Анализатор частотных характеристик линейных систем управления Советский патент 1978 года по МПК G05B23/02 

1

Изобретение относится к области автоматики, а именно, к техническим средствам исследования и контроля систем автоматического управления и может быть использовано при анализе динамических свойств линейных автоматических систем и их элементов.

Известно устройство для определения частотных характеристик, принцип действия которого основан на измерении мгновенных значений сигнала на выходе исследуемого объекта .

Необходимость измерения мгновенных значений выходного сигнала требует сложной логической аппаратуры, быстродействующих коммутационных и специальных измерительных устройств, что существенно усложняет полную схему устройства.

Более точно вещественная и мнимая частотные характеристики линейных систем могут быть определены с помощью устройства, использующего компенсационный метод измерения и содержащего фазоинверторы, два трехпозиционных ключа, два делителя, сумматор, генератор синусоидальных колебаний, индикатор .

Схема этого устройства достаточно громоздка, а активное участие оператора в компенсации выходного сигнала, необходимое для работы устройства, снижает высокие точностные возможности компенсационного метода (в силу субъективных оценок минимума ошибки компенсации) и ограничивает быстродействие процесса измерения.

Известен анализатор частотных характеристик линейных систем управления 3J, содержащий генератор синусоидальных колебаний, сумматор, выход которого соединен с первыми входами первого и второго множительных устройств, выходы которых соединены соответственно со входом первого интегратора и через второй интегратор - с первым входом третьего множительного устройства, выход которого подключен к второму входу сумматора.

Кроме того, данное устройство содержит фазовращатель, первый и второй выходы которого соединены соответствеННО со вторыми входами третьего и первого множительных устройств, выход третьего множительного устройства связан со вторым входом второго множительного устройства, а на первый и второй входы фазовращателя подключены выход генератора и с нулевой фазой и выход первого интегратора.

Наличие фазовращателя с двумя выходами усложняет схему этого устройства, а больщие погрешности, свойственные широкодиапазонным фазовращателям в сочетании с погрешностями дополнительных вычислений, необходимых для определения вещественной и мнимой частотных характеристик, снижает точностные возможности устройства.: Делью изобретения является упрощение и повышение точности анализатора частотных характеристик. Поставлеиная цель достигается за счет того, что анализатор содержит четвертое множительное устройство, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, выход - с третьим входом сумматора, второй выход генератора синусоидальных колебаний соединен со вторыми входами первого и четвертого множительных устройств, а вторые входы второго и третьего множительных устройств соединены с первым выходом генератора синусоидальных колебаний. На чертеже приведена структурная схема анализатора частотных характеристик линейных автоматических систем, содержащая генератор епнусоидальных колебаний 1, исследуемый объект 2, множительные устройства 3, 4, 5, 6, сумматор 7, интеграторы 8, 9, индикаторы 10 и И. Первый выход генератора синусоидальных колебаний 1 с нулевой фазой соединен с входом исследуемого объекта 2 и вторыми входами множительных устройств 3 и 4, а второй выход с фазой колебаний, равной -;-, соединен со вторыми аходал1и миожительных устройств 5 и 6. В анализаторе реализуется комненсаппоииый метод измерения частотных характеристик. При подаче на вход исследуемого объекта 2 синусоидального сигнала а sin w на его выходе устанавливается колебаиие той же частоты со вида () - f () sin wt -j- aQ (ч) cos шг, (1) где P((i)} и Q((o)-вещественная и миимая частотные характеристики, подлежащие определению. Ошибка компенсации е, получаемая на выходе сумматора 7, может быть записана в виде е : АГвых (t) - aP sin со - aQcos ш - (7 sin u + V cos ( (a)+),(2) где P, Q, - величина сигналов на первых входах множительных устройств 3 и 6; и (Р1(3) 1/ aIQH-QJ,(4) 4 arctg , где а - амплитуда синусоидального и косинусоидального сигналов н первом и втором выходах генератора синусоидальных колебаний 1. Тождественное равенство нулю ошибки компенсации в возможно при одновременном выполнении равенств /7 0; что в свою очередь вынолнимо при Q QH. Таким образом, значения сигналов Р и Q, обеспечивающие выполнение условия , представляют собой численные значения вещественной Р(л) и мнимой Q(co) частотных характеристик исследуемого объекта на заданной частоте со. Подстройка сигналов Р и Q до нужных значений организуется на основе минимизации квадратичного критерия ошибки компенсации вида ф::-и - У физически иредставляющего собой, как это следует из (2), квадрат модуля ошибки компенсации е квадратичная форма (8), положительно определена по параметрам И и V и минимум ее, равный нулю, совпадает е условием абсолютной компиисации выходного сигнала исследуемого объекта (). Таким образом, задача компенсации сигнала вых сводится к гю.цучеиию алгоритма настройки пара.метров Р н Q схемы компенсации, миппмизпрующего в каждый момент времепп критерий ошибки (8) и (тем самым ошибку компенсации к) вплоть до нуля, т. е. обеспечива1ощсг о выполнение равенств0, при гф(, , При . Дифференцируя (8j по времени J г, dU + - 2 потребуем выполнения соотношений - XcSinu), - AsCOS u)/, в виде пределяющих производную Условие (10) позволяет получить искоый алгоритм настройки сигналов Р и Q, ак как при оно полностью, как это ледует из (11), удовлетворяет требоваию (9). „d.U dV ,.,04 Раскрывая и сообразно с (3) и dt (-4), получим систему уравнений вида ди Р - ).Е sin uii