Устройство для определения параметров объекта Советский патент 1988 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам контроля, и может быть использовано в приборах, предназначенных для получения информации о коэффициенте усиления объектов преимущественно первого порядка в системах автоматического контроля, а также в самонастраивающихся системах с настройкой коэффициента усиления .

Целью изобретения является повышение точности и устойчивости при

чение произведения сигналов Y и Z, деленное на произведение их среднеквадратичньк значений.

В качестве индикатора сЮжет быть использован стрелочный или цифровой вольтметр, либо самописец.

Устройство для определения коэффициента усиления объекта работает следующим образом.

Входной синусовдальньш сигнал X поступает одновременно на исследуе- мьш объект 1 и фильтр 4.

Входной X и выходной Y сигналы

одновременном расширении функциональ- с объектов не обязательно должны явных возможностей устройства при синусоидальном входном воздействии.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема блока -управления и временная диаграмма его работы; на фиг. 3 - блок-схема интегратора.

Устройство (фиг. 1) содержит исследуемый объект 1, первый блок 2 умножения , первый фильтр 3, второй фильтр 4, первый 5 и второй б квадраторы, первый сумматор 7, интегратор 8, блок 9 усреднения, нуль-орган 10, первый ключ 11, первый индикатор 12, коррелятор 13, второй блок 14 умножения, третий квадратор 15, третий блок 16 вычисления обратно про- рорционального значения, второй сум- | 1атор 17, блок 18 извлечения квадратного корня, масштабный усилитель 19, второй ключ 20, индикатор 21j второй блок 22 опорного напряжения, блок 23 управления,

На блок-схеме блока 23 управления (фиг. 2) обозначены кнопка Пуск 24, кнопка Нач. сброс 25, инверторы 26-28, триггер 29, усилитель 30, элемент И 31, одновибратор 32 и элемент ИЛИ 33.

На блок-схеме интегратора 8 .(фиг. 3) обозначены операционньй уси литель 34 и реле 35.

В качестве исследуемого объекта могут контролироваться различные уст ройства, объекты и блоки автоматического управления, фильтры, вычислительные и измерительные цепи ста-- тического, астатического или интег- родифференцирующего типа.

Б качестве фильтра может быть использовано апериодическое звено либо интегродифференцирующее:звено.

Коррелятор измеряет коэффициент

20

25

30

35

40

45

50

55

KgijC выхода интегратора 8 на блоке 14 умножения - на коэффи

ляться соответственно входным и выходным сигналом системы, в которую входит исследуемьп объект. Необходима лишь возможность ввода этих сигналов в предлагаемое устройство, работа которого не влияет на функционирование cиcтe fы,

Входной X и выходной Y сигналы объекта фильтруются в фильтрах 3 и 4. Отфильтрованный входной сигнал на блоке 2 у 1ножения умяожается на сигнал и

цнент корреляции К-ч, (0) между си налами с выходов фильтра 3 и блока которьй измеряется с помощью коррел тора 13.

Сигналы с выходов фильтра 3 и бл ка 14 квадрируются на квадраторах 5 и 6 и в виде текущей мощности сигна поступают на входы сумматора 7. На сумматоре, второй вход которого инвертирующий, формируется разность текущих значений квадратов сигналов Эта разность интегрируется интегратором 8 и напряжение на его выходе изменяется до тех пор, пока среднее значение разности не станет равным нулю, т.е. тогда, когда дисперсии сигналов на входе сумматора 7 стану равными. В этот момент, фиксируемый с помощью блока 9 усреднения,нуль- органом 10, блоком 23 управления от крывается ключ 11 и на индикаторе 1 регистрируется выходное напряжение интегратора 8, как определяемое зна чение коэффициента усиления объекта

КоДля объекта с передаточной функцией W..(P)

К

Т Р + 1 о

на входе котор

корреляции RU, среднее

зна20

25

30

35

40

45

50

55

KgijC выхода интегратора 8 на блоке 14 умножения - на коэффиляться соответственно входным и выходным сигналом системы, в которую входит исследуемьп объект. Необходима лишь возможность ввода этих сигналов в предлагаемое устройство, работа которого не влияет на функционирование cиcтe fы,

Входной X и выходной Y сигналы объекта фильтруются в фильтрах 3 и 4. Отфильтрованный входной сигнал на блоке 2 у 1ножения умяожается на сигнал и

цнент корреляции К-ч, (0) между сигналами с выходов фильтра 3 и блока 2, которьй измеряется с помощью коррелятора 13.

