УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПОСТОЯННЫХ ВРЕМЕНИ Советский патент 1971 года по МПК G06F17/13 G05B23/02 

Изобретение относится к технике экспериментального определения и контроля динамических параметров электромеханических элементов систем автоматического управления и регулирования (электродвигателей постоянного тока, электромашинных преобразователей, генераторов и т. д.).

Известно устройство для определения п контроля динамических свойств промышленных объектов, содержашее управляемый источник питания обмотки возбуждения двигателя нреобразователя, блок преобразования выходной частоты преобразователя в электрический сигнал, усилитель, релейный элемент и измерительные блоки.

Предлагаемое устройство отличается тем, что в нем в выходную цепь управляемого источника литания включены последовательно соединенные диоды, шунтированные ключом, унравляюш.ий вход которого связан с выходом релейного элемента, а между усилителем и релейным элементом установлен интегратор, и через ключ между интегратором п релейным элементом подключено форсирующее звено.

Такое Бынолнение устройства позволяет получать постоянные времени (коэффициенты передаточной функции) объектов, описываемых дифференциальными уравнепиями второго порядка (например, электромашииных преобразователей частоты, двигателей постоянного

тока), по результатам измерений с использованием аналитических выражений или номограммы.

В устройстве используется симметричный автоколебательный режим работы иелинейной системы с идеальиым релейным элементом. При выполнении симметричности режима автоколебаний динам ческие параметры преоиразователя просто выражаются через параметры автоколебаний нелинейной системы (амплитуду и время определенного числа колебаний).

Динамика электромашинного преобразователя, состоящего из двигателя постоянного тока и генератора неременного тока, выполненных на одном валу, с достаточной дли ирактических целей точностью описывается дифференциальным уравнением вгорого норядка. Передаточная функция преобразователя при таком оиисании имеет вид:

.

пр

ЩР)ир

1 + рТ, + ,

статический коэффициент усигде

пр ления преобразователя; и 7-2 - постоянные времени иреобразоТ,

вателя;

р - оператор дифференцирования. Расчет параметров автоколебаний методом гармонической линеаризации даст следующие аналитические зависимости частоты и амплитуды автоколебаний от динамических параметров преобразователя: 1 ( - 44С/„ , частота автоколеоании системы форсирующего звена; AI - амплитуда автоколебаний системы на входе релейного элемента без форсирующего звена; .B - амплитуда прямоугольных имиульсов в обмотке возбуждения; /Ci-статический коэффициент передачи часготного датчика; К2 - коэффициент усиления иредварительного усилителя; Кз - статический коэффициент усиления интегрирующего звена. При включенном в систему форсирующем звене частота автоколебаний определяется выражением «2 , () к J2 - J iJ Ф где Гф- постоянная времени форсирующего звена. Совместное решение уравнений (1), (2) и (3) дает аналитические выражения для динамических параметров преобразователя в зависимости от времени () определенного числа периодов и амплитуды автоколебаний Т 1я2л АЛ 1 ,К;К,Тф где п - число периодов автоколебаний, отсчитываемое измерителем времеии определенного числа колебаний (п const при всех из.мерениях). Численные значения TI и Т могут быть также получены графическим методом. Если построить кривую Т -;-/2, то, откладывая по оси абсцисс Л, по оси ординат сразу получаем

значение откладывая по оси абс/1 2«2 i

4к2л2

цисс /1 и /2 и находя с помощью кривой Т

5z

У

получаем зна4л2п2

щии постоянную составляющую на входе релейного элемента.

