Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления и регулирования Советский патент 1987 года по МПК G05B23/02 

характеристик в инфранизком диапазоне частот. Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления и ре- гулиров ания содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 блоки умножения, первый 5, второй 6 и третий 7 интеграторы, первый 8 и второй 9 сумматоры, первый 10 и второй 11 аттенюаторы, первый 12, второй 13 и третий 14 фильтры, блок 15 зоны не- чувстви тельнссти, первый 16 и второй 17 блоки коррекции усиления, управляемый усилитель 18, датчик 19 частоты, первый 20 и второй 2 индикаторы, первый 22, второй 23, третий 24,

1

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам для исследования и контроля систем автоматического управления и регулирования, предназначено для определения частотных характеристик как самих автоматических систем, так и их функциональных узлов и является усовершенствованием устройства по авт,св, № 1191886,

Цель изобретения - повышение точности работы устройства.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содерл5ит первый 1 , второй 2, третий 3 и четвертый 4 блоки умножения, первьгй 5, второй 6 и третий 7 интеграторы, первый 8 и второй 9 сумматоры, первый 10 и второй 11 аттенюаторы, первый 12, второй 13 и третий 14 фильтры, блок 15 зоны нечувствительности, первый 16 и второй 17 блоки коррекции усиления, управляемый усилитель 18, датчик 19 частоты, пер вьй 20 и второй 21 индикаторы первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25 управляющие элементы, исследуемую систему 26 автоматического управления и генератор 27,

Принцип действия устройства основан на автоматической компенсации сигнала Х , установившегося под f eйcтвиeм входного сигнала Xj asincat

четвертый 25 управляющие элементы и генератор 27, Цель изобретения достигается за счет введения управляющих элементов 24 и 25, предназначенных для одновременного переключения коэффициентов на входах сумматоров 8 и 9, интеграторов 5 и 6 и индикаторов 20 и 21, Это позволяет, с одной стороны, повысить точность перемножения сигналов за счет повышения уровня сигналов на входах блоков 2 и 4 умножения и, с другой стороны, сохранить неизменными динамические свойства устройства за счет коррекции коэффициентов в интеграторах 5 и 6 и индикаторах 20 и 21. 1 ил.

5

0

5

0

на выходе исследуемой системы автоматического управления

вых а-P(co)sincot+aQ(co)cosQt, где а и Q - амплитуда и частота воздействия на входе системы;

P(to)Q(co) - соответственно вещественная и мнимая частотные характеристики, подлежащие определению. Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода исследуемой системы 26 автоматического управления подается на один из входов второго сумматора 9, на другой вход которого поступает компенсационньй сигнал Хц, получа емый на выходе первого сумматора 8 путем сложения сигнала aPsincOt с выхода второго блока 2 умножения и сигнала aQcoscot с выхода четвертого блока 4 умножения: X aPsintot+aQcos6)t,

При несовпадении оценок Р и Q с истинными измеряемыми значениями Р(()) и Q(w) на выходе второго сумматора 9 возникает ошибка компенсации вида

Хць, -X.(a))- sinQt+a Q({o)- - coscot,(1)

не равная нулю. Проходя через первый фильтр 12, блок 15 зоны нечувствительности, первый блок 16 коррекции усиления и управляемый усилитель 18,

, 31295371

ошибка компенсации б поступает на входы первого 1 и третьего 3 блоков умножения, В результате детектирования ошибки S сигналами

от ро ка ря

аА (со) згпСсоС+Ц ф)

aA(o)cos(cot + -cp), где АдаСо) иЦ)ф(о) - амплитудная и

фазовая частотные характеристики второго 13 и третьего 14 фильтров,

на выходах первого и третьего 3 блоков умножения образуются сигналы, в среднем за период пропорциональные разностным ошибкам (Р(о)-Р (и))- -Qj Поступая далее на входы первого 5 и второго 6 интеграторов, эти сигналы вызывают подстройку оценки Р (на выходе интегратора 5) и оцен- ки Q (на выходе интегратора 6). При этом компенсирующий сигнал X|j aFsincot+aQcosat

изменяется таким образом, что ошибка компенсации 6 непрерывно уменьшается. Процессы измерения заканчиваются при полном обнулении ошибки. При этом сигналы на входах интегра-, торов равны нулю и показания первого 20 и второго 21 индикаторов фиксируют, как следует из значения (1), равные измеряемым частотным характеристикам исследуемой системы автоматического управления:

(fo), (w).

Для обеспечения возможности измерения в широком диапазоне изменения оценок Р и Q (при кратности изме нения в десятки раз) в схему устройства введены управлякщие элементы 2А (в канале подстройки Р) и 25 (в канале подстройки Q), позволяющие варьировать коэффициенты усиления на входах первого сумматора 8 и изменят тем самым, масштабы оценок Р и Q, Если необходимо увеличить масштаб оценки Р, то с помощью третьего упраляющего элемента 24 уменьшается в k аз коэффициент на том входе первого сумматора 8, на который поступает составляющая компенсирующего сигнала aPsinfOt b выхода второго блока 2 умножения. При этом невязка 6 принимает вид

Хвь,х - ka|sinut+aQcos(jt aCP(w)-kP sinUt -a Q(o)- -Q cosut,

o

5

0

5

0

5

откуда следует, что процесс интегрирования продолжается до тех пор. пока не устанавливаются значения Р и , Q, обнуляющие невязку и удовлетво- paBBHj TBaM

(w), (co),

т,е масштаб представления оценки Р изменяется в k раз:

„рм .

