Устройство для определения передаточной функции динамического звена Советский патент 1988 года по МПК G05B23/02 

4

00

to

4ib

Од

а

капливающий сумматор 6, управляюще- вычнслительный блок 7, входную 8 и выходную 9 клеммы, В процессе работы устройства управлятще-вычислительный блок обеспечивает циклическую установку тригггфа в единичное состояние, чем создается возможность подачи на вход исследуемого динамического звена едини шого управляющего сигнала и измерение ординаты его переходной функции в момент формирования импульса на выходе управляемого генератора импульсов, интервалы между которыми распределены по показательному

закону. Этим обеспечивается сброс триггера в исходное состояние с последующим снятием единичного управляющего сигнала с входа динамического звена и формированием временного интервала, достаточного для установления начальных условий, после чего установка триггера в единичное состояние означает начало нового измерительного цикла. Искомая передаточная функция вычисляется как зависимость от мнимой величины с коэф4)ициентом, обратным математическому ожиданию измерительных интервалов. 4 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению и позволяет определить параметры передаточных функций динамических звеньев, например электронных корректирзпощих блоков систем автоматического управления. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства. Устройство содержит управляемый генерауправ- тор 1 тестовых сигналов ляемый генератор 2 импульсов, ; триггер 3, делитель 4 частоты, аналого-цифровой преобразователь 5, «а

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для определения передаточных функций динамических звеньев, например, электронных корректируюпшх блоков систем автоматического управления электроприводами.

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства, На фиг. I приведена структурная схема предлагаемого устр ойства; на фиг. 2 - структурная схема управля- кице-вычислительного блока; на фиг. 3 - блок-схема алгоритма измерения среднего значения ординат переходной функции; на фиг. 4 - блок- схема алгоритма вычисления коэффициентов .

Устройство для определения, передаточной функции динамического звена (фиг. 1) содержит управляемый.генератор 1 тестовых сигналов, управляемый генератор 2 импульсов, триггер 3, делитель 4 частоты, аналого- цн|)ровой преобразователь 5, накапливающий сумматор 6, управляюще-вычи слительный блок 7, выходную 8 и входную 9 .

Сущность управления генератора 1 тестовых сигналов состоит S том, что сигнал I (t) на его выходе формируется во время воздействия на его управляющий вход сигнала логической 1. Управление триггеров 3 осуществляется в моменты отрицательных пе репадов сигналов на его входах. За

10

15

20

25

30

35

пись информации в накапливающий сумматор 6 осуществляется при отрицательном перепаде сигнала на его входе синхронизации. Управление работой блока 7 производится под воздействием положительных перепадов сигналов на его входах управления, а установка начального (нулевого) состояния триггера 3, делителя 4 частоты и накапливающего сумматора 6 обеспечивается подачей на их входы установки начальных условий сигнала низкого логического уровня,

. В качестве управляюще-вычислитёль- ного блока 7 использован стандартный контроллер (фиг. 2), Управляюще-вычислительный блок содержит группу выходов 10, первый 1 и второй 12 выходы, информационные входы 3, первый вход 14 ттравления, второй вход 15 управления, центральный процессор 16, тактовый генератор 17, системный контроллер 18, интерфейсный бу(1)ер 19 адреса, интер4)ейсньй буфер 20 данных, селекторы 2 и 22 адреса, устройства 23 и 24 памяти таймер 25, устройства 26 параллельного ввода - вьшода, буферные зле- менты 27 интер4)ейса ввода - вьшода, контроллер 28 прерьшаний, буфер 29 адреса, буферы 30-33 данных и пулы 34, В качестве группы выходов 10 управляпоще-вычислительного блока 7 использованы выходы буфернь х элемен-. тов канала А устройства 26 параллельного ввода - вьшода, работающих

314

в режиме Вьгоод, Адреса передачи данных: Г4 ,- младший байт, ГО - старший байт.

Первым выходом 11 управляюще-вы- числительного блока 7 является выход таймера 25, в качестве второго выхода 12 использован младший разряд канала С буферного элемента 27 устройства 26 параллельного ввода - вьшо- да, с адресом Г6,

Информационными входами управляю- ще-вычислительного блока 7 являются входы 13 буферных элементов 27 каналов В устройств 26 ввода - вьшода, работающих на ввод данных с адресами Г5 - младший байт, П - старший байт

Первым входом управления блока 7 является вход 14 контроллера 28 пре- рьшаний, обладающий приоритетом 2, Вторым входом управления управляюще- вычислительного блока 7 является вхо 15 контроллера 28 прерьшания, обладащий приоритетом 3.

