Способ определения фазовых характеристик объекта Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к фазоизме- ритепьной.технике и может быть использовано при определении фазочас- тотных характеристик систем автоматического управления и регулирования, систем стабилизации, корректирующих устройств и различных электрических цепейо

Цель изобретения - расширение функционал-ьных возможностей и диапазона определения фазовых сдвигов

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации способа

Устройство содержит блок 1 постоян-15 блока 28 умножения, выход которого

ного напряжения., блок 2 постоянного смещения, источник 3 управляющего напряжения, кнопку 4 Измерение, кнопку 5 Исходное положение, генератор 6 синусоидальных колебаний, ис- следуемый объект 7, измеритель 8 первичного фазового сдвига.з реле 9, за- пo инaюuщй блок lOj реле 11, запоми- наюЕСИй блок 12, нелинейный блок 13 определения синуса первичного д)азово го сдвига, нелинейный блок 14 опреде ления знака фазового сдвига, сумматор 15, блок 16 умножения,сумматор 17, блок -18 задержки, блок 19 вычитания, запоминающий бдрк 20, блок 21 вычи тания, нелинейный блок 22 формирования знака, нелинейный блок 23 формирования разности, нелинейный блок 24 сравнения, блок 25 умножения, импульсный элемент 26, реверсивный счетчик 27, блок 28 умножения и блок 29 постоянного смещения.

Генератор 6 синусоидальных колебаний соединен с входами исследуемого объекта 7 и с первым входом измерителя 8 первичного фазового сдвига, выход исследуемого объекта 7 соединен с вторым вводом измерителя 8 первичного фазового сдвига, выход которого через нормально разомкнутые контакты реле 9 соединен с входом запоминающего блока 10. Выход запоминающего блока 10 соединен с первым входом сумматора 17, входом блока 18 задержки, первым входом блока 21 вычитания, и через нормально замкнутые контакты реле 11 с входом запоминающего блока 12 и первым входом блока 19 вычитания, выход которого соединен с входом запоминающего блока 20, а выход последнего - с вторым входом блока 21 вычитания. Выход блока 18 задержки соединен с вторьм входом блока 19 вычитания. Выход запоминаю

щего блока 12 соединен с входом нелинейного блока 13, выход которого соединен с входом нелинейного блока 14, а выход последнего соединен с первым входом сум- атора 15, выход блока 2 постоянного смеа|ения соединен с вторым входом сумматора 15. Выход сумматора 15 соединен с первым входом блока 16 умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора 17 выход блока 1 постоянного напряжения соединен с вторым входом блока 16. умножения и с первым входом

соедин.ен с третьим входом сумматора 17.

Выход блока 21 вычитания соединен с входам-И нелинейных блоков 22 и 23, а выход последнего соединен с первьи входом нелинейного блока 24 сравнения, выход блока 29 постоянного сме

щения соединен с вторым входом нели- , нейного блока 24 сравнения. Выход

нелинейного блока 22 соединен с первым входом, а вьиод нелинейного блока 24 сравнения соединен с вторым - входом блока 25 умножения, выход которого соединен с входом импульсного эотемента 26, а выход последнего сое- динен с входом реверсивного счетчика 27. Выход реверсивного счетчика 27 соединен с вторьм входом блока 28 умножения.

Выход источника 3 управляющего напряжения через нормально разомкнутые контакты кнопки 4 Измерение соединен с обмотка14и управления реле 9 и реле 11, а через нормально замкнутые контакты кнопки 5 Исходное положение - с входами сброса запоминаю- щих блоков 10, 12 и 20, реверсивного счетчика 27 и через нормально разомкнутые контакты реле 11 с его обмоткой управления,

-Способ осуществляется следующим образом.

На первой фиксированной частоте U счетчик полного числа оборотов фазового вектора устанавливают в нулевое положение (), Первую фиксированную частоту W, задают значительно меньшей частоты среза системы автоматического управления. При этом фазовый сдвиг выходного сигнапа системы автоматического управления по модулю не превосходит 180°. Если при этом в системе автоматического управления на частоте а преобпадают инерционные свойства, то выходной сигнал отстает от входного, его фазовый сдвиг отрицателен и равен первичному фазовому сдвигу; если в системе автоматического управления преобладают форсирующие свойства, то выходной сигнал упреждает входной сигнал, первичный фазовый сдвиг определяется в диапазоне от -180° до -360°, а истинный фазовый сдвиг равен 9, Ч +360°, где . f - первичный фазовый сдвиг на час- тот е со ; f действительный фазовый сдвиг на частоте w

ср. 4.+ 1 + 1xsign(sin,)jx180°-360°x xN,

где N - число полных оборотов фазового вектора;

ГО,если(1 .,

iN {

lxsign(4.-4..,), если ,-.

