Устройство для определения параметров линейных динамических объектов Советский патент 1993 года по МПК G05B23/00 

; Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам,определяющим параметры передаточных функций разомкнутых Следящих систем, а также наиболее распространенных элементов систем автоматического управления - скоростных следящих истем с передаточной функцией вида

-Г/

W(p)

(1)

р(Тр+1) : Цель изобретения - расширение обла- (Ьи применения за счет возможности определения величин запаздывания. | На фиг. 2-10 изображены структурная Јхема устройства для определения парамете, в патыхрочеих

(1)

ла- ренаяетров линейных динамических объектов и его отдельных блоков, на фиг , 1 - переходной процесс объекта.

Устройство для определения параметров линейных динамических объектов содержит исследуемый объект 1, формирователь входного сигнала 2, измеритель интервалов времени 3, компаратор 4, блок 5 контроля, блок 6 памяти, блок 7 ключей, блок 8 вычисления параметров объекта, блок 9 вычисления промежуточного коэффициента, первый и второй блоки 10 и 11 умножения, первый накапливающий сумматор 12, первый блок 13 сложения, блок 14 логарифмирования, второй накапливающий

оо со XI ю ел ю

сумматор 15, третий блок 16 умножения, первый блок 17 деления, второй блок 18 сложения, второй - четвертый блоки 19-21 деления, четвертый и пятый блоки 22, 23 умножения, блок 24 вычитания.

Формирователь 2 входного сигнала (фиг. 3) содержит источник 25 напряжения, первое реле 26, кнопку Пуск 27, кнопку Сброс 28, инвертор 29, второй компаратор 30, второе реле 31, индикаторную лампу 32, масштабный блок 33, третье и четвертое реле 34 и 35, вторую индикаторную лампу 36, пятое реле 37, третью индикаторную лампу 38.

Измеритель 3 интервалов времени (фиг, 4) содержит первое - пятое реле 39-43 времени, второй-шестой инверторы 44 -48, первую-пятую схемы 49-53 совпадения,

Блок 5 контроля (фиг. 5) содержит второй-шестой блоки 54-58 вычитания, третий и четвертый компараторы 59 и 60, схему или 61.

Первое-пятое реле 39-43 времени (фиг. 6) содержит схему совпадения 62, транзисторы 63-64, конденсатор 65, первый управляющий ключ 66 и резистор 67.

Блок 6 памяти (фиг. 7) содержит первую- четвертую схемы 68-71 памяти.

Первая-четвертая схемы 68-71 памяти (фиг. 8) содержат конденсатор 72, резистор 73, шестое реле 74, операционный усилитель 75, конденсатор 76, резистор 77.

Блок 9 вычисления промежуточного коэффициента (фиг. 9) содержит третий и четвертый блоки 78,79 сложения, пятый блок 80 деления,

Блок 7 ключей (фиг. 10} содержит пер- вое-четвертое бесконтактное реле 81-84.

Сигнальный вход блока 14 логарифмирования соединен с выходом блока 9 вычис- ления промежуточного коэффициента, входом первого накапливающего сумматора 12 и первыми входами первого и зторого блоков 10 и 11 умножения, сигнальные выходы которых соединены с четвертым и третьим сигнальными входами первого бло1- ка 13 сложения соответственно, сигнальный выход которого соединен с первым сигнальным входом первого блока 17 деления, второй сигнальный вход которого соединен с выходом третьего блока 1 б умножения, первый сигнальный вход которого соединен с выходом первого накапливающего сумматора 12, второй сигнальный вход - с пятым сигнальным входом блока 8 вычисления параметров объекта, вторым сигнальным входом четвертого блока 19 деления и пятого блока 22 умножения, выход которого соединен с первым сигнальным входом второго блока 20 деления, а первый сигнальный

вход - через второй накапливающий сумматор 15 с входом блока 14 логарифмирования, сигнальный выход которого соединен с первым входом четвертого блока 19 деления, выход которого соединен с третьим сигнальным выходом блока 8 вычисления параметров объекта и вторым сигнальным входом блока 24 вычитания, выход которого соединен со вторым сигнальным выходом

