Устройство для определения коэффи-циЕНТОВ гАРМОНичЕСКОй лиНЕАРи-зАции Советский патент 1981 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройств для определения амплитудно-фазовых час тотных характеристик промышленных об ё.стов и систем автоматического регулирования. Известно устройство для определения коэффициентов гармонической линеаризации, основанное на вычислении коэффициентов ряда Фурье и содержащее генератор гармонических колебаний ортогональных функций, блоки умножения, интеграторы и регистраторы Для определения одного значения коэффициента гармонической линеариза ции в. известном устройстве на вход исследуемого объекта следует подать гармоническое воздействие, а затем осуществить разложение в ряд Фурье выходного сигнала.- Для определения второго значения коэффициента гармо нической линеаризации нужно изменит амплитуду подаваемого сигнала и пов торить измерение ij . Для объектов с большими постоянны ми времени процесс измерения коэффи циентов гармонической линеаризации занимает много времени, что являетс недостатком этого устройства. Известны также устройства для измерения частотных характеристик автоматических систем, содержащие генератор гармонических сигналов, два выхода которого соединены со входами двух множительных блоков и с выходом функционального блока, выход которого и выход соответствующего интегратора соединены со входами делителя, при этом выходы интеграторов, делителя и функционального блока связаны с регистрирующими приборами. Оно содержит также дифференцирующий блок, соединенный с выходом систелал, и блок записи и многократного считывания, вход которого подключен к выходу дифференцирующего блока, а два выхода - ко входам множительных блоков f2j и Недостатком этих устройств является то, что они не позволяют определять коэффициенты гармонической линеаризации. Наиболее близким к изобретению по технической -сущиости является устройство для определения коэффициентов гармонической линеаризации, содержащее компараторы, ключи, задающий блок, генераторы синусоидальных и косииусоидальных.колебаний, выходы которых соединены с одними из входов блоков умножения, и последовательно соединен ные интеграторы и блоки регистрации С помощью известного устройства иожно определять амплитудно-фазовые характеристики линейных систем, но невозможно определять коэффициенты гармонической линеаризации. Цель изобретения .- расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве выход каждого из блйков умножения соединен со входом соот ветствующего ему интегратора через ключ,управляющий вход которого через соответствующий ему компаратор соединен с выходом задающего блока. На Физ. 1 представлена частотная характеристика устройства; на фиг.2 блок-схема устройства. Работа данного устройства основана на реализации соотношений для определения коэффициентов гармонической линеаризации q(A) и q (А): {А)-4Ь (Ыn UJt) Siniutctt U) Я ()-4 (Asmwt)cosijjt-Ql-fc (2.) При определении q(A) и q (А) клас сическим методом необходимо на вход нелинейности X X(А) подать синусоидальный сигнал определенной амплйту.ды, а затем представить выходной сигнал в ряд Фурье и взять первую гармонику этого ряда. Эти действия следует повторить при изменяющейся амплитуде входного сигнала и получить значения коэффициентвв гармонической линеариза ции как функции амплитуды. Линейно растущий сигнал можно получить от задатчйка интенсивности и подать на вход системы. В этом случае система используется как усилитель мощности и поэтому позволяет определить коэффициенты гармонической линеаризации звеньев, потребляющих значительную мощность, например, двигателей с механизмами и т.д. Для избежа ния ошибки в определении q(A) и q (А) темп роста линейно растущего сигнала должен быть достаточно медленным, что бы в системе успели затухнуть свободные колебания. Скоростной ошибкой мож но пренебречь, так как следящие систе мы имеют большой коэффициент усиления а задающий сигнал возрастает достаточ но медленно. Чтобы выражения (1) и (2) при действии линейно растущего си нала остались неизменными, надо сформировать синусо-идальные и косинусоидальные сигналы. Рассмотрим их формирование на примере характеристики реле с зоной нечувствительности, но без гистерезиса. Исключение гистерезиса упрощает характеристику реле и не является принципиальным, а принимается только для упрощения рассуждений. На вход звена подается линейно растущий сигнал (фиг. 1). Зададим ряд точек AJ, Aj... Ар, которые соответствуют значениям амплитуды, при которой вычисляются q(А) и q (А). Каждому значению амплитуды входного сигнала соответствует значение выходного сигнала, определяемого видом нелинейности. Так как сигнал, подаваемый на нелинейр нов звено, линейно растущий, то формирование синусоидального сигнала имеет свои особенности: до заданных точек А, А -.. Ар должны сформироваться четверть синусоид,и в заданных точках синусоидальный опорный сигнал должен достичь максимального значения. При достижении максимального значения ля каждой амплитуды процесс перемножения X вых. и синусоидального сигнала с последующим интегрированием заканчивается, а результат интегрирования запоминается. 