ИНФРАНИЗКОЧАСТОТНЫЙ АНАЛИЗАТОР ПЕРЕДАТОЧНЫХФУНКЦИЙ Советский патент 1965 года по МПК G06G7/19 G06G5/00 

Известный инфранизкочастотный анализатор передаточных функций содержит интеграторы на операционных усилителях, генератор низкой частоты, блоки умножения и индикатор.

Предлагаемый анализатор отличается тем, что в нем синусный выход генератора низкой частоты подсоединен ко всем первым входам блоков умножения на синус, вторые входы которых подключены через входные преобразователи к выходу анализируемой системы; косинусный выход генератора низкой частоты также подсоединен ко всем первым входам блоков умножения на косинус, вторые входы которых также подключены через входные преобразователи к выходу анализируемой системы, а пневматический и электрический выходы генератора подсоединены к анализируемой системе. Каждый блок умножения на синус и косинус подсоединен через схему изменения числа периодов усредпения и операционный усилитель - интегратор к регистратору.

Это позволяет увеличить точность исследования систем со случайными возмущениями, уменьшить время исследования систем.

Анализатор отличается также тем, что в нем генератор низкой частоты содержит RCзадающий генератор с изменяемой частотой, подсоединенный через фазосдвигающие цепи

и усилители мощности к трехфазному синхронному двигателю, вал которого подсоединен через пятидекадный редуктор к пневматическому и электрическому синус-преобразователям и к вращающемуся трансформатору.

Такая конструкция позволяет существенно повысить надел ность работы генератора в производственных условиях. Отличием анализатора передаточных функдий является также то, что для исследования пневматических систем управления в нем пневматический синус-преобразователь содержит элемент сопло-заслонку. Заслонка выполнена в виде наклонного диска, сидящего на

валу синхронного двигателя, а сопло укреплено на плоской пружине, опирающейся на жесткий центр упругого элемента обратной связи, полость которого соединена через дроссель с источником питания, и подключена непосредственно к соплу и входу пневмоусилителя.

