Предлагаемый анализатор частотных характеристик линейных л нелинейных систем автоматического регулирования относится к известному типу анализаторов, основанных на подаче на вход системы синусоидального неременного напряжения заданной частоты и определении частотной характеристики напряжения на выходе той же системы. Подобно известным анализаторам этого типа, он содержит два вращающихся трансформатора, приводимых во вращение с постоянной скоростью, из которых один питается током несущей частоты и служит для генерирования синусоидальных колебаний, подаваемых на вход исследуемой системы, а второй, на который подается напряжение с выхода системы, используется как множительное устройство. Этот последний трансформатор снабжен двумя выходными обмотками, сдвинутыми на угол в 90°, напряжения которых после демодуляции характеризуют амплитуду и фазу измеряемой гармоники напряжения, получаемого на выходе системы.
Особенностью предлагаемого анализатора, обеспечивающей возможность определения амплитуды и фазы каждой из гармоник напряжения, получаемого на выходе испытуемой системы, является наличие механической связи между обоими вращающимися трансформаторами, осуществляемой системой регулируемых передач с различными передаточными числами, значения которых соответствуют номерам определяемых гармоник. При этом в одном из трансформаторов предусмотрено приспособление для изменения углового смещения его оси относительно оси вращения второго трансформатора.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого анализатора.
Основными частями предлагаемого анализатора является генератор низкочастотных синусоидальных колебаний, подключенный к входу
№133111-2исследуемой системы ИО, и измерительное устройство (правая часть схемы), подключенное к выходу системы ИО. Низкочастотное напряжение получается посредством модуляции колебаний несущей частоты 2000 гц или 400-500 гц с помощью вращающегося трансформатора ВТ. Установка частоты ыо модуляции несущих колебаний, подводимьгх к трансформатору ВТ, производится изменением скорости вращения ротора трансформатора. Это изменение осуществляется посредством многоступенчатого редуктора PI, связанного с синхронным двигателем С Ц, либо при помощи регулируемого асинхронного двигателя или двигателя постоянного тока.
При исследовании элементов или систем, работающих на постоянном токе, используется несущая частота 2000 гц. Модулированные колебания этой частоты выпрямляются демодулятором Д, усиливаются усилителем мощности УМ и поступают на вход исследуемой системы ИО. Для обеспечения зсиления колебаний низких частот, используемых при исследовании систем регулирования, усилитель УМ должен быть построен по схеме усиления постоянного тока. Напряжение на выходе усилителя устанавливается делителем напряжения ДЯ. При необходимости увеличения выходной мощности генератора используется впещний усилитель мощности БУМ. Р1змерительное устройство содержит входное устройство ВУ, позволяющее изменять чувствительность прибора, модулятор М на 2000 гц, усилитель напряжения переменного тока УН, вращающийся трансформатор ВТ, демодуляторы Д и Да, низкочастотные фильтры Ф: и 02, делитель напряжения ДН и нулевые индикаторные приборы //1 и //2 соответственно фазы и амплитуды. Роторы трансформаторов ВТ и ВТ механически связаны посредством планетарной передачи Р с целыми передаточными числами. Взаимное расположение статорных обмоток трансформаторов может изменяться нутем поворота статора трансформатора ВТ2. Угол поворота отсчитывается но щкале и изменяется в пределах от О до 360°.
При исследовании систем, работающих на несущей частоте 400- 500 гц, демодулятор Д и модулятор М отключаются переключателем Я; и выходное напряжение генератора принимает вид модзлировакных колебаний с двухсторонней (двухполупериодной) модуляцией.
Прп рассмотрении работы анализатора и при определении частотных характеристик исследуемой системы, включающей в общем случае элементы с нелинейными характеристиками, для простоты предполагается, что при заданной частоте ю со фазовый сдвиг, вносимый генератором низкочастотных синусоидальных колебаний, равен нулю.
При синусоидальном напряжении на входе исследуемой системы напряжение на ее выходе изменяется по некоторому периодическому закону и характер этого изменения полностью определяется характером нелинейностей, имеющихся в системе.
Легко показать, что при коэффициенте передачи редуктора Р, равном /С, можно осуществлять измерение амплитуды н фазы /С-й гармоники. Фазовый сдвиг /С-й гармоники на выходе исследуемой системы определяется по углу поворота статора вращающегося трансформатора , при котором напряжение на выходе фильтра Ф: равняется нулю.
Прп таком повороте статора амплитуда /С-й гармоники на выходе исследуемой системы
0..-..}
где: //rfjala)/) - напряжение постоянной составляющей на выходе фильтра Фа;
K(
(;) - коэффициент передачи измерительной системы по каналу измерения амплитуды;
Кф2(1} - коэффициент передачи фильтра Фд.
Если определяется частотная характеристика системы или ее эле.мент по первой гармонике, то значение модуля комплексного коэффициента передачи системы определяется выражением.
где: (ш;) - амплитудное значение первой гармоники на выходе
исследуемой системы; вл-(®г ) - амплитудное значение синусоидального сигнала на
входе системы.
Фазовый сдвиг, вносимый системой на первой гармонике, равняется углу поворота статора вращающегося трансформатора, при котором напряжение на выходе фильтра 0i равно .
Легко показать, что постоянная составляющая на выходе исследуемой системы, которая может появиться вследствие нелинейности характеристик системы или дрейфа усилителя постоянного тока, дает на выходе демодуляторов Д1 к Дд переменную составляющую с частотой О) КО); и, следовательно, не оказывает влияния на точность измере,ния первой гармоники и высших гармонических составляющих на выходе исследуемой системы, так как последние измеряются по величине постоянной составляющей на выходе демодуляторов Д и определения частотной характеристики исследуемой системы необходимо подать на ее вход с генератора низкочастотных колебаний соответствующее напряжение низкой частоты и измерить амплитуды и фазы напряжений на входе и выходе этой системы при различных ча стотах. Частота и величина возмущающего напряжения устанавливаются описанным способом, а коэффициент передачи редуктора PZ устанавливается равным единице (). Измерительное устройство анализатора посредством переключателя Яз подключается на вход исследуемой системы ИО; положение статора трансформатора ВТ подбирается таким образом, чтобы показание индикатора Я; фазы равнялось нулю. Затем индикатор Яа амплитуды также устанавливается на нуль изменением напряжения сравнения, снимаемого с делителя ДЯгПосле этого входное устройство ВУ переключается на выход исследуе-мой системы, и цикл повторяется.
Фазовый сдвиг, вносимый исследуемой системой на установленной частоте, определяется как разность двух показаний на щкале отсчета угла ф, а модуль комплексного коэффициента передачи по первой гармонике находится как отнощение второго отсчета по делителю ДЯ2 к первому отсчету. При определении модуля коэффициента передачи так,же должна учитываться чувствительность анализатора, устанавливаемого во входном устройстве ВУ.
Измерение производится по основной гармонике напряжения на выходе исследуемого объекта, что дает возможность определять частотные зависимости не только линейных, но и нелинейных систем различного рода. При измерении высщих гармонических составляющих на выходе исследуемой системы устанавливается соответствующий коэффициент передачи /С редуктора PI, равный порядковому номеру /С гармоники. По углу поворота статора трансформатора ВТ, при котором показание индикатора И фазы равно нулю, определяется фазовый сдвиг для /С-й гармоники, а по показанию делителя ДЯг, при котором Стрелка индикатора И стоит на нуле, определяется амплитуда /С-й гармоники- 3 133111
UeMxml(i
/(«.,)
ta.z()
