Анализатор частотных характеристик Советский патент 1979 года по МПК G05B23/02 

(54) АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

, . ,. i

изобретение касается автоматики, а именно технических средств исследования и контроля систем автоматического управления и может быть использовано при анализе динамических свойств промышленных систем автоматики и их эле« ментов.

Для снятия частотных хара теристик систем автоматического управления и их моделей в лабораторных условиях широко применяется низкочастотная апг паратура, содержащая генератор периодических колебаний,пиковый всяьтмётр, низкочастотный фазометр l.

Комплекс из этих технических срёдсте весьма громоздок, не совсем удо-, бен ii работе в.промышлённш:, ycnoMfSut, требует проведения большого числа подготдвите а.нь1Х операций, непосредствен но не сэязанных с определением частотных характеристик.

Известно автоматическое устройство для измерения частотных характеристик систем автоматического управления и

их элементов, содержащее генератор низкочастотных колебаний, -сумматор, множительньхе и интегрирующие устройства, калиброванный фазовращатель 2.

Схема данного устройства Услбжнена наличием прецизионного фазов{ ащателя, реализад1ая которого сопряжёна в настоящее время с определенными трудностями.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее интеграторы, генератор синусоидальных колебаний, первый выход которого соединен с первыми входами первого н второго множительных блоков и со входом ас Й1едуемо(Го объекта, а