Блоки, измеряющие постоянную составляющую, могут быть выполнены по различным

схемам, например на диодно-емкостных цепочках, включенных по мостовой схеме, где диоды в соответствующих плечах включены встречно. Сигналы, снимаемые со второй диагонали моста, подаются на соответствующий вход суммиНа фиг. 1 приведена номограмма для оиределения постоянных времеии Т и , на фиг. 2-схема устройства. Устройство содержит б.ток преобразования 1, предназначенный для преобразования от клонения частоты генератора неременного тока преобразователя 2 от частоты настройки в сигнал постоянного тока; предварительный уснлитель 3, выполненный на операционном усилителе; интегратор 4, выполненный на операционном усилителе; причем для получения форсирующего звена параллельно входному соиротивлению операционного усилителя включена емкость Сф, иодключаемая нри измере ниях с помощью переключателя ПЗ. Идеаль ный релейный элемент 5 выполнен по типовой схеме на операционном усилителе, иричемдля ликвидации динамической иетли гистерезиса ирименены уменьшенные относительно номинальных значений сопротивление ., включаемое на входе операционного усилителя, и сопротивления делителя опорного нанряжения RO.C , включаемые в обратную связь операционного усилителя. Кро.ме того, в обратной связи операционного усилителя нрименены диоды Дь Д2 с большой крутизной вольт-амнерной характеристики. Транзисторный ключ 6, включенный параллельно диодной цепочке Дз-Дт, вместе с диодной цепочкой предназначен для создания прямоугольных импульсов в обмотке возбуждения двигателя преобразователя. Он выполнен по схеме составного транзистора и состоит нз маломощного входного транзистора 7i и мощного выходного транзистора . Для выведения преобразователя в рабочую точку, а также для обеспечения симметричности режима автоколебаний применен транзисторный управляемый стабилизированный источник питания 7. Стабилизация напряжения питания обмотки возбуждения нужна для предотвращения влияния колебаний сети на результаты измерений. Для контроля симметричности режима автоколебаний могут быть применены различные устройства. Известно, что если на выходе релейного элемента отсутствует ностоянная составляющая, то колебания в системе симметричны, а скважность импульсов на выходе релейного элемента равна 0,5. В соответствии с этим, могут применяться устройства, измеряющие постоянную составляющую, на входе или на выходе релейного элемента, или устройство, измеряющее скважность импульсов на выходе релейного элемента. В нредлагаемом устройстве применен блок 8, измеряюстоянноя составляющей па входе релейного элемента, подается с усилителя на стрелочный прибор 9. Измерители амплитуды автоколебаний W также могут быть выполнены по различным схемам, например по типовой схеме двойного пикового вольтметра па операционном усилителе. Так как измеритель амплитуды и измеритель постоянной составляющей могут работать поочередно, то для сокращения числа операцпонных усилителей они могут быть выполнены на одном операп.понном усилителе. Коммутация измерителей ироизводится с помощью схемы управления прибором. Для измерения времени определенного числа колебаний может быть применен электромеханический измеритель, выполненный на базе щагового двигателя // и электромеханического секундомера 12. Для повышения точности измерений времени применедо синхронизирующее устройство 13, выполненное на базе электромеханических реле и управляемое схемой управления прибора. Переключатели П1 и /72 могут быть сделаны на электромеханических реле. Переключатель Я/ управляется с помощью кнопок «Пуск и «Останов, а переключатель П2 - с помощью кнопок «Измерение и «Сброс. При контроле и определении динамических параметров различных типов электромашинных преобразователей, ток обмотки возбуждения двигателя преобразователя мепяется в существенном диапазоне. Амплитуда импульсов в обмотке возбуждения двигателя определяется из выражения . ЛС/о.в , где At/o.B - амплитуда импульсов в обмотке возбуждения двигателя преобразователя;ДбдЕ -суммарное падение напряжения на диодной ценочке при определенном токе обмотки возбуждения;Af/,u --падение напряжения на транзисторе в открытом состоянии при насыщении и том же токе обмотки возбуждения. При изменении тока обмотки возбул дения двигателя диодная цепочка Дз-Д работает на различных участках вольт-амперной характеристики, при этом изменяется амплитуда импульсов, приче.