Устройство для определения амплитудно-частотных характеристик электроэнергетических объектов Советский патент 1987 года по МПК G01R27/28 

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

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет одновременного определения фазочастотной характеристики.

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, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, первьй 5 и второй 6 сумматоры, первый цифровой делитель 7 кодов и индикатор 8 результата и частоты, блок 9 управления, два выхода которого соединены соответственно с первым 10 и вторым 11 регистрами, клеммы 12 и 13 для подключения исследуемого четырехполюсника 2.

Генератор 1 содержит управляемый генератор 14, блок 15 задания закона управления частотой, генератор 16 импульсов и счетчик 17.

Устройство содержит также последовательно соединенные третий сумматор 18, третий регистр 19, блок 20 перемножения кодов, второй цифровой делитель 21 кодов и вычислитель 22.

Измерение ФЧХ осуществляется следующим образом.

С выхода генератора 1 на вход исследуемого четырехполюсника 2 подают возмущающий сигнал (фиг. 4S), частота которого изменяется по закону, пропорциональному линейному закону

изменения напряжения U е блока 15.

Учр

с выхода

ВЗЯ-

При измерении фазового сдвига между возмущающим сигналом Ug (фиг. 4&) и сигналом реакции д, (фиг. 4В) используется мгновенное значение сигнала реакции А. тое в момент времени, соответствующий амплитудному значению А,;„ возмущающего сигнапа, и амплитудное знчение реакции в момент времени, сдвинутый на фазовый угол (f) (фиг. 2а. Б ). Отношение зтих

двух сигналов является косинусом угла запаздывания .сигнала реакции от возмущающего сигнала (фиг. 2q,8,6, Z ,) , т.е.

А 71 к

-т - COS (f),, .

Для исключения влияния постоянной составляющей, присутствующей в выходном сигнале .,1 , и для повьше ния точности измерений if измерение значений A.i( И A.j, производят два раза в период, соответствующий положительным и отрицательным полуволнам колебаний (фиг. За,8,Ь), т.е. в моменты времени, соответствующие максимальному отрицательному значению воз- мущакщего сигнала, измеряют мгновенное значение сигнала реакции (фиг. 3S ,6). При постоянной амплитуде возмущающего сигнала амплитуду сигнала реакции можно определить как произведение амплитуды возмущающего

сигнала А, на текущее значение АЧХ, (равное R;(tO), т.е. .m К;(сз). Тогда косинус угла запаздывания определяют как отнощение суммы модулей

мгновенных значений А,

и А,

2 ( k -г 1 удвоенному произведению амплитуды

возмущающего сигнала на Т1 кущее значение R;(w), т.е.

cos

/AjjJ+lAi;

2A,in,

/Aa.-K/ + /A2i4/.

,;m/+ /-A,(CO)

Выбирая

+/-A,im/ С const,

для угла (; (со) запаздывания получим выражение, пропорциональное ФХЧ, в следующем виде:

(.(j3) arccos signA ;

/A;, K/+/A;;9/

C.R.(U)

Устройство работает следующим образом.

Управляемый генердтор 14 формирует выходной сигнал Ug, приведенньй на фиг, 4 8 и 56. Закон изменения частоты сигнала Озх от сигнала Uunp блока 15 приведен на фиг. 4а. Генератор 14 выдает импульсные сигналы с частотой F, 2 на выходе Ь и частотой F; 2 на выходе с, где F; частота сигнала в i-м периоде сигнала Ujjj на фиг. 5г. Блок 15 на выходе d вьодает сигналы с частотой F; 2 , приведенные на фиг. 58.

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 6 блока 9 поступают сигналы с выхо- да С генератора 14, а во время действия паузы Р (фиг. 48) - с выхода d блока 15 (импульсы Ag йр фиг.4&Х Выходной сигнал 11,, исследуемого четырехполюсника 2 приведен на

фиг. 4В. Он содержит постоянную сое-

тавляющую

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

АЦП 4 осуществляет -преобразование мгновенных значений входного и выходного сигналов, поступающих на него, в цифровую форму. Команда на преобразование поступает с выхода d блока 9 управления (фиг. 52),

Сумматор 5 предназначен для получения среднего значения постоянной

U

-If Пост Р --

Г-

А в паузе.