Следующим отличием анализатора является то, что для увеличения точности анализа систем со случайными возмущениями в нем схема изменения числа периодов усреднения содержит фотореле, управляемое лучом, проходящим через диск с прорезями, установленный на валу синхронного двигателя; фотореле подсоединены через реле запрета к шаговому исустановки требуемого числа импульсов, выход реле запрета подсоединен к обмотке реле запрета, контакты которого подключены ко входам интеграторов. Применение анализатора в промышленности позволит сократить время экспериментальных исследований и увеличит точность получаемых данных, что позволит разрабатывать более совершенные системы управления. На фиг. 1 изображена скелетная схема анализатора; на фиг. 2 - скелетная схема устройства для изменения частоты; на фиг. 3 - пневматический преобразователь; на фиг. 4--блок-схема блока умножения и усиления; на фиг. 5 - скелетная схема входного устройства с устройствами умножения; на фиг. 6 - схема интегратора; на фиг. 7 - схема управлепия. Для построения анализатора, позволяющего определять динамические характеристики промышленных объектов при наличии шума, рекомендуется следуюш,ий алгоритм. Применение усреднения но времени в течение 3-10 периодов (2) и усреднение по множеству (1) обеспечивают наиболее точное и сравнительно быстрое определение значения амплитудно-фазовой характеристики на час готе со.. Число п зависит от уровня и характера шума и выбирается экспериментатором в соответствии с методикой, изложенной в инструкции. Рассмотрим схему анализатора (фиг. 1). Гармонические колебания заданной амплитуды подаются на вход / исследуемой системы 2 с генератора 3 низкой частоты. Анализируемый сигнал после преобразования во входном устройстве 4, поступает на два блока умножения 5. В одном из них он умножается на cos (at, а в другом - на sin со. После умножения сигнал поступает на интегрируюш,ий блок 6. Время интегрирования определяется контактом 7, замыкаемым схемой управления S, всегда кратно периоду гармонических колебаний. Регистрирующий прибор 9 регистрирует результаты вычислений. Генератор 3 анализатора служит для возбуждения на входе исследуемой системы гармонических колебаний заданной амплитуды и частоты для получения ортогональных гармонических сигналов, необходимых для осуществления фурье-преобразования. (1) (2) ских и пневматических), а также требуемый иди этом диапазон частот определяют выбор конструкции генератора. Для этой цели наиболее подходит электромеханический генератор. В электромеханическом генераторе равномерное вращение выходного вала с угловой скоростью со преобразуется в гармонические колебания необходимой физической природы. Генератор анализатора состоит из устройства для изменения частоты, двух синус-преобразователей и преобразователя ортогональных гармонических сигналов. Изменение скорости вращеиия электрического двигателя изменяет частоту генератора. Изменение частоты нитающего напряжения регулирует скорость вращения. Примененное частотное управление обеспечивает кратность изменения частоты, равную десяти. Для расширения этого диапазона можно применить дополнительный редуктор 10. Скелетная схема (фиг. 2) устройства для изменения частоты поясняет принцип его работы. В схеме применен трехфазный, гистеризисный, синхронный двигатель 11. Гистеризисные двигатели по сравнению с другими тииами маломощных синхронных двигателей имеют целый ряд преимуществ, таких как большой пусковой момент, «жесткие механические характеристики, сравиительно высокий к. п. д. (30-40%). Для получения напряжения регулирующей частоты в схеме применен задающий генератор 12 обеспечивающий изменение частоты генерируемых сигналов в диапазоне от 40 до 400 гц. Для создания вращающего поля в схеме формируется двухфазное напряжение. Сигнал с задающего генератора подается на фазосдвигающую цепочку 13 и делитель 14. На выходе цепочки 13 образуется напряжение, сдвинз-тое по фазе на 60 относительно напряжения на выходе делителя. Эти напряжения подаются на два усилителя мощности 15. Напряжения на выходе усилителя 15 включаются в противофазе, что обеспечивает получение двух напряжений, сдвинутых по фазе на 120°. Последние используются для питания трехфазного синхронного двигателя //. Принципиально такая схема может обеспечить в определенном диапазоне плавное изменение скорости вращения двигателя. Однако практически более целесообразно дискретное изменение, которое позволяет быстро и точно установить требуемое значение частоты. В описываемой схеме скорость вращения синхронного двигателя может изменяться в 10 раз, т. е. в пределах одной декады. В пределах декады частота равномерно изменяется вухдекадным переключателем, в качестве которого применен пятиступенчатый редуктор 10, управляемый электромагнитными муфтами. Синус-преобразователи служат для преобвала редуктора с углогой скоростью со„ в гармонические колебания. Генератор имеет электрический 16 и пневматический 17 синуспреобразователи. Пневматический синус - преобразователь (фиг. 3) трансформирует постоянное давление воздуха в переменное, меняющееся по синусоидальному закону. Равномерное вращение передается наклонному диску 18, плоскость которого служит заслонкой для следящ,его сопла 19. Сопло укреплено на плоской пружиие 20, на свободный конец которой давит мембранная коробка 21. жестко закрепленная основанием. Питаяие осуществляется сжатым воздухом через штуцер и дроссель 22. При вращении диска зазор между его плоскостью и соплом меняется. Это устройство является следящим и обеспечивает линейную зависимость давления от положения заслонки. Изменение амплитуды колебаний осуществляется выбором расстояния между осью сопла и осью вращающегося наклонного диска. Изменение постоянной составляющей сигнала обеспечивается выбором начального натяжения пружины 20. Специализированное вычислительное устройство реализует следующие математические операции: а). Умножение анализируемого сигнала на гармонические ортогональные функции, б). Интегрирование результата умножения в течение времени, кратного периоду гармонически.х сигналов. Рассмотрим конструктивную реализацию указанных математических операций. В предлагаемом анализаторе применены блоки умножения, использующие переключающие устройства. Переключающее устройство - демодуляторы 23, 24 (фиг. 4) осуществляют умножение сигнала Y на косинус угла ср. Угол ф представляет собой сдвиг фаз между несущими частотами (соо) коммутирующего (U и U.2) и входного (IJ) напряжений. Если C/i cos ((ОоИ-ф) и 6 Усозо)::) то: Z Усозф. Для того, чтобы осуществить умножение анализируемого сигнала Y на косинус инфранизкой частоты м„, необходимо чтобы ср Эту задачу рещает вращающийся трансформатор 25, ротор которого связан с выходным валом устройства для изменения частоты. Взаимно перпендикулярные обмотки 26, 27 вращающегося трансформатора имеют вывод средней точки. Благодаря этому, если обозначить угол поворота ротора относительно статора через а, можно получить три напряжения вида: ei К 1,- sin а. е, К и,, sin (90°-1-а). е.,К.ц sin (180°-fa). что и синус-преобразователь, то угол а измеьяется по закону а м. ЕСЛИ иах t-osincciflif, ТО v/ -К. f/0 sin (coo- WK t}К t/o cos (cOfli - Ш„0В схеме применены вращающийся трансформатор типа ВТМ-4 и следующие параметры / С-цепочки 28 nRC . Перед подачей на блоки умножения напряжения Ui и Uz усиливаются специальным усил елями мощности. Переключатель 29 (фиг. 5) служит для пепеключения схемы в зависимости от вида анализируемого сигнала. На фиг. 5 переключатель изображен в положении, когда анализипуемый сигнал имеет несущую частоту. Если апализипуемый сигнал, поданный по входу 30, не имеет несущей, то он модулируется контактным вибропреобразователем 31. Усилитель 32 предварительно усиливает сигнал и имеет три фиксированных значения коэффициента усиления, равных соответственно 1; 10 и 100 Фазовращатель 33 служит для согласования фазы несущей анализируемого сигнала с фазой эталонного коммутирующего напряжения (U,). В схедче предусмотрены двухдекадный делитель напряжения 34. источник компенсации постоянного тока 35, источник компенсации переменного тока 36, фаза которого равна фазе /кд. я также избирательный усилитель мощности 37 с постоянным коэффициентом усиления и демодуляторы 35, 39 и 40. Если напряжения f/i и U являются ортогональными гармоническими функциями, то демодуляторы 38 и 39 осуществляют умножение сигнала на гармонические функции синус и косинус. В качестве интегрирующего устройства в анализаторе применен интегратор 41 на операционном усилителе, не требующем стаби.ги зированного источника питания. Для изменения постоянной времени интегратора в схеме пртменены двоичные сопротивления 42 (фнг. 6), переключаемые с помощью переключателей 43 установки частоты генератора в пределах одной декады. При переходе с декады на декаду постоянная времени изменяется путем изменения емкостей 44 и 45 в обратной связи. Значение постоянной интегрирования можно записать в виде: J, ч R Ci я. (ni4-0,b7) где о. 1 при подключении емкости 44, и а 0,1 при подключении емкости 45; |3 1 при отключенном реле 46; р 0,1 при включенном реле 46, а у 50, rti и Лз 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 принимает значения, установленные на переключателе, изменяющем частоту генератора.