м при работе с малыми токами это изменение существенно. Для стабилизации амплитуды импульсов рабочая точка диодной цепочки Дз-Д с помощью вспомогательного источника питания выводится на линейный участок вольт-амперной характеристики. Кроме того, за счет подбора величины настройки релейного элемента .э и величины сопротивления в цепи базы транзистора TI выбирается такой ток базы транзистора Г, что вольт-амперная характеристика эмиттер-коллектор транзистора Tj получается подобной вольт-амперной характеристике диодной цепочки. При этих условиях величина амплитуды прямоугольных импульсов в обмотке возбуждения постоянна и не зависит от величины тока обмотки возбуждения. Система работает следующим образом. После включения источника пнтания операционных усилителей и их прогрева поочередно включается источник питания обмотки возбуждения двигателя преобразователя и источник питания якорной цепи двигателя, устанавливается необходимое напряжение цепи якоря, и с помощью регулируемого источника питания 7 преобразователь выводится в заданную рабочую точку, при этом переключатель П} находится в положении /, а диоды Дз, Д.; диодной цепочки защунтированы соответствующими контактами переключателя П. Сигнал с выхода предварительного усилителя 3 подается на стрелочный прибор 9 и при нулевом его показании преобразователь выведен в рабочую точку. Напряжение, поступающее на обмотку возбуждения двигателя преобразователя /, при этом приближенно равно номннальпому напряженню в данной рабочей точке. При нажатии кнопки «Пуск переключатель П1 переходит в положение //. переключатель П2 ставится в положение /, подключая на вход релейного элемента блок 8. С помощью регулируемого источника питания 7 обмотки возбуждения и блока S система выводится в симметричный автоколебательный режим (при нулевом показании стрелочного прибора автоколебания в системе симметричны). Среднее значение напряжения, поступающего на обмотку возбужденпя двигателя преобразователя равно номинальному напрял ению в данной рабочей точке. В системе устанавливаются симметричные устойчивые автоколебания, частота и амплитуда которых определяются ее динамическими свойствами. При нажатии кнопки «Измерение переключатель П1 находится в положении //, переключатель П2 переводится в положение //, подключая ко входу релейного элемента нзмеритель амплитуды автоколебаний 10 и подключая к выходу релейного элемента измеритель п периодов автоколебаннй (//, 12, 13). По стрелочно.му прибору определяется численное значение амплитуды автоколебаний Л, а по секундомеру 12 - время п периодов автоколебаний t. При нажатии кнонки «Сброс измерители параметров автоколебаний отключаются от системы, а на вход релейного элемента снова подключается блок 8 (переключатель Я2 переводится в положение /). Переключателем ПЗ (ставится в полол ение //) в систему вводится форсирующее звено. После контроля симметричности режима автоколебаний по блоку 8 нажимают кнопку «Измерение и по электромеханическому секундомеру 12 определяют время п периодов -автоколебаний /о.

размыкается при любом состоянии схемы, и прибор приводится в исходное состояние. При этом выход предварительного усилителя 3 подключается на стрелочный прибор 9 (переключатель П1 переводится в положение /, переключатель Я2--в положение /). По измеренным значениям параметров автоколебаний по аналитическим выражениям (4), (5) и (6) определяются численные значения динамических параметров электромашинного преобразователя , 7i и Гг. Значения TI и Т, могут быть определены по номограмме на фиг. 1.

Предмет изобретения

Устройство для определения и контроля постоянных времени, например, электромашин289396

ных преобразователей частоты, содержащее управляемый источник питания обмотки возбуждения двигателя преобразователя, блок преобразования выходной частоты преобразователя в электрический сигнал, усилитель, релейный элемент и измерительные блоки, отличающееся тем, что, с целью упрощения измерений, в нем в выходную цепь управляемого источника питания включены последовательно

соединенные диоды, шунтированные ключом, управляющий вход которого связан с выходом релейного элемента, а между усилителем и релейным элементом установлен интегратор, и через ключ между интегратором и релейным

элементом подключено форсирующее звено.