суммы модулей мгновенных значений

и

входного сигнала В ZI /А,,-/ за первый период () колебаний входного сигнала U (фиг. 3) и для получения модулей мгновенных значений сигнала реакции четырехполюсника 2 путем вы- читания из мгновенных значений выходного сигнала Uj, (фиг. 3) среднего значения постоянной составляющей и

пост

. На вход сумматора 5 поступает цифровой код с выхода АЦП. Сигнал управления сумматором 5 посту- пает с выхода d блока 9 управления (г. 5).

В- регистре 10 хранится среднее

значение постоянной составлякнцей пост Запись этого значения осуществляется регистром 10 с второго выхода сумматора 5 в конце паузы по команде поступающей с выхода d блока 9 управления (фИг. 5ж). Значение и„о 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 выхода сумматора 5 в конце первого периода по команде, поступающей с выхода f блока 9 управления, (фиг. 5).

Сумматор 6 предназначен для получения суммы отсчетов модулей мгновенных значений сигнала реакции /fj,-;/ за период в-ходного сигнала. Значения поступают с первого выхода с.уммато- ра 5. Сигнал управления сумматором 5 поступает с выхода d блока 9 управления (фиг. 5а).

Делитель 7 осуществляет деление в

h

цифровом виде суммы 21 поступающей с выхода сумматора 6 на значение В, поступающее с выхода регистра 1 1 . Команда на деление поступает в конце каждого периода на вход с выхода g блока 9 управления (фиг. 5и).

Генератор 16 предназначен для генерирования импульсов стабильной частоты. Счетчик 17 предназначен для определения частоты в каждый.период возмущающего сигнала. На рйзрешаклций вход счетчика 17 поступает сигнал с выхода f) генератора 14, равный по длительности текущему периоду возмущающего сигнала. На счетный вход счетчика 17 поступают импульсы стабильной частоты с выхода генератора 16. В конце каждого периода возмущающего сигнала на выходе счетчика 17 образуется код Nj, пропорциональный частоте этого периода. Счетчик 17 устанавливается в О в конце каждого периода по команде с выхода g блока 9 управления (фиг. 5), которая поступает на управляющий вход счетчика.

Сумматор 18 предназначен для получения суммы /+А,,-„/ +/-А, в первый период () возмущающего сиг- йала и суммы модулей значения /AjJK/ /Ajia/ (фиг. 3). Знаковый разряд сумматора 18 при определении суммы / / устанавливается в соответствии со знаком значения A (фиг. 2). Сигнал управления сумматором 18 поступает с выхода h блока 9 управления (фиг. 5ц).

В регистре 19 хранится значение С, которое поступает на него в конце первого периода () возмущающего сигнала. Сигнал управления регистром

19 поступает с выхода h блока 9 управления (фиг. 5к).

Блок 20 перемножения кодов осуществляет перемножение значения С на текущее значение АЧХ R;(u) фиг. 3. На вход q блока 20 перемножения поступает код числа С из регистра 19, а на вход о - код значения RjCco) с выхода делителя 7. Сигнал управления блока 20 перемножения поступает с выхода g блока 9 управления (фиг. 5О

Делитель 21 цифровых кодов осуществляет деление суммы sig Aijjn)/,; 2t a/ 1 поступающей из сумматора 18 на произведение С-R;(()), поступаю- щее из блока 20 перемножения. Сигнал управления поступает с выхода g блока 9 управления (фиг. S i).

Вычислитель 22 осуществляет вычисление тригонометрической функции

V,..rccos.ign(A,;,) (:(

характеризующей ФЧХ. Аргумент функции U поступает из делителя 21 цифровых кодов. &)1ходной код вычислителя 22 поступает в регистр индикатора 8.