Устройство работает следующим образом,

В процессе подготовки устройства к работе вход исследуемого динамического звена подключают к выходной клемме 8, а его выход - к входной клемме 9 и уртанавливают заданный уровень сигнала 1(t) на выходе управляемого генератора 1 тестовых сигналов , В память управляюще-вычисли- тельного блока 7 залисьшает значения двоичных кодовых комбинаций, соответствующих заданным значениям математических ожиданий частот следования импульсов на выходе управляемого генератора 2 импульсов, а также двоичного кодового сигнал, определяющего интервал времени Т, достаточный для установления на выходе исследуемого динамического звена начальных условий после снятия сигнала 1(t) с его выхода.

Двоичная кодовая комбинация, соответствующая первому значению математического ожидания частот следования импульсов, с первых выходов уп равляющего-вычислительного блока 7 поступает на соответствующие входы управляемого генератора 2 импульсов, Затем на третьем выходе управляюще- вычислительного блока..7 формируется отрицательньй импульс, устанавливающий триггер 3, делитель 4 частоты и накапливающий сумматор 6 в исходное состояние,. При этом на первом выходе

0

5

0

5

О

5

0

5

0

5

триггера 3, выходах делителя 4 частоты и накапливающего сумматора 6 формируются сигналы логического нуля. По окончании импульса на третьем выходе управляюще-вычйслительного блока 7 устанавливается сигнал логической 1, после чего отрицательный импульс формируется на его втором выходе. В результате триггер 3 устанавливается в I, что полагает начало измерительногоцикла.

Появление сигнала логической 1 на первом выходе триггера 3, подйлю- ченном к входу управления генератора 1 тестовых сигналов, обеспечивает формирование на выходе последнего сигнала 1 (t), поступающего на вход исследуемого динамического звена, На выходе динамического звена формируется сигнал, соответствующий его переходной функции Y(t), который бу- дучи пропорционально преобразованным в двоичные.кодовые комбинации Z(t), поступает с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 на входы накапливающего сумматора 6. Случайный импульс, сформированный на выходе управляемого генератора 2 через время и, после подачи сигнала 1(t) на вход динамического звена, возвращает триггер 3 в исходное состояние. Отрицательный перепад сигнала на первом выходе триггера 3 приводит к увеличению на единицу содержимого делителя 4 частоты и записи в накапливающий сумматор 6 двоичного сигнал Z(D), соответствующего текущему значению переходной функции Y(t) в момент t 1., от начала подачи управляющего сигнала 1 (t) , Одновременно положительный перепад сигнала На втором выходе триггера 3 воздействует на второй вход управления управляюще- вычислительного блока 7, инициируя формирование на его втором выходе положительного импульса длительностью Т.

Поско.льку воздействие на вход управления генератора 1 тестовых сигналов сигнала логического нуля с. первого выхода триггера 3 приводит к запрету формирования управляющего сигнала 1 (t), за время Т сигнал на выходе исследуемого динамического звена принимает нулевое значение. По истечению времени Т на втором выходе управляюще-вычислительного блока 7 формируется отрицательный им

пульс, вновь устанавливающий триг гер 3 в единичное состояние. Этим обеспечивается следующий цикл подачи ifta вход иссл€;дуемого динамического рвена управляющего сигнала 1 (t) . В |4омент возврата триггера 3 в исход- |юе состояние по приходу очередного (|;лучайного импульса с выхода управ- Ьяемого генератора 2 импульсов осу- ф;ествляются очередное увеличение на «диницу содержимого делителя 4 час- готы, запись в накапливающий сумматор 6 соответствующего значения дво- 1ТЧНОГО эквивалента Z( C ) переходной (функции Y(t) в момент t й и зап- эет формирования 1(t) на выходе ге- lepaTopa i тестовых сигналов. В эти ; словиях на выходе накапливающего сумматора 6 формируется двоичный си :1ал

г

z( 2) 1 z.(i:). (1

f-

в то же время на втором выходе :|Гправляюще-вычислительного блока 7 )шовь формируется положительный импульс, обесп€;чивающий задержку на иремй Т очередной установки тригге- :эа 3 в единичное состояние, и т.д. I Таким образом, в процессе работы Устройства на выходе накапливающего (|;умматора 6 формируется двоичный Аигнал . .

z(w.) II z.(O.

