Анализатор импульсных моментовлиНЕйНыХ СиСТЕМ АВТОМАТичЕСКОгОРЕгулиРОВАНия Советский патент 1981 года по МПК G05B23/02 

(54) АНАЛИЗАТОР ИМПУЛЬСНЫХ МОМЕНТОВ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Изобретение относится к технической кибернетике и предназначено для идентификации линейных (квазилинейных) систем автоматического регулиро вания (САР), Известен анализатор импульсных моментов линейных САР, содержащий генератор возмущающих сигналов, иссл дуемый объект, анализаторы моментов входного и выходного сигналов объект синтезируемые на основе функциональных Преобразователей, блоков умножения и интеграторов Г 1. Недостатком известного устройства является высокая чувствительность к помехам, действующим на выходе иссле дуемого объекта. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ан лизатор, содержащий интеграторы и последовательно соединенные генератор импульсов и переключатель, приче выход генератора импульсов подключен к выходу анализатора, а второй вход переключателя - к входу анализатора C2L Недостатки такого анализатора со-. стоят в наличии большого количества операционных усилителей, которые обладают высокой чувствительностью к помехам, аддитивно действующим на выходе исследуемого объекта и искажайщим полезный сигнал, а также в невозможности использования анализатора для идентификации объектов (систем) в процессе их нормальной эксплуатации, когда- сигнал на выходе объекта имеет начальные условия, отличные от нулевых. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости анализатора. Поставленная цель достигается тем, что в анализатор импульсных моментов линейных САР -введены второй генератор импульсов, ключ, регистр, два одновибратора, два триггера, линия задержки и последовательно соединенные блок выборки, дифференциальный 3 усилитель и соответствующее числу мо ментов количество функционально-преобразующих цепочек, состоящих из пос ледовательно соединенных делителя, коммутатора и масштабир пощего усилн теля, причем выход второго генератора импульсов подключен через ключ к входу регистра, соответствующие выходы которого подсоединены к соответ ствующим входам каждого коммутатора, причем первый выход регистра подключен через первый одновибратор к первому входу первого триггера, последний выход - через второй одновибратор к первому входу второго триггера и входу линии задержки, второй вход первого триггера .подключен к второму входу второго триггера и выходу первого генератора импульсов, выход пер вого триггера - к второму входу ключа, выход второго триггера - к перво му входу блока выборки и входу первого генератора импульсов, второй вход блока выборки - к выходу переключателя и второму входу дифференциального усилителя, первые входы соответствующих интеграторов подключены к выходам, соответствующих масшт бирующих усилителей, вторые входы соединены между собой и с выходом линии задержки, а выходы - с соответствующими выходами анализатора. На чертеже представлена блок-схема анализатора. Блок-схема содержит генератор 1 импульсов (возмзщающих) , объект 2, переключатель 3, блок 4 выборки,усилитель (.дифференциальный) 5, функциональный преобразователь 6, регистр (сдвигающий) 7 , генератор 8 импульсов (тактовых), ключ 9, делитель 10, аналоговые ключи 11, усилитель(масшт бирующий) 12, одновибратор 13, триггер 14, линия 15 задержки, интегратор (интегрирующий усилителы 6, коммутатор 17. Генератор 1 возмущающих импульсов предназначен для генерирования сигналов f(t) произвольной формы, в частности одиночных прямоугольных импульсов и представляет формиро ватель импульсов типа одновибратора. Исследуемый объект 2 пред ставляет линейную (квазилинейную) САР, либо отдельные ее динамические звенья. На вход объекта 2 подается прямоугольный импульс f(t), на выходе переходный процесс 4 г((1)+Я(1) , где x(t) - динамическая характеристика, представляющая реакцию объекта на возмущение f(t), Л (t) - случайная стационарная помеха, аддитивно накладываемая на полезный сигнал x(t). Переключатель 3 позволяет выбрать сигнал либо на входе объекта 2, либо на его выходе. Блок 4 выборки - хранения предназначен для определения начальных уровней f(о) и Z(о) сигналов .f{t) и z(t) и реализован на основе операционного усилителя, охваченного обратной связью из параллельно соединенных резистора и конденсатора , коммутируемых аналоговым