.В индикаторе 8 результата и частоты хранятся дискретные значения АЧХ R;(co), ФЧХ С,); (о)) и коды N частоты (О , которые поступают в каждый период возмущающего сигнала соответственно из делителя 7, вычислителя 22 и счетчика 17. Команды на запись в индикатор 8 поступают в каждый период с выхода g блока 9 управления (фиг. )).

П р и.м е р. Пусть на время паузы Р блок 9 управления через коммутатор 3 подключает на вход АЦП выходной сигнал, который осуществляет 32 измерения и преобразования в цифровой код мгновенных значений выходного сигнала Ац (фиг. 4&). Эти значения поступают на вход сумматора 5, где за время паузы образуется сумма , « - 21 Ag . Деление на 32 для получения

среднего значения постоянной составI п лякяцей nofj 21 А .J. осуществляJ ., ч

ется сдвигом значения сумматора на 5 разрядов вправо. Полученное значение вост BLToporo выхода сумматора 5 поступает на вход регистра 10, где хранится до конца посьшки.

В первый период () возмущающего сигнала блок. 9 управления через коммутатор 3 подключает на вход АЦП возмущающий сигнал для получения констант В и С. По командам с выхода блока 9 управления (фиг. 5j) АЦП 64 раза за этот период через равные его доли осуществляет измерение и преобразование в цифровую форму мгновенных значений возмущающего сигнала

0

j

Значения А,,; в цифровой фор)

0

0

ме поступают на первый вход сумматора 5. В последнем за период-образу64

ется сумма В А ; , значение М торой Поступает на вход регистра 11

и хранится там до конца посылки. Кроме того, при и , соответствующим максимальным положительному и отрицательному значениям возмущающего сигнала (фиг. 5г,к) мгновенные значения возмущающего сигнала с выхода АЦП поступают на вход сумматора 18, в котором образ,уется 5 сумма ,6/ +/А,,,4в/ , значение которой затем поступает в регистр 19 и хранится там до конца посьшки.

Далее блок 9 управления пропускает 5 периодов входного сигнала и подключает до конца посылки на вход АЦП через коммутатор 3 выходной сигнал исследуемого объекта.

В каждом i-M периоде входного 5 сигнала АЦП по командам с выхода блока 9 управления (фиг. 5а) через 1/64 этого периода осуществляет измерение и преобразование в цифровую форму мгновенных значений выходного сигнала . Значения в циф- . ровой форме с выхода АЦП поступают на первый вход сумматора 5, в котором они складьшаются со значением

и

пост

поступакнцим на второй вход

сумматора в дополнительном коде.

Таким образом, на выходе сумматора 5 образуется разность посг Модуль этой разности поступает на вход сумматора 6. В последнем за каждый период входного сигнала обра5

е , . зуется сумма значение коJторой в конце периода поступает на

первый вход делителя 7, на второй вход которого поступает значение В. На выходе делителя 7 каждый период получает дискретное значение амплитудно-частотной характеристики R;(o),

которое поступает на вход 6 индикатора 8 результата и частоты.

Мгновенные значения выходного сигнала, измеренные при и , поступают на вход сумматора 18, в котором образуется сумма /А, +

+ /A, +/А2; 4й/ -В знаковом разряде сумматора хранится знак измеренного значения А. ц , т.е. имеи двухкоординатного графопостроителя, а также использовать для расчетов и построения амплитудно-фазовой характеристики.

Формула изобретения

Устройство для определения амплитудно-частотных характеристик элек- .