(2)

где N - число срабатывания триггера 3.

После того, как число срабатьшани ф.риггера 3 составит 2 - (L - разряд иость делитедя 4 частоты), на выходе делителя 4 частоты формируется сигнал высокого логического уровня, по которому содержимое M-L старших разрядов накапливающего сумматора 6 за- письтается в память управляюще-вычис лительного блока 7.. После этого последний устанавливает на управляющих Входах генератора 2 импульсов новый двоичный кодовый сигнал, обеспечивающий формирование на его выходе случайного импульсного потока с математическим ожиданием частоты следования импульсов uj.,

Для проведения новой серии, измерений Z(C) при со .2 отрицательным импульсом на третьем выходе управ-

ляюще-вычислительного блока 7 обеспечивается обнуление накапливающего сумматора 6 и делителя 4 частоты (триггер 3 уже обнулен сигналом с выхода генератора 2). После этого устройство производит серию из двух измерений ординат переходной функции динамического звена, в результате чего новое значение усредненного двоичного сигнала

Z ( ) - Г 4-

(3)

записьюается в память управляюще-вы- числительного блока 7, и т.д.

После того, как произведены все п серий измерений при соответствующих значениях математического ожидания частот Wj следования случайных импульсов , управляюще-вычислительный блок вычисляет коэффициенты функций Р (uJ) /(((jj) t аппроксимирующей полученную табличную зависимость Z(a)),

При достаточно больших значениях N 2 числа измерений в- серии среднее значение измеряемых ординат (1) сигналов на выходе динамического звена равно математическому ожиданию непрерьшной случайной величины, которой в рассматриваемом случае является фиксируемая в каждом цикле подачи управляющего сигнала 1(t) ордината Y(t) переходной функции. Математическое ожидание, результата измерения может быть представлено в виде

Y Sf(t)Y(t)dt,

(4)

где f(t) - плотность распределения вероятности интервалов между подачей единичного управляющего сигнала и моментом измерения; Y(t) - текущее значение переходной функции исследуемого динамического звена. При показательном законе распределения интервалов между импульсами на .выходе генератора 2 плотность распределения вероятностей равна

f(t)

(5)

поэтому усредненное значение ординат ( j.)5 измеренных при постоянстве математического ожидания интервалов N(1} со const, может быть представлено выражением

CD)

Y(u.) cx;SY(t).

(6)

По определению передаточная функция W(S) динамического звена связана- 5 со значениями его переходной Y(t) преобразованием

.

(7)

W(S) S YCt) о

Совокупность точек Y (oj), полученных в результате проведения серий измерений при различных значениях математического ожидания интервалов M-.(€) со ., принадлежит функции (СА),

) 1 Jf f- .

10

6,.4.. l

При этом таблица

(12)

15

ксперименталь ных данных Z(W| ) интерполируется, полиномом ) степени не выше седьмой, что обеспечивает поиск в широком диапазоне, достаточном для большинства практических случаев.

являющейся решением интеграла (6). В свою очередь, последний по виду полностью совпадает с записью интегрального преобразования (7). опреде- .. .,.

,on Формула изобретения

ляющего значения передаточной функ- динамического звена. СледовательУстройство для определения передаточной функции динамического звена содержащее выходную клемму для подно, параметры функции

YfM) 2М Q(a;)

(8)

аппроксимирующей полученную табличную зависимость Z-(w), являющуюся конкретным представлением Y.-(o))j однозначно соответствуют искомым.

При определении коэффициентов передаточной функции динамических зве- , ньев с априорно известным видом W(S) отдельно вьщелены звенья

К

W(S) -7,П (T,S-H).

(9)

В этом случае при вычислении коэффициентов системы методом наимен1,ших входом делителя частоты, выход котоквадратов принимают

Z (со.) Z (w.), (10)

J J

после чего указанным методом находят

рого соединен с первым входоь5 управления управляюще-вычислительного блока,

отличающееся

т.ем.