0 блока 8 вычисления параметров объекта, второй сигнальный вход которого соединен с выходом первого накапливающего сумматора 12 и первым сигнальным входом четвертого блока 23 умножения, второй

5 сигнальный вход которого соединен с выходом первого блока 17 деления и первым выходом блока 8 вычисления параметров объекта, а выход - с первым сигнальным входом третьего блока 21 деления, выход

0 которого соединен с первым сигнальным входом блока 24 вычитания, а второй сигнальный вход - с выходом второго блока 18 сложения, первый сигнальный вход которого соединен с выходом второго блока 11

5 умножения, а второй сигнальный входе первым входом блока 8 вычисления параметров объекта, первым входом первого блока 13 сложения и первым входом блока 9 вычисления промежуточного коэффициента, вто0 рой сигнальный вход которого соединен со вторым входом второго блока 11 умножения, вторым входом первого блока сложения и вторым входом блока 8 вычисления параметров объекта, третий сигнальный

5 вход - со вторым входом первого блока умножения и третьим входом блока 8 вычисления параметров объекта, четвертый вход - с четвертым входом блока 8 вычисления параметров объекта, пятый вход которого соеди0 нен со вторым входом формирователя 2 входного сигнала, а первый-четвертый сигнальные входы - с первым-четвертым выходами блока 7 ключей соответственно, первый-четвертый сигнальные входы кото5 рого соединены с первым-четвертым сигнальными входами блока 5 контроля и памяти 6 соответственно, первый сигнальный вход которого соединен с выходом объекта, вто- рой-пятый управляющие входы -1 с первым0 четвертым управляющими выходами измерителя 3 интервалов времени соответственно, первый сигнальный вход которого соединен со входом объекта, а пятый управляющий выход - со вторым входом форми5 рователя входного сигнала 2, третий сигнальный вход которого соединен с выходом объекта, а третий выход - с пятым управляющим входом блока 7 ключей, а четвертый вход - через компаратор 4 с первым сигнальным выходом блока 6 памяти.

В формирователе входного сигнала 2 первый выход источника напряжения 25 через обмотку и контакты реле 26 и кнопки 27 и 28 подключен к земляной точке, второй выход подключен через нормально разо- м хнутые контакты реле 26 к первому выходу формирователя входного сигнала 2, через масштабный блок 33 соединен со вторым выходом формирователя входного сигнала 2, через нормально разомкнутые контакты роле 35 и 37 и нормально разомкнутые контакты реле 34 с третьим выходом формирователя входного сигнала 2, третий вход которого через инвертор 29 и нормально разомкнутые контакты реле 26 соединен со вторым входом формирователя входного сигнала 2, а также через компаратор 30 и обмотку реле 31 соединен с земляной точкой, к которой подсоединены лампы 32, 36, 3I5, которые соответственно через нормально разомкнутые контакты реле 31, 35, 37 соединены с источником питания Е, обмотки которых соединены с земляной точкой и с первым и четвертым входами формирователя входного сигнала соответственно.

В измерителе интервалов времени 3 п зрвые входы реле времени 39-43 соедине- н 1 с первым входом измерителя интервалов в )емени 3, вторые входы блоков 39-42 соединены со вторым входом измерителя интервалов времени 3, а выходы реле времени З Э-43 через инверторы 44-48 соответствен- н э соединены с первыми входами схем 49- 53 совпадения, вторые входы которых соединены с первым входом измерителя интервалов времени 3, первый - пятый выходы которого соединены с выходами схем 49-53 совпадения соответственно.

В реле времени 39-43 конденсаторы 65 и управляемые ключи 66 включены между коллектором транзистора 63 и базой транзистора 64, вторые входы управляемых ключей 66 подключены к выходам пороговых б токов 62, первые входы которых подключе- н D ко второму входу реле времени, на вто- р ,ie входы подаются постоянные смещения, обличающиеся друг от друга на ДЕ.