ет в сумматоре rsignCA ;, l i «/ трЬэнергетических объектов по + /А О конце каждого периода авт. св. № 1260873, отличаю- после вычисления R;(о) его значение с выхода делителя 7 поступает на вход блока 20 перемножения кодов, на

ширения функциональных возможностей за счет одновременного определения

вход а которого из регистра 19 посту- J5 фазоч&стотной характеристики, в него введены третий сумматор, третий регистр, блок перемножения кодов, второй цифровой делитель кодов и вычислитель, при этом выход третьего

пает значение С. В делителе 21 кодов осуществляется деление значения sign(A2-)/A,j,.,J , поступающего из сумматора 18 на вход а, на

произведение C R(u), поступающее на 20 сумматора соединен с первым входом вход D из блока 20 перемножения. Ре- второго цифрового делителя кодов не- зультат деления поступает на вычис- посредственно и литель 22, который вычисляет тригонометрическую функцию

25

V,(«)arccos|

посредственно и через последовательно соединенные третий регистр.и блок перемещения кодов - с его вторым входом, второй вход блока перемножения кодов подключен к выходу первого цифрового делителя кодов, вход третьего сумматора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход второго цифрового делителя кодов через вычислитель соединен с третьим входом индикатора результата и частоты, выполненного с дополнительным входом, управляющие входы блока перемножения кодов и второго цифрового делителя кодов подключены к управляющему входу индикатот ра результата и частоты, тактовые входы третьих сумматора и регистра соединены с шестым выходом блока управления, выполненного с дополнительным выходом.

которая является дискретным значением фазочастотной характеристики. С выхода вычислителя 22 значение с,- (со) по- 30 ступает на вход индикатора 8 результата и частоты.

На вход d индикатора 8 результатов и частоты с выхода счетчика 17 поступает цифровой код N;, пропорциональ- 35 ный частоте текущего периода.

В конце посылки в регистрах хранения индикатора 8 образуется п троек значений R;((j), t,; (u) и N,. Эти значения можно использовать для визуапь-40 кого наблюдения АЧХ или ФЧХ с помощью двух цифроаналоговых преобразователей

и двухкоординатного графопостроителя,, а также использовать для расчетов и построения амплитудно-фазовой характеристики.

Формула изобретения

трЬэнергетических объектов по авт. св. № 1260873, отличаю-

ширения функциональных возможностей за счет одновременного определения

го введены третий сумматор, третий регистр, блок перемножения кодов, второй цифровой делитель кодов и вычислитель, при этом выход третьего

сумматора соединен с первым входом второго цифрового делителя кодов не- посредственно и

посредственно и через последовательно соединенные третий регистр.и блок перемещения кодов - с его вторым входом, второй вход блока перемножения кодов подключен к выходу первого цифрового делителя кодов, вход третьего сумматора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход второго цифрового делителя кодов через вычислитель соединен с третьим входом индикатора результата и частоты, выполненного с дополнительным входом, управляющие входы блока перемножения кодов и второго цифрового делителя кодов подключены к управляющему входу индикатот ра результата и частоты, тактовые входы третьих сумматора и регистра соединены с шестым выходом блока управления, выполненного с дополнительным выходом.

tJSblXi

Aiim

0u.2

«гА Afi

tm

Вых

2im

0Ut.3

Wft

0(/e. 4t

aa

«Г «tf

1Э

S

.-«s

) Q)

II § IS

Cooca «Ъ(

Изобретение относится к технике измерений и является дополнительным к авт. св. СССР № 1260873. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее генератор 1 перестраиваемой частоты, исследуемый четырехполюсник 2, коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, сумматоры 5, 6, цифровой делитель 7 кодов, индикатор 8 результата и частоты, блок 9 управления, регистры 10, 11, клеммы 12, 13, управляемый генератор 14, блок 15 задания законов управления частотой, генератор 16 импульсов, счетчик 17, введены сумматор 18, регистр 19, блок 20 перемножения кодов, цифровой делитель 21 кодов, вычислитель 22. Дискретные значения АЧХ, ФЧХ и коды частоты, находящиеся в конце посылки в регистрах хранения индикатора 8, можно использовать для визуального наблюдения АЧХ и ФЧХ с помощью двух АЦП и двухкоординатного графопостроителя. Можно использовать для расчетов и построения амплитудно-фазовой характеристики. 5 ил. (Л ) (u) 14)

Составитель Л. Муранов Редактор Е. Копча Техред В.Кадар Корректор Л. Пилиргенко

Заказ 2657/50 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-Э5, Раушская naCi, д. 4/5

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