I

10 Измерение фазового сдвига между выходньм и входным синусоидальными сигналами при определении частотных характеристик систем автоматического управления проводят на серии фиксиПоложение фазового вектора на фа- 15 рованйък частот w.(,2,...), причем

зовой плоскости определяет знак синуса первичного фазового сдвига. Если знак синуса первичного фазового сдвига равен +1, то фазовый вектор находится в верхней полуплоскости, а если он равен -1, то фазовый вектор находится в нижней полуплоскости фазовой плоскости. Отсюда зддчение действительного фазового сдвига определяется ньфажением

ф + 1xsign(sin4)j х180°.

При изменении частоты малому приращению ее соответствует малое приращение Фазового сдвига. Однако, если при малом изменении частоты первичный фазовый вектор пересекает положительное направление действительной оси фазовой плоскости, то наблюдается разрыв непрерывности и приращение

w. i ,. Формируют сигнал N числа полных оборотов фазового вектора, при сваивают ему нулевое значение и запоминают. На первой фиксированной

20 частоте W определяют первичный фазовый сдвиг Ч , определяют знак синуса этого угла, формируют вспомогатель- ньй сигнал Т , равный углу 180, умноженному на сумму единицы и сигнала

25 знака синуса первичного фазового

сдвига, и запоминают его. Затем определяют действительное значение фазового сдвига т ,, равного алгебраической сумме первичного фазового сдвиг а

30 и вспомогательного сигнала Ъ , запоминают значение первичного фазового сдвига Ч и переходят на следующее значение фиксированной частоты 60. (,3,...). На каждой последующей

первичного фазового сдвига по модулю 35 4 иксированной частоте определяют стремится к 360. Если при этом знак приращения первичного фазового сдвига равен +1, то фазовьй вектор переходит из верхней полуплоскости в нижнюю и действительный фазовый сдвиг определяется выражением

9. 4.+ l + 1xsign(,) х180° 360°.

Если при этом знак приращения первичного фазового сдвига равен -1, то фазовый вектор переходит из нияс- ней полуплоскости в верхнюю, и действительный фазовый сдвиг определяется выражением

.+ l + lxsign(sin Ч ,) х180°+360°.

В общем случае при переходе фазового вектора через положительное направление действительной оси фазовой плоскости значение счетчика числа полных оборотов фазового вектора необходимо изменить на величину ±1 в зависимости от знака приращения первичного фазового сдвига, а величина действительного фазового сдвига определяется вь)ргтжением

первичный фазовый сдвиг У,- , форми руют сигнал разности д первичных фазовых сдвигов на заданном значе нии фиксированной частоты и,- и на 40 предыдущем значении фиксированной частоты и,-. 1 формируют сигнал мод ля разности первичных фазовых сдв гов, затем сравнивают его с углом 180° и, если сигнал модуля разнос 45 первичных фазовых сдвигов больше угла 180°, формируют сигнал S зна разности первичных фазовых сдвиго и на его величину изменяют значен сигнала N числа полньк оборотов ф 50 зового вектора. Затем формируют си нал действительного фазового сдвиг , равного алгебраической сумме п вичного фазового сдвига Ч,- , вспомо тельного сигнала 71 и угла -360 , 55 ноженного на сигнал N числа полных оборотов фазового вектора. После э го запоминают значение первичного фазового сдвига Ч,- и переходят на следующие значения фиксированных ч

ср. 4.+ 1 + 1xsign(sin,)jx180°-360°x xN,

где N - число полных оборотов фазового вектора;

ГО,если(1 .,

iN {

lxsign(4.-4..,), если ,-.

I

10 Измерение фазового сдвига между выходньм и входным синусоидальными сигналами при определении частотных характеристик систем автоматического управления проводят на серии фикси15 рованйък частот w.(,2,...), причем

w. i ,. Формируют сигнал N числа полных оборотов фазового вектора, присваивают ему нулевое значение и запоминают. На первой фиксированной

частоте W определяют первичный фазовый сдвиг Ч , определяют знак синуса этого угла, формируют вспомогатель- ньй сигнал Т , равный углу 180, умноженному на сумму единицы и сигнала

знака синуса первичного фазового

сдвига, и запоминают его. Затем определяют действительное значение фазового сдвига т ,, равного алгебраической сумме первичного фазового сдвиг а

и вспомогательного сигнала Ъ , запоминают значение первичного фазового сдвига Ч и переходят на следующее значение фиксированной частоты 60. (,3,...). На каждой последующей