ключом. Блок 4 выборки - хранения и дифференциальный усилитель 5 предназначены для исключения ненулевых начальных условий сигналов f(t) и z (t) . Выход дифференциального усилителя 5 соединен с рабочим входом динамического функционального преобразователя 6, слзгжащего для воспроизведения степенных функций (t)t (,...m) и из умножения на сигнал z (t), либо f (t). Вход сдвигающего регистра 7 связан с генератором 8 тактовых импульсов через ключевой элемент 9. Выходы п разрядов сдвигающего регистра 7 подключены к управляющим входам динамического функционального преобразователя 6, состоящего из m делителей 10 напряжения, каждый из которых имеет п . последовательно соединенных резисторов. Количество резисторов делителя 10 выбирается исходя из точности ступенчатой аппроксимации функций t ( , ...ш) . Выводы резисторов каждого делителя 10 связаны через аналоговые ключи 1 с входом масштабного усилителя 12. Генератор 8 тактовых импульсов, выполненный по схеме мультивибратора, формирует временные интервалы, в течение которых выходные напряжения делителей 10 остаются неизменными. Частота импульсов генератора 8 тактовых импульсов переменна и определяется временем протекания переходного процесса в исследуемом объекте 2. Сдвигающий регистр 7 выполнен на микросхемах типа К155ИР1, аналоговые ключи 11 - на полевых транзисторах. Выходы первого и П-го разрядов сдвигающего регистра 7 через одновибраторы 13 связаны с триггерами 14, причем единичное состояние первого триггера 14 определяет начало протекания переходного процесса в исследуемом объекте 2, а единичное состояние второго триггера 14 - окончание переходного процесса. ВьЬсод второго одновибратора 13 соединен че рез линию 15 задержки со входами установки в исходное состояние интег торов 16. Дифференциальный, масштабный и интегрирующие усилители выполнены по стандартным схемам на операционных усилителях типа 153УД2, Для обеспечения разряда запоминающего кон денсатора, после каждого цикла работы анализатора, в обратную связь интегрирующего усилителя 16 (параллельно конденсатору введен универсальный аналоговый ключ на полевых транзисторах. Анализатор работает следующим образом, В исходном состоянии блок 4 выбор ки-хранения работает в режиме инвертора, в первом разряде сдвигающего регистра 7 записана единица, во всех остальных разрядах - нули. Триггеры 14 находятся в единичном состоянии, выходное напряжение интегрирующих усилителей 16 равно нулю, переключатель 3 выбирает сигнал z. (t) на выходе объекта 2, Сигнал с выхода второго триггера 14 переключает блок 4 выборки - хранения в режим хранения ( на запоминан сигнала z(o),a также включает генера тор возмущающих импульсов.При этом одиночный прямоугольный импульс f(t) подается на вход исследуемого объекта 2. Сигнал x(t), представляющий реакцию объекта 2 на сигнал f(t),совместно с помехой X (t) поступает на один из входов дифференциального усилителя 5, на второй вход которого поступает сигнал z(o).Ha выходе дифференциального усилителя 5 имеется напряжение U(t)z(t)-Z(о),которое поступает на вход динамического функционального преобразователя 6. Пока триггер первого разряда регистра 7 находится в единичном состоянии, напряжение на выходе масштабного усилителя 12 К-го делителя 10 остается неизменным и, в результате последовательного соединения всех делителей 10,пропорционально произведению СУ U (t) Ф;| (t) , где (,.,.m), oL . oi o коэффициенты передач соответственно первого и К-ого масштабных усилителей 8 3 12, ЛФ., (t) - коэффициент передачи К-ого делителя 10 при одном замкнутом ключе 1.Сигнал f(t) с выхода генератора возмущающих импульсов переб- расьшает в нулевое состояние триггеры 14, пеовый из которых открывает ключевой элемент 9,разрешая прохождение импульсов от генератора .8 тактовых импульсов на синхронизирующий вход сдвигающего регистра 7. По мере поступления импульсов, разрядные триггеры сдвигающего регистра 7 перебрасываются в единичное состояние, включая последовательно во времени ключи 11, которые подсоединяют секции К-ого (,...m) делителя 10 к входу масщтабного усилителя 12. После замыкания i-ых ключей 11 всех коммутаторов, на выходе К-ого масштабного усилителя 12. напряжение aiU (t) - (t) (i 1,...n; псш /злхсппс; - - ,...m), где обФ. Xt) коэффициент передачи К-ого делителя 10 при I замкнутых ключах 11. При перебросе в единичное состояние триггера п-ого разряда сдвигающего регистра 7 включается второй одновибратор 13, выходной импульс которого перебрасывает второй триггер 14 в единичное состояние. Одновременно включаются п-ые ключи 11, заканчивается протекание переходного процесса в исследуемом объекте 2 и на выходе интегрирующих усилител.