Устройство для определения частотных характеристик звеньев динамических систем Советский патент 1980 года по МПК G05B23/02 

вход которой соединен с выходом первого вибратора.

В этом .усгройст.ве на входе и выходе идентифицируемого звена установлены измерительные преобразователи, выходы которых подключены ко входам сле.дящих фильтров. Следящие фильтры связаны с генератором тестовых сигналов, что обеспечивает синхронную настройку частоты синусоидальных сигналов. Блок стабилизации амплитуды, вход которого подключен к выходу следящего фильтра в канале измерительного преобразователя на .входе идентифицируемого звена, а выход - к генератору синусоидальных сигналов, обеспечивает постоянство амплитуды тестового сигнала во всем рабочем диапазоне частот. Сигнал после следящего фильтра в канале измерительного преобразователя на выходе идентифицируемого звена подается на первый вход одного синхронного детектора, а сдвинутый фазовращателем на 90° по фазе - на первый вход другого CHHXipOHHoro детектора. На вторые входы синхронных детекторов сигналы поступают с выхода фазокомпенсатора, вход которого подключен к выходу следящего фильтра в канале измерительного преобразователя на входе идентифицируемого звена. Сигналы с выходов синхронных детекторов в виде А sin ф и Л cos ф подаются на входы .регистрирующего устройства и .позволяют получать зависимость между амплитудой и фазой при непрерывном изменении частоты.

Однако применение данного устройства |Возможно лишь для идентификации детектированных звеньев или цепей, у которых измерение сигналов непосредственно на входе и выходе физически реализуемо, что характерно для Опраниченного класса САР.

Существует щ.ирокий класс систем, не отвечающих названному условию, т. е. систем, у KOTOtpbix имеется два или более звена с выходом на общий сумматор, а измерение сигналов непосредственно яа выходе каждого из этих 31веньев физически неосуществимо. Та«, все механические звенья по современной теории динамики, станочных систем обладают обратной связью в силу своей физической природы и не могут .рассматриваться ;как детектированные. Также невозможно измерение утечек рабочей л идкости между полостями гидродвигателей и внутри ряда гидроаппаратов управления в. гидравлических системах. В этом случае возможно лишь измерение сигнала на выходе 0:бщего сумматора, т. е. измеряемые переменные являются функциями передач нескольких сходящихся звеньев, и .применение описанного устройства неприемлемо. Применение же различных теоретических допущений для лреобразова-ния действительной структуры системы приводит.к значительным погрещностям идентификации и

не дает истинного представления об исслеуемой системе.

Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей у тройства.

Поставленная цель достигается тем, что оно содержит коммутатор, третий измерительный преобразователь, второй вибратор, четыре аналого-цифровых преобразо1вателя

(АЦП), три согласующих усилителя, вычислительный блок и блок памяти, первый вход и выход которого связаны соответственно с первым вьгходом и входом вычислительного блока, второй вход - через первый АЦП связан с выхюдом усилителя мощности и первым входом коммутатора, третий, четвертый и пятый входы соответственно соединены с выходами второго, третьего и- четвертого АЦП, входы которых

соединены соответственно через первый, второй и третий согласующие усилители с выходами .первого, второго и третьего измерительных преобразователей. Вход третьего измерительного преобразователя связан с

выходом смежного, звена системы, ко входу одного из остальных звеньев которой подключен выход второго вибратора, а входы вибраторов связаны с соответствующими выходами коммутатора, второй вход которого соединен со вторым выходом вычислительного блока, третий выход которого связан со входом регистрирующего блока. Генератор тестовых сигналов выполнен в виде генератора белого щу.ма.

На чертеже .дана структурная схема устройства для определения частоты характеристик звеньев динамических систем.

Прямые пути из узлов исследуемой системы / включают звенья, имеющие общий

выход. К этим узлам подключаются вибраторы 2, .питание которых осуществляется от генератора тестовых сигналов 3 через усилитель мощности 4 и коммутатор 5. В качестве генератора тестовых сигналов 3 использован- генератор |белого шума. Ко входу каждого из звеньев, имеющих общую точку выхода, и ж общей точке выхода подключаются измерительные преобразователи 6, которые через согласующие усилители 7

и АЦП 8 связаны с блоком .памяти 9. Блок памяти 9 имеет двустороннюю связь с цифровым вычислительным блоком 10, который имеет выход на регистрирующий блок Ц. Выход усилителя мощности 4 через АЦП 12 соединен с блоком памяти 9.