35 4 иксированной частоте определяют

первичный фазовый сдвиг У,- , формируют сигнал разности д первичных фазовых сдвигов на заданном значении фиксированной частоты и,- и на 40 предыдущем значении фиксированной частоты и,-. 1 формируют сигнал модуля разности первичных фазовых сдвигов, затем сравнивают его с углом 180° и, если сигнал модуля разности 45 первичных фазовых сдвигов больше угла 180°, формируют сигнал S знака разности первичных фазовых сдвигов и на его величину изменяют значение сигнала N числа полньк оборотов фа- 50 зового вектора. Затем формируют сиг- нал действительного фазового сдвига , равного алгебраической сумме первичного фазового сдвига Ч,- , вспомогательного сигнала 71 и угла -360 , ум- 55 ноженного на сигнал N числа полных оборотов фазового вектора. После этого запоминают значение первичного фазового сдвига Ч,- и переходят на следующие значения фиксированных час гг)т, повторяя процесс до конечной фиксированной частоты.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

При нажатии кнопки 5 Исходное положение разрывается цепь источника 7 управлянщего напряжения, обнуляются запоминающие устройства 10, 12, 20 и реверсивный счетчик 27, обесточивается обмотка управления реле 11. Устройство готово к функционированию.

На генераторе 6 синусоидальньк колебаний задаются колебания на первой фиксированной частоте. Измеритель 8 первичного фазового сдвига известным способом измеряет первичный фазовый сдвиг между синусоидальными сигналами на входе и выходе исследуемого объекта.

Нажатием кнопки 4 Измерение напитываются обмотки управления реле 9 и 11, замыкаются нормально разомкнутые контакты реле 9,, запоми- блоки 10 и 12 фиксируют значение первичного фазового сдвига, разм)1каются нормально замкнутые контакты репе 1 1, отключая запоминаюпщй блок 12 и первый вход блока 19 вычитания от выхода запоминающего блока 10, реле 1,1 через свои нормально разомкнутые контакты и кнопку 5 Исходное положение становится на самоблокировку. Нелинейный блок 13 определяет синус первичного фазового сдвига, нелинейный блок 14 определяет знак синуса первичного фазового сдвига. На выходе блока -16 умножения формируется и фиксируется вспомогательный сигнал Т , равный пр оизведе- нию угла 180 и суммы еди1тцы и знака синуса первичного фазрвого сдвига

На первой фиксированной частоте выходной сигнал блока 21 вычитания равен нулю. Следовательно, и следующие за ним блоки 22 - 28 находятся в исходном обнуленном состоянии. Действительное значение фазового сдвига формируется на выходе сумматора 17 и на первой фиксированной частоте, равно сумме первичного фазового сдвига и вспомогательного сигнала / .

При отпускании кнопки 4 Измерение обесточивается обмотка управления реле 9, и его нормально разомкнутые контакты отключают выход измерителя 8 первичного фазового сдвига от входа запоминающего блока 10. При

этом измеренное значение первичного фазового сдвига с запоминающего блока 10 через блок 18 задержки и блок 19 вычитания фиксируется запоминаюп им блоком 20, не изменяется при очередном кнопки 4 Измерение и вьшолняет роль предшествующего значения первичного фазового сдвига по отношению к очередному. При этом многократное нажатие и отпускание кнопки 4 Измерение на данной- фиксированной частоте не приводит к изменению действительного фазового сдвига на вько- де сумматора 17.

Далее на генераторе 6 синусоидальных колебаний устанавливают следующее значение фиксированной частоты и по окончании переходных процессов в исследуемом объекте 7 нажимают кнопку 4 Измерение. При этом срабатывает реле 9 и своими-нормально разомкнутыми контактами подключает выход измерителя о перйичного фазового сдви- га к входу запоминающего блока 10, с выхода которого значение первичного фазового сдвига поступает на вход блока 18 задержки и, на первый вход блока 21 вычитания, на второй вход кото- рого поступает предьщущее значение первичного фазового сдвига; на выходе блока 21 вычитания формируется разность текущего и предыдущего значений первичных фазовых сдвигов и передается на входы нелинейных блоков 22 и 23. Нелинейный блоК 22 формирует знак, а нелинейный блок 23 формирует модуль разности первичных фазовых сдвигов. На выходе нелинейного блока 24 сравнения формируется