I В блоке 5 контроля выход схемы ИЛИ 61 соединен с выходом блока 5 контроля, а первый вход соединен с первым входом б тока вычитания 54, второй вход которого соединен со вторым входом блока 5 контро- л 1 и первым входом блока 55 вычитания, второй вход которого соединен с третьим вводом блока 5 контроля и первым входом блока 56 вычитания, второй вход которого соединен с четвертым входом блока 5 контроля, а выход - со вторым входом блока 58 в считания, первый вход которого соединен с выходом блока вычитания 55 и вторым

входом блока 57 вычитания, первый вход которого соединен с выходом блока 54 вычитания, а выход через компаратор 59 соединен с первым входом схемы ИЛИ 61, второй вход которой через компаратор 60 соединен с выходом блока 58 вычитания.

В блоке 6 памяти первые входы схем памяти 68-71 соединены с первым входом блока 6 памяти, второй вход которого соеди0 нен со вторым входом схемы 68 памяти, третий вход - со вторым входом схемы 69 памяти, четвертый вход - со вторым входом схемы 70 памяти, пятый вход - со вторым входом схемы 71 памяти, выход которой со5 единен с четвертым выходом блока 6 памя.ти, третий выход которого соединен с

выходом схемы 70 памяти, второй выход - с

выходом схемы 69 памяти, первый выход с выходом схемы 62 памяти. В схемах 68-71

0 выход усилителя постоянного тока 75 через конденсатор 76 подключен к его выходу, а через резистор 77 - к цепочке, состоящей из конденсатора 72 и резистора 73, вход которой подключен к первому входу схем памя5 ти, а выход усилителя через нормально замкнутый контакт реле 74 - ко входу усилителя 75, обмотка реле 75 подключена ко второму входу схем памяти 68-71.

В блоке 7 ключей управляющие входы

0 бесконтактных реле 81-84 соединены с пятым управляющим входом блока 7 ключей, вторые входы бесконтактных реле 81-84 соединены с первым-четвертым входами блока 7 ключей соответственно, а выходы - с

5 первым-четвертым выходами блока 7 ключей.

В блоке 9 вычисления промежуточного коэффициента выходы блоков сложения 78 и 79 соединены с первым и вторым входами

0 блока деления 80, выход которого соединен с выходом блока 9 вычисления промежуточного коэффициента, первый вход которого соединен с первым входом блока 78, второй вход-со вторым входом блока 78 и первым

5 входом блока 79, третий вход - с третьим

входом блока 78 и вторым входом 79,

четвертый вход-с третьим входом блока 79.

В качестве исследуемого объекта может

быть широкий класс неустойчивых динами0 ческих систем (содержащих интегрирующее звено), а также силовых исполнительных элементов - гидродвигателей,.электродвигателей и т.д.

Устройство для определения парамет5 ров линейных динамических объектов работает следующим образом.

Перед началом работы, зная примерно длительность переходного процесса объекта 1, при помощи масштабного блока 33 устанавливается длительность временного

промежутка Д . Величина А выбирается из условия, чтобы фиксируемые значения величин у(0), у(1), у(2), у(3) не попали на линейный участок переходного процесса, а первый отсчет у(0) не был равен нулю. С подключением исследуемого объекта 1 к устройству для определения параметров линейных динамических объектов происходит замыкание отрицательной обратной связи через инвертор 29 и нормально замкнутые контакты реле 26 . В момент установки объекта 1 в исходное состояние индикаторная лампа 32 погаснет. При замыкании кнопки 27 Пуск в формирователе входного сигнала 2 срабатывает реле 26 и замыкает свои нормально разомкнутые контакты и кнопка 27 блокируется. При размыкании нормально замкнутых контактов реле 26 отрицательная обратная связь размыкается, а при замыкании второго нормально разомкнутого кон такта реле 26 сигнал с первого выхода формирователя входного сигнала 2 подается скачком на вход исследуемого объекта 1 и на первые входы реле времени 39-43 измерителя интервалов времени 3. При этом сигнал на выходе исследуемого объекта 1 представляет собой переходной процесс, который поступает на первые входы схем памяти 68-71, которые до срабатывания реле 74 работают в режиме операционных уси- лителей -с коэффициентом передачи единица. При подаче сигнала на базу транзистора 63 он открывается, конденсаторы 65 оказываются подключенными параллельно эмиттерно-базовому переходу транзистора 64. Количество конденсаторов 65, подключенных в схеме определяется количеством сработавших ключей 66, которое в свою очередь определяется количеством сработавших схем 62 сравнения, определяемое величиной сигнала на втором входе схем задержки. Транзистор 64 запирается и находится в закрытом состоянии до тех пор, пока конденсаторы 65 не разрядятся через резистор 67. Когда окончится процесс разрядки конденсаторов 65,снова появится базовый ток транзистора 64, последний откроется, и сигнала на выходе не будет. Таким образом задержка времени зависит от постоянной времени Тр Сб5Кб7. Включение реле 39-43 совместно с логическими элементами - инверторами 44-48, схемами совпадения 49-53 обеспечивает появление сигнала на выходах измерителя интервалов времени 3 с определением запаздыванием по отношению к входному сигналу. Задержка сигналов измерителем интервалов времени 3 равна соответственно Д , 2Д , ЗД, 4 Д Дз: по мере поступления этих сигналов