Идентификация исследуемой динамической системы / заключается в определении передаточных функций (или амплитуднофазовых частотных характеристик), составляющих звеньев Wi-iW, и невозможна ранее известными устрюйствами, так как переменные .в узлах системы являются функциями передач нескольких сходящихся

звеньев, а измерение сигналов непосредственно на выходе отдельных звеньев физически не 1реали.зуемо. В Качестве примера рассмотрим идентифЕкацию звена, имеющего .передаточную функцию Это звено имеет общую точку выхода со звеном W. Для того чтобы эти звенья находились на Прямых .путях от источников тестовых сигналов, требуется подключить один (на.пример, электромагнитный) вибратор 2 к узлам А иди В, а другой - к узлам D и . При этом прямой путь от первого вИбратора включает звено Wz, а прямой луть от второго вибратора - звено W. iB данном случае подключение вибраторов 2 в узлах Л и предпочтительнее, так как обеспечивает возможность идентифИКации всех звеньев исследуемой системы 1. Устройство работает следующим образом. Тестовый сигнал от генератора 3 через усилитель мощности 4 и коммутатор 5 подается к одному из вибраторов 2, подключенных к исследуемой системе. Сигналы на входах идентифицируемого звена и встречно сходящегося с ним звена, т. е. звена, имеющего с ним общую точку выхода, а также iB общей точке выхода (узел С) измеряются (например, аналоговыми) измерительными преобразователями 6, в .качестве которых могут быть использованы датчи.ки механических величин любых известных типов, и через согласующие усилители 6 поступают на АЦП 8. Тестовый сигнал с выхода усилителя мощности 4 поступает на АЦП 1. АЦП 8 и 11 осуществляют квантование непрерывных случайных процессов по каждому из названных каналов, причем шаг квантования по времени не должен превышать половину .периода максимальной анализируемойчастоты. Цифровые значения переменных с выходов АЦП S и 7/ поступают в блок памяти 9 и накапливаются в нем. После получения необходимой длины реализации (т. е. заданно го количества цифровых значений переменных), вычислительный блок 10 с помощью .коммутатора 5 переключает выход усилителя мощности 4 на второй электромагнитный вибратор 2. Затем .проводится аналогичная пос-ледовательность операций, в |результате которой в бло.ке оперативной памяти 8 накапливается вторая серия значений измеряемых переменных. После .достижения необходимой длины реализации при работе вибратора 2, вычислительный блок 10 производит математическую обработку полученных результатов, которая заключается в ipeщении уравнения SiB(to) Sio((o) S2C(«) 52в(ш) Ssofw) - матрица-стол;бец из значений взаимных спектральных плотностей сигнала Б общей точке выхода и тестового сигнала на,выходе усилителя мощности при работе каждого вибратора; матрица-столбец из о.пределяемых характеристик передачи .каждого из звеньев системы, имеющих общую точку выхода;SIB(W)(W) - квадратная матрида из 1|5ов(со)52о(ш) значений взаимных спектральных плотностей сигналав на входе каждого из звеньев, имеющих общую точку выхода и тестового сигнала на выходе усилителя мощности при работе каждого вибратора. Рещение имеет вид; 51с(ш)51о(ш) 52с(ш)520 (ш) j Г SiB(u))5iD(io) 5)в(и))52о() SiB(u))5ic(№) 52в(и)52с(и ) Г,(СО) : SIB(U))SIDIM) 52в(ш)52о(и)) Таким образом, определяются частотные характеристики идентифицируемого звена и одновременно эвена (или звеньев), имеющих с ним общую точку выхода. Следует отметить, что число звеньев динамической структуры, имеющих общую точку выхода, о.пределяет необходимое число электромагнитных вибратаров, число измерительных Преобразователей и порядок матричного уравнения. Изобретение позволяет повысить точость идентификации, расширить класс идентифицируемьтх систем и производить иденти фика.цию сложных многоконтурных систем в процессе их нормального функционирования, т. е. ра.сщирить функциональные возможности устройства. Формула изобретения 1. Устройство для определения частотных хара.ктерпстиК звеньев динамических систем, содержащее регистрирующий блок, последовательно соединенные генератор тестовых сигналов и усилитель мощности, первый и второй измерительные преобразоатели, (ВХОДЫ которых связаны соответ