сигнал, равный единице, если модуль

0

5

разности первичных фазовых сдвигов больше 180 (блок 29 постоянного смещения), в противном случае выходной 5 сигнал равен нулю. Блок 25 умножения осуществляет логическое умножение выходного сигнала нелинейного блока 24 сравнения на знак разности первичных фазовых сдвигов. Сигнал с выхода блока 25 умножения поступает на вход импульсного элемента 26 и, если он . не равен нулю, на выходе имп:ульсного элемента 26 формирз ется импульс соответствующего знака, который передается на вход реверсивного счетчика 27 импульсов, соответствующим образом изменяя значение его выходного сигнала на единицу Блок 28 умножения осуществляет умножение выходного сигнала

реверсивного счетчика импульсов 27 на 360 ° и передает его на третий вход сумматора 17, на первый вход которого поступает значение первичного фазового сдвига с запоминающего блока 10, а на второй - вспомогательный сигнал 7- с выхода блока 16 умножения, определенный на первой фиксированной частоте. На выходе сумматора 17 формируется значение действительного фазового сдвига на заданной фиксированной частоте.

Далее на генераторе 6 синусоидальных колебаний устанавливается следующее фиксированное значение частоты и процесс измерения фазовых сдвигов продолжается.

Использование предлагаемого способа позволяет расширить функциональные возможности путем определения знака фазовых сдвигов выходными и входными синусоидальными сигналами при определении частотньщ характеристик систем автоматического управления 25 ляют первичный фазовьм сдвиг, форми- или элементов с учетом их реальныхруют сигнал разности первичного фазофизических особенностей, а также рас- вого сдвига на заданной фиксирован- пшрить диапазон измеряемых фазовыхной частоте и первичного фазового

сдвига на предшествующей фиксирован- 30 ной частоте, формируют сигналы модуля разности первичных фазовых сдвигов.

сдвигов между выходными и входными синусоид ал ьныь-м сигналами реальных систем автоматического управления.

Формула изобретения

Способ определения фазовых характеристик объекта, включающий преобразование входного и выходного синусоидальных сигналов объекта в прямоугольные, формирование сигнала фазового интервала, сигнала инвертированного фазового интервала, суммирование преобразованных входного и вьгт ходкого сигналов объекта, последующее умножение на сигнал фазового интерва-

ла и сигнал инвертированного фазового g значение первичного фазового сдвига

интервала и суммирование результатов умножения с противоположными алгебСоставитель М.Катанова Редактор Л.Повхан Техред И.Попович КорректорМ.Демчик

Заказ 4915/44 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

0

5

0

раическими знаками,, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и диапазона определения фазовых сдвигов, генерируют последовательно серию испытательных сигналов на фикси- роваиньк частотах, причем на первой фиксированной частоте формируют сигнал числа полных оборотов фазового вектора, равный нулю, измеряют первичный фазовый сдвиг, формируют вспомогательный сигналЛ, равный произведению угла 180 и суммы единицы и сигнала знака первичного фазового Сдвига, запоминают и формируют его, формируют сигнал действительного фа- зового сдвига, равный алгебраической сумме первичного фазового сдвига и вспомогательного сигнала Л , запоминают значение первичного фазового сдвига, затем последовательно переходят на последующие фиксированные частоты, на каждой из которых опреде

знака разности первичных фазовых сдвигов, затем, если сигнал модуля разности первичных фазовых сдвигов превьшает угол 180, изменяют сигнал

числа полных оборотов фазового вектора на величину сигнала знака .дзазнос- ти первичных фазовых сдвигов, формируют сигнал действительного фазового сдвига, равный алгебраической сумме первичного фазового сдвига, вспомогательного сигнала / и угла -360, множенного на сигнал числа полных оборотов фазового вектора, запоминают

и продолжают процесс до конечной фиксированной частоты.

Изобретение может быть использовано для определения фазочастотных характеристик систем автоматического регулирования и управления, систем стабилизации и корректирующих устройств. Устройство, реализующее способ, содержит блок 1 постоянного-напряжения, блок 2 постоянного смещения, источник 3 управляющего.напряжения, кнопки 4: - Измерение, 5 - Исходное положение, генератор 6 синусоидальных колебаний, исследуемый объект 7, измеритель 8 фазового сдвига, реле 9, нелинейные блоки: 13 - . определения синуса и 14 - определения знака фазового сдвига, сумматоры 15 и 17, блок 16 умножения, блок 18 задержки, блоки 19 и 21 вычитания, блок 20 запоминания, нелинейные блоки: 22 -.формирования знака, 23 - формирования разности, 24 - сравнения, блоки 25 и 28.умножения, импульсный элемент 26 и реверсивный счетчик 27. Способ расширяет функциональные возг можности реализующих его устройств путем определения фазовых сдвигов между входными и выходными синусоидальными сигналами и увеличения диапазона измерения фазовых сдвигов. 1 ил.; с $ (Л СГ 00 4 ел СО 9д