-

с первого-четвертого выходов измерителя интервалов времени 3 на вторые входы схем памяти 68-75 происходит последовательное срабатывание реле 74 и запоминание соответствующих значений переходного процесса у(0), у(1), у(2), у(3) в моменты времени Д 2 Д 3 Д 4Д . Величины сигналов соответствующие первым разностям

10

Ду(0)у(1)-У(0); Ду(1)у(2)-у(1); Ду(2)у(ЗЫ2)

формируются на блоках вычитания 54, 55, 15 56, а величины соответствующие вторым разностям

Д2у(ОНу(1)-ЛуТ°) Д2у(1Ш2)-Дур )

формируются на выходах блоков 57, 58 вычитания блока 5 контроля. В случае если величина Д выбрана верно, т.е. у(0)0; Д2у(0)0 Д2у(1)0. т.е. зафиксированные

значения не попали на линейный участок переходного процесса, на выходе компаратора 4 и блока 5 контроля появляется сигнал, реле 35 и 37 срабатывают и замыкают свои нормально разомкнутые контакты, при

этом загораются индикаторные лампы 36 и 38, сигнализируя о правильном выполнении операций, Управляющий сигнал, поступающий с пятого выхода измерителя интервалов времени 3 спустя время д с момента

фиксации последнего необходимого отсчета переходного процесса, вызывает срабатывание реле 34 формирователя входного сигнала 2, которое замыкает свой нормально разомкнутый контакт. После этого управляющий сигнал с третьего выхода формирователя входного сигнала 2 поступает на управляющие входы бесконтактных реле 81-84 блока 7 ключей, что приводит к их срабатыванию. Запомненные значения переходного процесса через сработавшие контакты реле 81-84 поступают на входы блока 8 вычисления параметров объекта. Значение величины К вычисляется в блоке 9 вычисления промежуточного коэффициента

по формуле

к Ут-2Ут + у(1) у(2 )-2у(1)+у(0)

а значения параметров передаточной функции объекта 1 вычисляются блоками 10-24 математических операций по формулам Т- ДЛп(-К)

Ку(1)

„ у(3)-у(2) + Ку(2)

лп+ К)

Д(4+ЗК) т у(3) + Ку(2) г 1 +Ка (1 +N)

В случае если длительность временного промежутка А выбрана неправильно, т.е. у(0)0 или запомненные значения переходного процесса попали в линейную зону, то Сигналы на выходе компаратора 4 или выходе блока 5 контроля не появляются, реле 35 или 37 не срабатывают, таким образом по- пвление сигнала на третьем выходе формирователя входного сигнала 2 невозможно, лампы 36 или 37 не загораются, фиксируя ошибку в измерениях. Сигнал на управляющие входы реле 81-84 не поступает.

В первом случае необходимо увеличить величину Л на выходе масштабного блока 33, а во втором - уменьшить и повторить эксперимент сначала. Повторный пуск возможен только после того, как объект 1 вернулся в исходное положение. Для этого необходимо нажать кнопку 28 Сброс, при атом снимается сигнал с обмотки реле 26, оно разомкнет свои нормально разомкну- ые контакты и отключит сигнал со входа объекта 1, а также замкнет свои нормально замкнутые контакты и подключит к исследуемому объекту 1 отрицательную обратную связь. Лампа 32 погаснет как только объект р вернется в исходное положение.