Сигналы с выходов фильтра 3 и блока 14 квадрируются на квадраторах 5 и 6 и в виде текущей мощности сигнала поступают на входы сумматора 7. На сумматоре, второй вход которого инвертирующий, формируется разность текущих значений квадратов сигналов. Эта разность интегрируется интегратором 8 и напряжение на его выходе изменяется до тех пор, пока среднее значение разности не станет равным нулю, т.е. тогда, когда дисперсии сигналов на входе сумматора 7 станут равными. В этот момент, фиксируемый с помощью блока 9 усреднения,нуль- органом 10, блоком 23 управления открывается ключ 11 и на индикаторе 12 регистрируется выходное напряжение интегратора 8, как определяемое значение коэффициента усиления объекта

КоДля объекта с передаточной функцией W..(P)

К

Т Р + 1 о

на входе которого действует синусоидальный сигнал с

частотой сОц , справедливо соотношение

R

1

.

(1)

, и коэффициент усиления объекта тожцественно равен коэффициенту Kg теоретически при любом значении со,, ,

т.е.

о

Из (1) следует, что определение R, .. позволяет дополнительно опреде лг,

лять постоянную времени объекта Тд.

Указанная возможность реализована в предлагаемом устройстве с помощью квадратора 15, блока 16 вычисления обратно пропорционального значения; сумматора 17, блока. 22 опорного напряжения, блока 18 извлечения квадратного корня и масштабного усилителя 19: на выходе сумматора формируется величина TJ СО , а на выходе масштабного усилителя J усиление которо-

го выбирается равным --, - величина ч

TOОдновременно с фиксированием величи 1ы Kgvj блоком 23 управления через управляющий вход открывается ключ 20 и на индикаторе 21 фиксируется величина Тр .

Точное измерение коэффициента усиления Кд :И постоянной времени объект Т- обеспечивается в том случае, если передаточная функция цепи объект- фильтр отличается от передаточной функции фильтра 4 на множитель

1

„ (скорость изменения 1 +Тд Р°

После срабатывания нуль-органа 10 (достижение равенства дисперсий сигналов обоих каналов) на первый вход. элемента И 31 также поступает единичное напряжение, которое проходит на выход элемента и запускает одновиб- ратор 32. Сигнал на выходе одновибра- тора через второй выход блока 23 открывает ключи 11 и 20 и на индикаторы 2 и 21 поступают напряжения, пропорциональные соответственно К и TO.

RU 2 (0) значительно меньше, чем соI 3 1

прягающая частота - -- и поэтому

ТОдновибратор держит ключи в открытом

на передаточную функцию сигнала в це- . состоянии заданное время , необхопи X практически не влияет). Поэтому димое для регистрации информации, после чего он сбрасывается. Задний фронт сигнала одновибратора после прохождения инвертора 28 и элемента ИЛИ 33 сбрасывает триггер 29 в нулевое состояние и приводит интегратор 8 в ис ходное положение. Для производства последующего измерения необходимо нажать кнопку 24 и т.д.

При указанном режиме работы устройства исключена возможность его ложных срабатываний как в момент его включения,.так и при повторных прохождениях разности дисперсий (наприв случае статического объекта оба фильтра реализуются на апериодических звеньях, в случае астатического объекта с передаточной функцией

V

Ф 1льтр 3 реализуется на инР/ l + lgF/

50

тегродифферен1щрующем звене, а фильтр 4 - на апериодическом, а для интегродифференцирующего объекта фильтр 3 - на апериодическом, а фильтр 4 - на интегродифференцирующем звеньях.

