Устройство для измерения амплитудных и фазовых частотных характеристик элементов и систем автоматического управления Советский патент 1974 года по МПК G05B23/02 

1

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано при проектировании, испытаниях и эксплуатации элементов и .систем автоматического управления.

Известно устройство для измерения амплитудных и фазовых частотных характеристик (АФЧХ) элементов и систем автоматического управления, содержащее регулируемый по частоте генератор синусоидальных колебаний, соединенный с исследуемым объектом, канал подстройки амплитуды, включающий последовательно соединенные блок перемножения, Синхронный детектор, интегратор и индикатор, канал подстройки фазы, включающий последовательно включенные синхронный детектор, интегратор и индикатор, причем оба канала соединены с регулируемым по частоте генератором синусоидальных колебаний через регулируемый фазовращатель, первый выход фазовращателя подключен к одному из входов синхронного детектора фазы, первый вход фазовращателя присоединен к выходу регулируемого по частоте генератора синусоидальных колебаний, его второй вход подключен к выходу интегратора канала подстройки фазы, а выход интегратора канала подстройки амплитуды подсоединен к одному из входов блока перемножения. Недостатком известного устройства

является то, что выделение средней составляющей сигнала синхронных детекторов осуществляется интегрированием их выходных сигналов строго за период. Это приводит к снижению быстродействия и точности работы устройства.

Цель изобретения - увеличение быстродействия и точности устройства. Это достигается тем, что устройство содержит сумматор, один вход которого связан с выходом исследуемого объекта,, другой вход - со входом синхронного детектора канала подстройки амплитуды, выход подключен ко входам обоих синхронных детекторов, а второй вход блока

перемножения подключен ко второму выходу фазовращателя.

На чертеже изобралсена схема устройства.

Она содержит генератор 1 синусоидальных

колебаний, частота которых может изменяться, исследуемый объект 2, перестраиваемый фазовращатель 3, сумматор 4 на два входа, канал 5 подстройки амплитуды и канал 6 подстройки фазы. Выход генератора 1 соединен со входом исследуемого объекта 2

и фазовращателя 3, а выход объекта связан с одним из входов сумматора 4.

Канал 5 подстройки амплитуды включает блок перемножения 7, синхронный детектор 8 амплитуды, интегратор 9 и индикатор амплитуды 10. Один вход блока перемножения

7 подключен к «синусному выходу фазовращателя 3, второй связан ci выходом интегратора 9 и входом индикатора амплитуды 10, а выход его подключен к свободному входу сумматора 4 и к одному из входов синхронного детектора 8, второй вход которого подсоединен к выходу сумматора 4, а выход-. ко входу интегратора 9.

Канал 6 подстройки фазы включает синхронный детектор 11 фазы, интегратор 12 и индикатор фазы 13. Причем один вход детектора II подключен к «косинусному выходу фазовращателя 3, второй - к выходу сумматора 4, а выход - ко входу интегратора 12, выход которого в свою очередь подсоединен одновременно ко входу индикатора фазы 13 и к управляющему входу фазовращателя 3.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода генератора 1 поступает на исследуемый объект и одновременно на вход фазовращателя 3. С выхода фазовращателя 3 снимается два сигнала, отличающиеся ло фазе на 90°. Один из этих сигналов, проходя через блок перемножения 7, поступает далее одновременно на один из двух входов сумматора 4 и на синхронный детектор 8 канала 5 подстройки амплитуды. Другой сигнал фазовращателя 3 сдвинут на 90 по фазе относительно первого и поступает на детектор 11 канала 6 подстройки фазы. На второй вход сумматора 4 подается также сигнал с выхода исследуемого объекта 2. Сумматором 4 осуществляется операция вычитания этих двух сигналов, при этом сигнал с блока перемножения 7 выполняет роль компенсационного сигнала. С выхода сумматора 4 сигнал - ощибка компенсации поступает одновременно на синхронный детектор 8 амплитуды и синхронный детектор 11 фазы. Спектральный состав выходных сигналов синхронных детекторов 8 и И достаточно сложен, однако, основная часть спектра сигнала синхронного детектора 8 амплитуды содержит информацию об ощибке компенсации по амплитуде, а основная часть спектра сигнала синхронного детектора И фазы - об ощибке компенсации по фазе.

Сигнал с выхода детектора 8 амплитуды идет на интегратор 9, выходной сигнал которого поступает одновременно на блок перемножения 7, образуя тем самым замкнутую следящую систему канала 5 амплитуды, и на индикатор амплитуды 10, так как после обнуления ощибки компенсации выходной сигнал интегратора 9 пропорционален отнощению выходной и входной амплитуд колебаний исследуемого объекта 2. Выходной сигнал детектора 11 фазы подается на интегратор 12, выходной сигнал которого поступает одновременно на фазовращатель 3, образуя

тем самым замкнутую следящую систему канала 6 фазы, и на индикатор фазы 13. Выходной сигнал интегратора 12 пропорционален сдвигу фаз выходного и входного сигналов объекта 2.

За счет действ.ия следящих систем каналов 5 и 6 амплитуды и фазы происходит обнуление средних составляющих сигналов синхронных дехекторов 8 и 11. Замыкание следящих систем по амплитуде и фазе осуществляется через изменения амплитуды и фазы компенсационного сигнала. При наступлении равенства компенсационного сигнала с выхода исследуемого объекта разность их, т. е.

ошибка компенсации на выходе суммируемо0 устройства, равна нулю, что в свою очередь вызывает уменьшение до нуля сигналов на выходах синхронных детекторов.

Отработка амплитуды и фазы идет одновременно, что значительно увеличивает быстродействие устройства, а использование комбинации компенсационного метода с синхронным детектированием увеличивает точность измерения.

Предмет изобретения

Устройство для измерения амплитудных и

фазовых частотных характеристик элементов и систем автоматического управления, содержащее регулируемый по частоте генератор синусоидальных колебаний, соединенный с исследуемым объектом, канал подстройки амплитуды, включающий последовательно соединенные блок перемножения, синхронный детектор, интегратор и индикатор, канал подстройки фазы, включающий последовательно включенные синхронный детектор, интегратор и индикатор, причем оба канала соединены с регулируемым по частоте генератором синусоидальных колебаний через регулируемый фазовращатель, первый выход фазовращателя подключен к одному из входов синхронного детектора фазы, первый вход фазовращателя присоединен к выходу регулируемого по частоте генератора синусоидальных колебаний, его второй вход подключен к выходу интегратора канала подстройки фазы,

а выход интегратора канала подстройки амплитуды подсоединен к одному из входов блока перемножения, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности устройства, оно содержит сумматор,

один вход которого связан с выходом исследуемого объекта, другой вход - со входомсинхронного детектора канала подстройки амплитуды, выход подключен ко входам обоих синхронных детекторов, а второй вход

блока перемножения подключен ко второму выходу фазовращателя.