Схема управления представляет собой логическое устройство (фиг. 7) и для управления последовательностью необходимых математических и дрзгих операций. Схема управления обеспечивает включение интеграторов, и отключение интеграторов по истечении необходимого времени интегрирования: возможность интегрирования в течение Г„ (т - 1,2... 9,10 устанавливается оператором); разряд интегрируюа1его конденсатора и возврат схемы в исходное положение; останов и возврат схемы в исходное положение по команде оператора.

Начало и конец интегрирования определяет устройство, состоящее из фотореле, диска с двумя диаметрально противоположными ирорезями и счетчика импульса.

Диск установлен на выходном валу инфранизкочастотного генератора. Один оборот диска соответствует периоду исследуемого сигнала.

Фотореле 47 за один оборот формирует два импульса (по числу прорезей), которые через реле запрета 48 поступают на счетчик импульсов 49. Устанавливая с помощью переключателя 50 необходимое число импульсов, равное 2т, задают время интегрирования (от одного до десяти периодов). Возвращаясь в исходи(е положение, схема обеспечивает подачу команды на печать двухкоординатиому потенциометру и осуществляет разряд интегрирующего конденсатора.

Предмет изобретения

I. Инфранизкочастотный анализатор передаточных функций, содержащий интеграторы на операционных зсилителях, генератор низкой частоты, блоки умножения и индикатор, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности анализа систем со случайными возмущениями, уменьшения времени исследования систем, в нем синусный выход пневмоэлектрического генератора низкой частоты подсоединен ко всем первым входам блоков умножения на синус, вторые входы которых подключены через входные преобразователи к выходу

анализируемой системы; косинусный выход генератора низкой частоты также подсоединен ко всем первым входам блоков умножения на косинус, вторые входы которых также подключены через входные преобразователи к выходу анализируемой системы, а его пневматический и электрический выходы подсоединеы к анализируемой системе; каждый блок умножения на синус и косинус подсоединен через схему изменения числа периодов усреднения и операционный усилитель-интегратор к регистратору.

2.Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения его надежности, в нем

генератор низкой частоты содержит RC-задающий генератор с изменяемой частотой, подсоединенный через фазосдвигающие цепи и усилители мощности к трехфазному синхронному двигателю, вал которого подсоединен через

иятидекадный редуктор к пневматическому и электрическому синус-преобразователям и к вращающемуся трансформатору.

3.Анализатор по п. 1, отличающийся тем. что, с целью исследования пневматических систем управления, в нем пневматический синуспреобразователь содержит элемент сопло - заслонка, заслонка которого выполнена в виде наклонного диска, сидящего на валу синхронного двигателя, а сопло элемента крепится при

помощи плоской пружины, опирающейся на жесткий центр упругого элемента обратной связи, полость которого соединена через дроссель с источником питания и подключена непосредственно к соплу и входу пневмоусилителя.

4.Анализатор по и. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности анализа систем со случайными возмущениями, в нем схема изменения числа периодов усреднения содержит фотореле, управляемое лучом, проходящим через диск с прорезями, который установлен на валу синхронного двигателя; фотореле подсоединено через реле запрета к шаговому искателю, подключенному к иереключателю установки требуемого числа импульсов, выход реле запрета подсоединен к обмотке реле запрета, контакты которого подключены ко входам интеграторов.

tow/ft /

Cos ItJut

LT

Sin

V-L I

i/i(mL Ji/Mf;i

9u.J

L It

uo

Z9

40

JO

tfjf42