55

а

5

10

20

Процесс управления работой устройства определяется структурой блока 23 управления. В предлагаемом ва- рианте (фиг, 2) после включения питания устройства нажимается кнопка 25 Нач. сброс. При этом на выходе инвертора 27 формируется положите- льньй 1тпульс, передний фронт которого, пройдя элемент ШШ 32, поступает на вход 2 сброса триггера 29, в результате чего последний устанавливается в определенное (нулевое) состояние. ДаГлее производится подключение

15 устройства к объекту и подача синусоидального тестового сигнала частоты сОц. После окончания переходных процессов во всех блоках устройства для производства измерения К и Т, нажимается кнопка Пуск 24. Передний, фронт положительного импульса на выходе инвертора 26 перебрасывает триггер 29 в единичное состояние. При этом на .вход 2 элемента И 31 посту25 пает единичное напряжение и с помощью усилителя 30 по входу 1 блока 23 включается реле 35 интегратора 8 (фиг, 3), Реле 35 переключает интегратор из исходного положения в положение Работа и интегратор начинает интегрировать сформированное на его входе напряжение.

После срабатывания нуль-органа 10 (достижение равенства дисперсий сигналов обоих каналов) на первый вход. элемента И 31 также поступает единичное напряжение, которое проходит на выход элемента и запускает одновиб- ратор 32. Сигнал на выходе одновибра- тора через второй выход блока 23 открывает ключи 11 и 20 и на индикаторы 2 и 21 поступают напряжения, пропорциональные соответственно К и TO.

30

35

40

50

55

мер, в результате шумов или помех) через нулевой уровень.

Таким образом, измерение коэффициента корреляции между отфильтрованными сигналами на входе и выходе объекта и,г, (0) ла

на этот коэффициент позволяет компенсировать ошибку измерения коэффициента усиления при синусоидальном входном сигнале, связанную с неучетом динамических свойств исследуемо.ц,г, vu; и умножение сигна- в цепи входного сигнала объекта

го объекта. Благодаря измерению и,, расширены функциональные возможности устройства - одновременно с коэффициентом усиления объекта определяется его постоянная времени.

Кроме того, структура предлагаемого ус-рройства позволяет повысить устойчивость устройства и pacшipить класс исследуемых объектов.

Указанные преимущества важны для систем автоматического контроля со строго лимитированным временем контроля.

Формула изобретения

Устройство для определения параметров объекта, содержащее первый сумматор, первый вход которого через оследовательно соединенные первые фильтр и квадратор подключен к вы- ходу объекта, второй фильтр и второй квадратор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, первьй блок умножения, первый вход которого соединен с выходом интегратора и с информационным входом первого ключа, выход которого соединен с входом первого индикатора, к выходу сумматора подключены последовательно соединенные блоки усреднения и нуль

к

орган, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, устойчивости и расширения функциональных возможностей устройства при сину- соидальном входном воздействии за счет определения постоянных времени объекта, в введе1 ы второй блок умножения коррелятор, третий квадратор, второй сумматор, блок опорного напряжения, блок вычисления обратно-. пропорционального значения, блок извлечения квадратного корня, масштаб- ньй усилитель, второй ключ и второй - индикатор, блок управления, первый

10

20

25

30

35

40

вход второго блока умножения через второй фильтр подключен к входу объекта, первый вход коррелятора соединен с выходом первого и с первым входом второго блока умножения, второй вход коррелятора соединен с вьпсо- .дом первого фильтра, а выход - с вторым входом второго блока умножения и с входом третьего квадратора, выход второго блока умноже1шя подкгао- чен к входу второго квадратора, выход третьего квадратора через блок вычисления обратно пропорционального значения соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с блоком опорного напряжения, выход второго сумматора через блок извлечения корня и масштабный усилитель подключен к информационному входу второго ключа, выход которого соединен с входом второго индикатора, а управляющий вход - с управляющим входом первого ключа и с вторым выходом блока управления, вход которого соединен с выходом нуль-органа, а первый выход - с управляющим входом интегратора, информационный вход которого подключен к выходу первого сумматора.

jn

rr

/П

f.2

. fj