Устройство для измерения частотныхХАРАКТЕРиСТиК Советский патент 1981 года по МПК G05B23/02 

1

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и предназначено для экспериментального исследования динамических характеристик систем автоматического управления (САУ).

Известен анализатор спектра, основанный на вычислении ряда Фурье и содержащий генератор гармонических колебаний ортогональных функций (синусоидальных и косинусоидальных колебаний), блоки умножейия, интеграторь и регистраторы. При определении амплитудно-фазовых характеристик этим анализат.ором система выводится на режим вынужденных колебаний, выходной сигнал системы умножается на синусоидальные и косинусоидальные колебания, а затем полученное произведение интегрируется на периоде. На выходах интеграторов получаются значения вещественной и мнимой составляющих амплитудно-фазовой характеристики 1.

Недостатками этого устройства являются длительность определения амплитуднофазовых характеристик, так как, их точки определяются путем последовательной подачи на вход системы ряда частот, и сложность в реализации блоков умножения.

Известно устройство для определения частотных характеристик функционирующих объектов автоматизации, содержащее две группы цифровых гармонических анализаторов, многокальный блок сравнения с дву- мя группами входов. В процессе эксплуатации цифровые гармонические анализаторы выделяют скрытые периодичности, а затем определяют амплидутно-фазовую характеристику 2.

Недостатки устройства заключаются в 0 сложности реализации линейных вибраторов и сложности устройств для обработки выходных сигналов линейных вибраторов,повыщенной чувствительности линейных вибраторов к действию помех и больщом количестве преобразователей аналог-код.

Известно также устройство для определения частотных характеристик объектов управления, содержащее линейные вибраторы, входы которых соединены с выходом 0 объекта, а выходы - с блоками индикации; генератор полигармонических колебаний, подключенный ко входу объекта 3.

Недостатками такого устройства являются повыщенная чувствительность линейных вибраторов к действию помех и сложность в аппаратурной реализации, связанная со сложностью реализации линейных вибраторов и относительно большим количеством преобразователей аналог-код. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения частотных характеристик, содержащее формирователи программных импульсов, блок логического сложения и последовательно соединенные генератор частоты, генератор полигармонического сигнала, один выход которого соединен с управляющим входом ключа, другой выход - со входом исследуемого объекта, выход которого соединен со входами блока выделения знака и преобразователя аналог-код, выход которого соединен с сигнальным входом ключа, выход которого связан со счетными входами реверсивных счетчиков, выходы которых связаны со входами соответствующих блоков регистрации, а управляющие входы подключены к выходам соответствующих логических блоков, первые входы которых соединены с выходом-блока выделения знака 4. Однако в полигармоническом сигнале, подаваемом на вход исследуемой системы, могут содержаться гармоники, находящиеся между собой в соотнощении 1,2,4,8..., т.е. гармоники с частотами (где п 0, 1, 2, 3,...), что сужает возможности прибора при точных измерениях частотных характеристик объектов САУ. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что выход генератора частоты подключен ко входам формирователей программных импульсов, выходы которых подключены к соответствующим входам блока логического сложения и вторым входам соответствующих логических блоков, а выход блока логического сложения подключен к управляющему входу преобразователя аналог-код. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит генератор частоты 1, генератор полигармонического сигнала 2, исследуемый объект 3, блок выделения знака 4, преобразователь аналог-код 5, ключ 6, формирователи программных импульсов 7 и 8, состоящие из делителей частоты 9 и регистров сдвига 10, блок логического сложения 11, логические блоки 12 и 13, реверсивные счетчики 14 и 15 и блоки регистраторов 1§.и 17. Генератор полигармрническогр сигнала 2 можно выполнить, используя метод разложения Фурье по системе ортонормированных функций, например функций Уолша. В качестве блока выделения Знака 4 можно использовать нуль-орган. Все остальные элементы; относятся к стандартным элементам измерительной техники. Устройство работает следующим образом, С reHepafopa частоты 1 импульсы поступают на генератор полигармонического сигнала 2 и входы формирователей программных импульсов 7 и 8. В генераторе 2 формируется полигармонический сигнал, который затем подается на вход исследуемого объекта 3 и выводит последний в режим вынужденных колебаний, где определяется знак выходного сигнала исследуемой системы блоком выделения знака 4. Сигнал с него поступает на один из входов логических блоков 12 и 13. На выходах формирователей программных импульсов 7 и 8 в момен ты времени, определяемые выражениями М....), (1) n- 5j-« -(-f).« выходные сигналы на выходах формирователей; -период низшей частоты; -натуральный ряд чисеш, суммиро-. врние по которым охватывает интервал реализации, появляются импульсы, которые поступают на входы блока логического сложения 11 и на соответствующие входы логических блоков 12 и 13. Сигнал с выхода блока логического сложения 11 управляет преобразователем аналог-код 5, выход которого через ключ 6 подключен ко входам блоков реверсивных счетчиков 14 и 15.. Ключом 6 по сигналу из генератора полигармонического сигнала 2 задается время измерения, равное периоду низщей гармоники (или кратное ей в случае статической отработки сигнала), в течение которого сигнал с выхода преобразователя аналог-код 5 поступает через открытый ключ 6 на блоки реверсивных счетчиков 14 и 15, Направление счета каждым из реверсивных счетчиков определяется соответствующим логическим блоком 12 и 13. В зависимости от знака сигнала на выходе логических блоков 12 и 13 выходной сигнал преобразователя аналог-код 5 вводится в счетчики со знаком плюс или минус, причем знак плюс соответствует одинаковым знакам сигналов, подаваемым на входы логических блоков 12 и 13, а знак минус - сигналам с разными знаками, подаваемым на входы тех же счетчиков. После окончания процесса измерения бло ка регистраторов 16 и 17, которые подключены к выходам счетчиков 14 и 15, будут известны значения мнимой и действительной составляющих амплитудно-фазовой характеристики исследуемой системы. Предлагаемое устройство имеет широкие функциональные возможности при определении амллитудно-фазовых характеристик, так как позволяет одновременно, на том же частотном диапазоне, определить большее количество точек.

Формула изобретения

Устройство для измерения частотных характеристик, содержащее формирователи программных импульсов, блок логического сложения и последовательно соединенные генератор частоты, генератор полигармонического сигнала, один выход которого соединен с управляющим входом ключа, другой выход,-со входом исследуемого объекта, выход которого соединен со входом блока выделения знака и со входом преобразователя аналог-код, выход которого соединен с сигнальным входом ключа, выход которого связан со счетными входами реверсивных счетчиков, выходы которых связаны со входами соответствующих блоков регистрации, а управляющие входы -с выходами соответствующих логических блоков, первые входы которых соединены с выходом блока выделения знака, отличающееся тем, что с целью повыщения точности и быстродействия устройства, выход генератора частоты подключен ко входам формирователей программных импульсов, выходы которых подключены к соответствующим входам блока логического сложения и вторым входам соответст вующих логических блоков, а выход блока логического сложения подключен к управляющему входу преобразователя аналог-код

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Ордынцев В. М. Автоматизация математического описания объектов управления. М., «Мащиностроение, 1969, с. 141 -

143.

2Авторское свидетельство СССР № 199229, кл. G 05 В 23/02, 1966.

3Авторское свидетельство СССР № 307390, кл. G 05 В 23/02, 1971.

4Авторское свидетельство по заявке № 2454270/18-24, кл. G 05 В 23/02, 1976.