Таким образом, если измеряемое значение P(ui)) мало (сопоставимо с уровнем статических погрешностей второго блока 2 умножения), то, умень-- |Шая с помощью третьего управляю- щего элемента 24 коэффициент k (), можно увеличить значение напряжения на выходе первого интегратора 5, соответствующее измеряемому значению Р(о), Это позволяет обеспечить работу второго блока 2 умножения при больших значениях входного напряжения. Тем самым снижается относительная погрешность измерения и становится возможным измерение малых значений Р(со), соизмеримых с уровнем статических погрешностей работы реального множительного блока. Аналогично, переключая с помощью четвертого управляющего элемента 25 коэффициент на том- входе первого сумматора 8, на который поступает сигнал aQcosat с выхода четвертого блока 4 умножения, получают, что при равенстве ошибки Е нулю справедливо

(0), Q

-9М k

Тем самым, при увеличивается масштаб представления оценки Q,

Это позволяет обеспечить при малых зн ачениях Q(GL)) более высокий уровень напряжения на выходе второго интегратора 6 и, тем самым, снизить уровень относительных погрешностей измерения Q(a). Введение регулировки коэффициентов на входах . первого сумматора 8 позволяет разделить требуемый диапазон измерения вещественной Р и мнимой Q частотных характеристик на необходимое число поддиапазонов (отдельно для Р(со) и Q(CO))I каждому из которых соот- ветсвует коэффициент k на входе первого сумматора 8, При этом внутри каждого поддиапазона пределы изменения напряжения на выходах интегратоов находятся в зоне, где обеспечивается высокая точность работы блока 2 или 4 соответственно для каналов подстройки оценок Р или Q. Вместе с тем, изменение коэффициентов на входах.сумматора, а следовательно.

Л А

и масштаба оценок Р и Q на выходах интеграторов 5 и 6 приводит к изменению показаний индикаторов 20 и 21. При снятии показаний в этом случае приходится учитывать масштабный коэффициент k, что усложняет работу оператора с устройством, в конечном счете, увеличивая время, необходимое для фиксирования результатов измерения. Поэтому одновременно: с Переключением коэффициента в первом сумматоре 8 вводится переключение масштаба в первом индикаторе 20 для Р и во втором индикаторе 21 для Q. Р этом случае показания индикаторов РН и Q j составляют

К (co)

Q,(co).

т.е. при переключении масштаба k показания индикаторов не изменяются и соответствуют измеряемым величинам Р(СО) и Q(tO). Кроме того, переключение коэффициентов на входах первогосумматора 8 приводит к изменению общего коэффициента усиления в контурах подстройки оценок Р и Q в k раз, что снижает быстродействие процесса измерения, ухудшая динамические свойства -устройства. Для сохранения быстродействия процессов измерения целесообразно одновременно , с переключением коэффициента на одном из входов первого сумматора 8 производить обратное по величине изменение коэффициента на входе соответствующего интегратора (на входе первого интегратора 5 при изменении масштаба по Р или на входе второго интегратора 6 при переключении масштаба по Q). При этом общий коэффициент усиления в контурах подстройки Р и Q остается неизменным и равным

ВНИИПИ Заказ 617/54

Произв.-похмгр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

k(4-) A.

Р Ч k В результате обеспечения постоянства общего коэсЪфициента усиления

динамического свойства контур ов подстройки оценок Р и Q при переключении масштабов не изменяются. Третий управляющий элемент 24 в канале подстройки Р и четвертый управляющий

элемент 25 в канапе подстройки Q могут, быть реализованы, например в виде многопозиционных трехсекционных переключателей, позволяюш;их одновременно в трех блоках устройства (в

первом сумматоре 8, в первом интеграторе 5 и в первом индикаторе 20 для Р либо в первом сумматоре 8, во втором интеграторе 6 и во втором индикаторе 21 для Q) производить изменение

коэффициентов усиления,

Таким образом, введение управляющих элементов 24 и 25 в схему известного устройства позволяет при малых значениях измеряемых частотных характеристик Р(со) и Q({i)) повысить уровень рабочих, сигналов на входах второго 2 и четвертого 4 блоков умножения до значений, когда статические погрешности преобразования сигналов

в этих блоках становятся незначительными. За счет этого повьшгается точность измерения частотных характеристик при малых значениях Р(со) и Q(co),

Формула изобретения

Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического улравления и регулирования

по авт.ев, № 1191886, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены третий и четвертый управляющие элементы, выход третьего

управляющего элемента соединен с

управляющими входами первого индикатора, первого интегратора и с первым управляющим входом первого сумматора, а выход четвертого управляющего элемента соединен с управляющими входами второго индикатора, второго интегратора и с вторым управляющим входом первого сумматора.

Тираж 864

Подписное

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для измерения вещественной и мнимой частотных характеристик систем автоматического управления и регулирования. Целью изобретения является повышение точности измерения малых значений частотных а СОЛ (лЬ 27 « Т Т а 6in (Л N