S второй выход - с первыми входами третьего и четвертого множительных блоков, первый сумматор, соответствующие входы которого соединены с выходом исследуемого объекта и с выходами первого и четвертого множительных блоков, а выход соединен со вторыми входами второго н третьего множительных блоIKQB Сз. Принцип действия этого устройства основан на компенсации сигнала с выхода исследуемого объекта (-t) ком пенсирующим искусственно сформированным сигналом ) Полная компен- сания сигнала (-t)( когда ошибка компенсации Х ).,|-jt(.-fe)Xi TaHOBHT- ся тождественно равной нулю) вьшолня ётс:а автоматической подстройкой параметров компенсирующего сигнала. Следует, однако отметить, что из-оа неиа бежньпс на практике погрешностей ,в технической реализации функциональных узлов; составляющих измерительную схе- . му устройства, а также из-за нелиней- ностей в исследуемой системе, реально . всегда существующих, ошибка компенсаций 6 в Момент компенсации нулю не piaBHa, а представляет собой- сумму из периодйческйх колебан1й с малой амплитудой и В1лсокозастотной помехи, вызванной внутренними шумами исследуемого объекта и измерением сигнала В з Ш-Это приводит к появлению погрешностей в определении частотных ха- pйlkтepиcтик, . г , Цель изобретения - повышение точноо тй ййапизатора, Это достигается тем, что анализатор чаТзтотньк характеристик содержит два 4шльТра, второй и третий сумматоры, вь ходы которых соединены со вторыми входами Соот6ё ственн6 первого и четвертого множительных блоков, первый вход второго сумматора подклвсчен к йыХоду первого интегратора, вход которого связан со вторым входом второго сумматора и выходом первого фильтра, йход которого соединен с выходом вто- р(йомнОШггельного блока, пер-зьй вход третьего сумматора подклйчей к выхоДу Btoporb ивпгегратора, вход которого свяjaak со втЬрйм входом третьего сумма- тора и выходо 1 второго фильтра, вход которого соединен с вйходЬм тр тьагч: множительно1Ч) блока. На чертеже изображена структурная схема предложенного устройства Оно СоДёржйт генератор синусоидальн кдйебаниЙ исследуемый объев:т.:2, сумматоры 3, 4, 5, множитеяьные блоки 6, 7, В, 9, фильтры 10, 11 и интеграторы 1Й, 13. Выходы reHepayojpa 1 отлачаются по фазе на угол -g Принцш работы ашлнаатора основан ад автоматической компенсации устано- впшшейся реакция на выходе исследуего объекта компенсирующим сигнами. Сформируем вторуто невязку E-a(pWf hajt-«-Q co9u;-t (}) е /г -lXgttf(t) XKXt)- альная ошибка компенсации; и jO - амплитуда и частота синусо- ально1; о воздействия. После 1пре6 азований :& U einuj-t-t N coSUjtV ,4- А, sinQKgut+4..n(t), U a ptuuV -P, )) е Ktt5 NsihSlt - Высокочастотная помеха} Р и Q - амплитуда синфазной и квадратурной состав ляющих второго Компенсирующего сигнаш (все че тьгое параметра- ,p,, . подлежат дальнейшей подстройке); - амплитуды синфазной и ква;фа- турной составляю-: щих компенсирувущёго Сигнала; PCu)),q(uj „ вещественная и мнимая часто тные характеристики объекта, подлежа-, щие определению; - амплитуда и фаза К- гармоники. трудно видеть, чтб при P -IPCU;)-): Q |QCuuv6V орая неВйзКа4нмёет минимальное значеё, не равное нулю лишь в силу паратных высших гармоник, указанного вылройсхождеш1я, и помех. Поиск . нимума второй невязки можно получить, помощью автоматической подстройки раметров Р и Q пепи компенсации адиентным методом. Алгоритм такой дстройки имеет .следующий видг .P-А.б. )t, Ла со5ии-1, где Д. - постояйный положительньгй ко- эффивдент. Обеспечив достаточное быcтpoдeйcTiiвие контура подстройки параметров Р и Oi, можно утверждать, что они являются, как это следует из (4), сщенкаын тедупшх разностей )- р1 Ц t СКШгД Информация об этих разностях может Выть, в свою очередь использована дйя подстройки параметров р и Q до значенийP( QCUJ (6), 5 одящ1К к Hynio сами разности. Такую подстройку р и Q целесообразно организовать по схеме астатического регулирования, согласно которой .G, ,p, „ где 1. Ли- постоянные положительные i, . Коэффвщиенты обеспечиваюпше приемлему более медленную, по сравнению с (5) скорость настройки параметров Р и Q цепи компенсации. Алгоритмы подстройки (5) параметро Р и G| второго компенсиру,юшего сигна ла могут быть упрошены при практической реализации за счет замены операции чистого интегрирования приближенным интегрированием с помощью фильтров, например, с передаточной функцией вида .jS частотные характеристики которых Совпада ют в области рабочюс частот с аналогичными характеристиками,интегрирующего звена. Схема предлагаё}лого. анализатора частотных характеристик построена в соответствии с (2),(3), (5), (7), Сигнал второй невязки ,рёализ6 ван в виде , X,(t)-a CPtP)5iMOut. а )cos{Jut на сумматорах 3, 4, 5 и множительных блоках 6 и 9, сигналы Р и Q получены путем фильтрации на фильтрах 10 и 11 результатов произведения второй невязки i на SiVl cos ее i .& сигналы р и Q .; пр дставляют собой результат интегрирова1ря сигналов и Q. Устройство работает сле.дуюшнм образом. Непрерывного большим быстродействи ем) по алгоритму (5) идентифицируются текущие 1оазности Р(ш)-Р1и CQCUj-Ql, которые одновременно с процессом их(идентификации ликвидируются (с более медленной скоростью) по аав эритмам (7) вплоть до нуля, В случае идеальной реализации всех функциональных элементов, входящих в измерительную схему анализатора, и отсутствии помех при этом выполняются условия P-P(, 5 QCuu).o; P Q o,№) т,е, сигна лы на выхрДе интеграторов 12 и 13 редставля1бт собой искомые чис; ленные значения вещественной и мш1мой частотных характеристик исследуемого ; объекта, В реальных условиях паразитные высшие гармоники и. высок частотные помехи, создающие отличный от нуля остаточный минимум невязки (2), вызывают колебания параметров р и Q в окрестности численньрс значений PIUH Quj-Ампли- туда этих колебаний; являющаяся максимальной абсолютной погрешностью измерения, значительно меньше, чем в известном анализаторе. Оценка таковых псярешностей дает следующие результаты:,s. 1+тЧк-1)Чи (для абсолютных погрешностей от высших гармоник); / / UaiUAN r J-jbi-(10) .ft-UU i4TCSl.-u;) (для абсолютных погрешностей от высокочастотной помехи), Сравнение формул (9), (1О) саналсэгичными формулами Для известного ана- лизатора показывает, что при надлежа- щем выборе коэффициента усиления К И постоянной времени Т фильтров 10 и 11 абсолютньте погрешности измерения частотных характеристик в предлагаемом анализаторе существенно меньше, чем в известных. Формула изобретения Анализатор частотных характеристик, содержащий интеграторы, генератор синусоидальных колебаний, первый выход которого соединен с первыми входами первого и второго множительных блоков и со входом исследуемого объекта, а второй выход - с первь1ми входами третьего и четвертого множительных блоков, первый сумматор,оответствуюшие входы которого соединены с выходом исследуемого о&ьёкта и с выходами первого и четвертого множительных блоков, А выход соединён со вторыми входами второГ Р; И третьего множительных блоков, о тли чающийся тем, что, .с целью повышения точйости анализатора, он cor держит два фильтра,второй и третий сх ,Што|:я 1, выходы которых соединены ,со BTOW рымв входами соответственно первого я четвертого множительных блоков, первый вход второго сумматора подключен к выходу первого интегратора, ЕКОД которого сбйааи со вторым входом второго сумматора и выходом первого фильтра, вход которого соединен с выходом второго множительного блока, первый вхо тре сумматора подключен к выходу вто рого интегратора, вход которого связан со вторым входом третьего сумматора и гйыходом вторс«го фильfpa, вход которого соеданен с выходом третьего множительного блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Вашглов А, А,, Солодовников А. И. Экоперямен-кальное определение частотных характеристик автоматических систем, М-Л, Госэнергоиздат, 1963, с. . 2, Авторское свидетельство СССР № 446035, кл, 05 В 23/02, от 23Д1.72. 3, Двторское свидетельство СССР пс заявке № 23872О1/24, приоритет 19.7.1976 (прототип).