что, с целью повьщ1ения быстродейсткоэффициенты полинома P(tu)j причем вия и упрощения устройства, в него

в рассматриваемых условиях

Рц(ш) W (ы), К Н.(11)

Таким образом, постоянные времени Т р, равны по величине значениям, обра тным корням характеристического .уравнения Р|(ш) Of а коэффициент

и

передачи К Р| I а , что сви- . h 1 , . детельствует о резком сокращении в ы - полняемых вычислительных операций.

В условиях, когда вид W(S) неизвестен либо определен частично, .TI50

55

введен управляемый генератор тесто вых сигналов, выход которого соеди нен с выходной клеммой устройства, вход управления подключен к первом выходу триггера, второй выход кото рого соединен с вторьм,входом уп- равле1 ия управляюще-вычислительного блока, первый выход которого соединен с вторым входом триггера, вход сброса которого соединен с входами установки начальных условий делителя частоты и накапливающего стамато ра и вторым выходом,управляюще-вычи лительного блока.

- 5

4324668

равляготе-вычислитсльньге г блок 7 осу- п;ествляет перебор вариантов пошаговым увеличением порядка синтезируемых многочленов. Критерием завершения итерационного процесса является удовлетворение заданного уровня погрешности

6,.4.. l

При этом таблица

(12)

ксперименталь- ных данных Z(W| ) интерполируется, по линомом ) степени не выше седьмой, что обеспечивает поиск в широком диапазоне, достаточном для большинства практических случаев.

.. .,.

Устройство для определения передаточной функции динамического звена, содержащее выходную клемму для подключения к входу исследуемого звена, входную клемму для соединения с выходом исследуемого звена, подк.точен ную к входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами накапливающего, суммато- ра, соединенного выходами с соответствующими информационными входами управляюще-вычислительногй блока, группа выходов которого соединена с входами управляемого генератора импульсов, выход которого соединен с , первым входом триггера, первый выход которого соединен с входом синхрони-. зации накапливающего сумматора и

рого соединен с первым входоь5 управления управляюще-вычислительного блока,

отличающееся

т.ем.

что, с целью повьщ1ения быстродействия и упрощения устройства, в него

введен управляемый генератор тестовых сигналов, выход которого соединен с выходной клеммой устройства, а вход управления подключен к первому выходу триггера, второй выход которого соединен с вторьм,входом уп- равле1 ия управляюще-вычислительного блока, первый выход которого соединен с вторым входом триггера, вход сброса которого соединен с входами установки начальных условий делителя частоты и накапливающего стамато- ра и вторым выходом,управляюще-вычис- лительного блока.,

( Начало I

J-1

(

(FO}

bbiSoa Ш1 fin. бадт - (рц cm. Saum - (FO)

ycmcHoff/ta 7л J Д, / V yaffepfM. т

Усгтгаиовка 7,3 8 1

Sffjffpam

66/JOff riG

ffxodi/

nJ7O& HUff

Устано / а ТгЗ e.f с 3Qfffpff. Т

Ч Soy брат из подлрогр.

J ZIFn-DZ

/f fft iVi/ :/ eHi// f

ffffS t/{/i/e/ /77ff/

Переход /г Bfxifi/с емию K-w5 02- {iiFn

В 03 бра т . иу подпрогр. 1Т

J

дызоВ по 1-Mt/ fxodij i/nflQo/}SHua

(Чтение ij

cSpoc /fff/fof

01 - (F6)

Pacvetn MOJtppuiiufff n06 P „f

M ;p%Jwj

,...«;/ «... л

HOpna/inifdO fuerfnn nffoffa f/aufi. /rSofffOTot

Pacvem Kqypipuiii/fH- nS fifffuffcuefffTtfiouaK.

g j /jgay

дычиеленае яормеи сисгены ffemoffsff обратной noffcroffoSm

et/vucjftffue корней xapo/fTfoucruvecHOio уравнения Аг( ш/«

Т„,1а 1;К р - а/а„/

.

(Puilf

PacvfT козд}(ричиент йинеймои систенл r.() -lCfy a) ldJ

Оti-r Ч

вычисление корней

иороктеристииести

ураЗнёнии

ZctyU O; tig

1 гс„а о; а/,

rg letgl, Гп-/а„- / к, .п lag 1/1) /а,/

Сн в./ Л«/

с