Таким образом, предлагаемое устройст- ю позволяет определять параметры широ- сого класса устройств, входящих в состав :истем автоматического управления, передаточные функции которых- описываются зыражением (1), т.е.. имеют в своем составе интегрирующие звенья и запаздывание. Та- сими передаточными функциями описывается, например. разомкнутые идравлические и электромеханические ледящие системы, а также разнообразные эильтры. В устройстве за одно воспроизведение переходного процесса, по четырем очкам переходной характеристики (на лю- юм ее участке за исключением линейного 1 начального в зоне запаздывания) олреде- 1яются все параметры передаточной функции по формулам, которые являются )бсолютно точными. В устройстве предусмотрен контроль правильности выбранного частка переходной характеристики. : Формула изобретения Устройство для определения парамет- ов линейных динамических обьектов, со- ержащее формирователь входного игнала, первый выход которого соединен с оответствующим входом измерителя интервалов времени и является первым выходом устройства, а также компаратор и блок вычисления параметров объекта, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем определения величин запаздывания неустойчивых динамических объектов, в устройство введены блок памяти, блок контроля, блок ключей, а блок вычисления параметров объекта состоит из

0 блока вычисления промежуточного коэффициента, пяти блоков умножения, блоков сложения, двух накапливающих сумматоров, четырех блоков деления, блока логарифмирования и блока вычитания, причем первый

5 выход блока вычисления промежуточного коэффициента соединен с входом блока логарифмирования, первым входом первого блока умножения, первым входом второго блока умножения и входами первого и вто0 рого накапливающих сумматоров, входы блока вычисления промежуточного коэффициента, являющиеся входами блока вычисления параметров объекта, подсоединены соответственно второй - к второму входу

5 блока умножения, третий - к второму входу первого блока умножения и к первому входу первого блока сложения,-первый - к второму входу первого блока сложения и первому входу второго блока сложения, второй вход

0 которого соединен с выходом второго блока умножения и третьим входом первого блока сложения, четвертый вход которого подключен к выходу первого блока умножения, а выход - к первому входу первого блока де5 ления, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, первым входом подключенного к выходу первого накапливающего сумматора, соединенному с первыми входами четвертого блока умноже0 ния и второго блока деления, второй вход которого соединен с выходом пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу второго накапливающего сумматора, второй вход четвертого блока

5 умножения соединен с выходом первого блока деления, являющимся первым выходом блока вычисления параметров объекта, выход четвертого блока умножения подключен к первому входутретьего блока деления,

0 второй вход которого соединен с выходом второго блока сложения, выход - с первым входом блока вычитания, выход которого является вторым выходом блока вычисления параметров объекта, первый и второй входы

5 подсоединены соответственно к выходу второго блока деления и выходу четвертого блока деления, который является третьим выходом блока вычисления параметров объекта, первый вход соединен с выходом блока логарифмирования, вторые входы пятого

и третьего блоков умножения соединены с вторым входом четвертого блока деления, являющимся пятым входом блока вычисления параметров объекта и подсоединенным к второму выходу формирователя входного сигнала, соединенного с вторым входом измерителя интервалов времени, четыре выхода которого соединены с соответствующими управляющими входами блока памяти, пятый информационный вход которого является первым входом устройства и соединен с первым входом формирова

теля входного сигнала, второй вход которого соединен с пятым выходом измерителя интервалов времени, третий и четвертый входы соединены с выходом компаратора и блока контроля, четыре сигнальных входа которого соединены с выходами блока памяти и сигнальными входами блока ключей, управляющий вход которого соединен с третьим выходом формирователя входного сигнала, а четыре выхода - с соответствующими входами блока вычисления промежуточного коэффициента.

фае 4

Фиг. 5

Фаг. 6

Фиг. 7

li5d5L

18

Фиг.8

w f

73

Г

80

rФиг. 9

Фиг.Ю