1 роцесс определения коэффициента гармонической линеаризации в этих точках временно прекращается, хотя амплитуда линейно растушего сигнала возрастает и достигает максимума. При уменьшении входного сигнала его амплитуда вновь дсЛтигает, выбранных ранее точек А, ... А,, А , тогда вновь формируется вторая четверть синусоиды, и определение коэффициентов гармонической линеаризации происходит в соответствии с выра ениями (11 и (2), хотя на вход исследуемого звена подается линейно растущий сигнал. Таким образом была сформирована синусоида на половине периода. Вторая половина синусоиды формируется аналогично, но при уменьшении входного сигнала до некоторого наперед заданного значения. Соотношение между линейно растущим и синусоидальным сигналом, например для точки А, имеет вид ,mLx)t,-oi-b, (1) где A,j - амплитудное значение синосуot - коэффициент при линейно растущем сигнале. В момент времени t t выполнятся два соотношения A,,--oit,, ll) (ь) Исключая из последних уравнений ремя, получаем связь между частотами инусоидальных сигналов S), коэффииентом ot и амплитудами входных сигалов А, для которых определяются оэффишуенты q(A) и q (А). Последнее выражение указывает, что для заданных значений амплитуд между коэффициентом «х и частотами u)n должно выполняться соотношение (4). На фиг. 2 представлена функциональ ная схема устройства с исследуемой системой. Устройство содержит задающий блок 1, исследуемую систему 2, генератор 3 синусоидальных и косинусоидальных колебаний, блоки 4 и 5 умножёния, компараторы б, ключи 7, интеграторы 8 и 9, блоки 10 и 11 регистрации, генератор 12 стабильной частоты, делитель 13 с переменным коэффициентом деления, фазовращатели 14 блоки 15 и 16 формирования функций Радемахера, генераторы 17 : 18 функц Уолша, Ujn опорное напряжение. Устройство работает следующим образом. Первый режим - задание параметров входящих в выражение (.4). Задают два параметра, например об и оОп, а о ределяют параметр А. Затем значение Ар вводится уровнем напряжения U,. на входы компараторов 6. Второй режим -.измерение. В этом режиме на вход исследуемой системы 2 подается от задающего блока 1 линейно растущий сигнал. Одновременно начинае формироваться в генераторе 3 синусоидальных и косинусоидальных колебаний ряд частот, определенных в соответствии с выражением (4). Так как для пре ложенного устройства важна амплитудная и фазовая стабильность опорных си нусоидальных и косинусоидальных колебаний, генератор 3 целесообразно синтезировать на функциях Уолша. Он состоит из генератора 12 стабильной час тоты, выход которого подсоединен к де лителю 13 с переменным коэффициентом деления и ко входу дискретного фазов ращателя 14, который осуществляет сдвиг на Тс/2, что позволяет произвести синтез синусоидальных и косинусоидальных колебаний в генерато pax 17 и 18 функции Уолша по единому алгоритму. Выход фазовращателя 14 подсоединен к делителю 13 с переменным- коэффициентом. Выходы делителей 13 подсоединены к блокам 15 н 16 формирования функций Радемахера. Выходы блоков 15 и 16 формирования функции Радемахера подсоединены к генераторам 17 и 18 функций Уолша, на выходе которых появляются синусоидальные и косинусоидальные колебания заданной частоты. Эти колебания подаются на один из входов блоков 4 и 5 умножения, на второй вход которых подается сигнал с выхода исследуемой системы 2 В блоках 4 и 5 сигналы перемножаются и подаются на входа ключей 7, подсоединенных к выходу компараторов 6. Пока входной сигнал не достиг-нот )сличины Ujn ключи 7 открыты и результат произведения выходного сигнала исследуемой системы 2 на синусоидальные и косинусоидальные функции перодостся на интеграторы 8 и 9, а затем на блоки регистраторов 10 и 11. Когда входной сигнал достиг напряжения задания Uif|i компаратор 6 срабатывает, ключ 7 разрывает цепь сигнала и процесс интегрирования на интеграторах 8, 9 прекращается, но результат интегрирования в них запоминается. Интеграторы В и 9 включаются при уменьшении задающего сигнала, когда он достигает соответствующего порога срабатывания . Схема работает аналогично и при отрицательных значениях линейно растущего сигнала задающего блока 1. Для этого сигнал перед подачей на компараторы 6 инвертируют. Тогда пороги срабатывания компараторов но иэмсннтсп. Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется опредегюние коэффициентов гармонической линеаризации при линейно растущем сигнале. Это расширяет возможности существующих устройств и ускоряет снятие частотных характеристик промышленных систем регулирования. Формула изобретения Устройство для определения коэфг фициентов гармонической линеаризации, содержащее компараторы, ключи, задающий блок, генераторы синусоидальных и косинусоидальных колебаний, выходы которых соединены с одними из входов блоков умножения, и последовательно соединенные интеграторы и блоки регистрации, отличающееся тем, что,с целью расширения функциональных возможностей устройства, в нем выход каждого из блоков умножения соединен со входом соответствующего ему интегратора через ключ, управляющий вход которого через соответствующий ему компаратор соединен с выходом задающего блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ордынцев В. М. Автоматизация математического описания объектов управления. М., Машиностроение, 1969, с. 141-143. 2.Авторское свидетельство СССР 375626, кл. G 05 В 23/02, 1974, 3.Авторское свидетельство СССР № 596915, кл. G 05 В 23/00, 15.04.75. 4.Авторское свидетельство СССР по заявке 2417156/18-24, кл. G 05 В 23/02, 03.11.76 (прототип). вм«

1 2 3 А Jx