ей 16 имеем напряже™ J Utt) YJ, (Ъ) at(k ,.,. m), где - импульсные моменты сигнала z(t} на выходе исследуемого объекта 2 при нулевых начальных условиях, P)J - коэффициент передачи К-ого интегрирующего усилителя 16, Т - длительность переходного процесса в объекте 2, (-t) - коэффициент передачи К-ого делителя 10 при П замкнутых ключах 1 1 . Выбирают количество секций делителя 10 исходя из заданной точности & ступенчатой аппроксимации функций t ( , . . .m). Тогда с точностью 5 выполнено равенство . (t)t ( ,. . .m) и импульсные моменты сигнала z(t) определяются формулой {J (t)t X xdt (,...m). Последующие импульсы от генератора 8 тактовых импульсов снова перебрасывают триггер первого разряда сдвигающего регистра 7 в единичное состояние. При этом включается первый одновибратор 13, выходной импульс которого перебрасывает связанный с ним триггер I4 в единичное состояние и запрещает поступление импульсов на. вход сдвигающего регистра 7.Через время,обусловленное линией задержки 15, сигнал с выхода второго одновибратора 13 поступает на управляющие входы установки в исходное состояние интегрирующих усилителей 16 и начинается новый цикл измерения импульсных моментов. Если переключатель 3 выбирает сигнал f(t) на входе объекта 2, то вычисляются импульсные моменты сигнала f(t) пр формуле (т) (k-1,,..m) Сигналы с выхода интегрирующих усилителей 16, пропорциональные момента , подают в информационные каналы управляющей вычислительной машины и используют для определения и контроля динамических характеристик в виде передаточной функции и импульсной характеристики. Последнее часто необходимо для построения само настраивающихся и адаптивных систем управления. По данному устройству изготовлен и испытан макетный образец. Применение предлагаемого аналйзато-30 к ра позволяет сократить время наладк систем автоматического регу дировани и повышает точность измерения импул ных моментов в присутствии помех. Формула изобретения Анализатор импульсных MOMejiTOB линейных систем автоматического рег лирования, содержащий интегратор по числу измеряемых моментов, а также последовательно соединенные первый генератор импульсов и переключатель причем выход первого генератора импульсов подключен к первому выходу анализатора, а второй вход переключателя - к входу анализатора, о тличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости 38 анализатора, в него введены второй генератор импульсов, ключ, регистр, два одновибратора, два триггера, линия, задержки и последовательно соединенные блок выборки, дифференциальный усилитель и соответствующее числу измеряемых моментов количество функционально-преобразующих цепочек, состоящих из последователь-но соединенных делителя, коммутатора и масштабирующего усилителя, причем выход второго генератора импульсов подключен через ключ к входу регистра, соответств тощие выходы которого подсоединены к соответствующим входам каждого коммутатора, причем первый выход регистра подключен через первый одновибратор к первому входу первого триггера, последний выход - через второй одновибратор к первому входу второго триггера и входу линии задержки, второй вход первого триггера подключен к второму входу второго триггера и выходу первого.генератора импульсов, выход первого триггера - к второму входу ключа, выход второго триггеру к первому входу блока выборки и входу первого генератора импульсов, второй вход блока выборки выходу переключателя и второму входу дифференциального усилителя, первые входы соответствующих интеграторов подключены к выходам соответствующих масштабирующих усилителей, вторые входы соединены между собой и с выходом линии задержки, а выходы с соответствующими выходами анализатора , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . -1.Теория автоматического регулирования, книга 2, под ред.Солодовникова В.В. М., Машиностроение, 1967, с. 93-143. 2.Карнющин Л.В., Чернышов В.М. Экспериментальное определение передаточных функций методом измерения импульсных моментов .- Э;1ектричество, 1966, № 8, с. 11-14 (прототип).