает пять периодов входного сигнала для исключения влияния переходного процесса в исследуемом объекте и подключает до конца посылки на вход

ла Apjjj . Значения в цифровой

71260873

орме с выхода А1Д1 поступают на перый вход сумматора 5, в котором эти значения складываются со значением пост. поступающим на второй вход сумматора 5 в дополнительном коде. Таким образом, на выходе сумматора 5 образуется разность

рав ана тер нен дел стр тор ка рес пер ,и ч упр вхо ющ шен пом и д лог пос и в тел инд упр упр ля рез вхо тов тор ана вто пер вхо гис ка нит упр ход тот

- tJ

пост

А

2.J

Модуль этой разности поступает на вход сумматора 6. В сумматоре 6 за каждый период входного сигнала образуется сумма

64

i iзначение которой в конце периода поступает на первый вход делителя 7. На второй вход делителя 7 поступает значение В. На выходе делителя 7 каждый период получается дискретное значение амплитудно-частотной характеристики R)(co) , которое поступает на один из входов индикаторов 8 результата и частоты. На другой вход индикаторов 8 с выхода счетчика 17 поступает цифровой код N; , пропорциональный частоте текущего периода.

В конце посылки в регистрах хранения индикаторов 8 образуется (i пар значений Р; («) и N; . Эти значения можно использовать Для визуального наблюдения АЧХ с помощью двух цифро-аналоговых преобразователей и двухкоординатного графопо-- строителя или использовать для расчетов на ЦВМ в задачах управления или идентификации.

Формула

изобретения

I. Устройство для определения амплитудно-частотных характеристик электроэнергетических объектов, содержащее генератор перестраиваемой частоты, первый выход которого соединен с первой входной клеммой устройства для подключения исследуемого четырехполюсника и с первым входом коммутатора, вторым входом соединённого с второй клеммой устройства для подключения исследуемого четырехполюсника, выход коммутатора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, первый выход блока управления соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход блока уп8

0

5

0

5

0

5

0

5

0

равления подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя, тертий выход блока управления соединен с управляющими входами цифрового делителя кодов и генератора перестраиваемой частоты, второй выход которого подключен к первому входу блока управления, выход генератора перестраиваемой частоты подключен к, первому входу индикаторов результата ,и частоты, а четвертый выход блока управления соединен с управляющ входом первого регистра, отличающееся тем, что, с целью повышения точности в условиях действия помех, в него введены второй регистр и два сумматора, при этом выход аналого-цифрового преобразователя через. последовательно соединенные первый и второй сумматоры и цифровой делитель кодов подключен к второму входу индикаторов результата и частоты, управляющий вход которых соединен с управляющим входом цифрового делителя кодов, выход первого сумматора через второй регистр соединен с вторым входом цифрового делителя кодов, тактовые входы первого и второго сумматоров подключены к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя, второй выход первого сумматора через . первый регистр соединен с вторым его входом, управляющий вход второго регистра соединен с пятым выходом блока управления, выполненного с дополнительным выходом, второй вход управления подключен к третьему выходу генератора перестраиваемой частоты.

2; Устройство по п.I, отличающееся тем, что генератор перестраиваемой частоты вьтолнен в виде последовательно соединенных блока задания закона управления частотой и управляемого генератора, первый и второй вьгходы которого являются соответствующими выходами генератора перестраиваемой частоты, а его третий выход соедннен с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, тактовый вход счетчика является управляющим входом генератора перестраиваемой частоты, а второй выход блока задания закона управления частотой является третьим выходом генератора перестраиваемой частоты.

%.

,

а

UpeoK. 5

«о-

J -л ..ог

Ос ft:cfc ас

Kl()(pas. 2

ивх

tr

4V

I

«N

§

д

HJ

t-ч «М

X:

Uynp

. гх

AllAt ЛГз AlpAtp

Изобретение относится к технике измерений. Может быть использовано для определения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) электроэнергетических объектов. Целью изобретения является повьппение точности определения АЧХ электроэнергетических объектов в условиях действия помех. Для достижения поставленной цели в уст1 -а-л I Lz:L..bf ройство, содержащее генератор 1 перестраиваемой частоты, исследуемый четырехполюсник 2, коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, цифровой делитель 7 кодов, индикатор 8 результата и частоты, блок 9 управления, первый регистр 10, первая 12 и вторая 13 клеммы для подключения исследуемого четырехполюсника, генератор 16 импульсов и счетчик 17, введены первы|4 5 и второй 6 сумматоры и второй регистр I1. Генератор 1 выполнен в виде управляемого генератора 14, блока 15 задания закона управления частотой. Блоки 14 и 15 выполнены по схеме интерполирующего функционального преобразователя. Дискретные значения АЧХ и цифровой код, хранимые в индикаторе 8, можно использовать для визуального наблюдения АЧХ с помощью двух цифроаналого- вых преобразователей и двухкоорди- натного графопостроителя или использовать для расчетов на ЦВМ в задачах управления или идентификации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. кН С S (П с 1С а о 00 00

и

Вых.15е Вх.За

Вш.11га

Bx.dff

Bbix.sif

Вых.дс

Вых.Зе Bbix,3f Вых. 93

и

Редактор А. Ревин

Составитель Л. Муранов,

Техред и.Попович Корректор, А. Тяско

Заказ 5226/46Тираж 728Подписное

ВНИИ1ГО Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

иг. 5