Устройство для настройки систем автоматического регулирования Советский патент 1982 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике.

Известны устройства для настройки систем автоматического регулирования (именуемые далее - устройства настройки), содержащие возбудитель периодических колебаний (именуемый далее - возбудитель колебаний) и блок измерения нескольких параметров колебаний (далее - блок измерения). Распространен следующий общий порядок использования устройства настройки для оптимизации системы автоматического регулирования (САР): устройство настройки подключается к САР, устанавливаются и фиксируются определенные значения параметров возбудителя колебаний, при этом в САР устанавливаются периодические колебания сигналов, какойлибо из этих сигналов подается на блок измерения и с помощью последнего измеряются и фиксируются значения параметров колебаний этого сигнала, затем устанавливаются другие значения параметров возбудителя колебаний и вновь производятся измерение и фиксация параметров колебаний САР, далее указанным образом измеряются и фиксируются параметры колебаний САР для ряда настроек возбудителя колебаний, например, при разных значениях периода колебаний . Полученная последовательность данных обрабатывается, например, производится построение амплитудно-фазовой характеристики САР или ее участка, после чего выделяются оптимальные значения параметров настройки регулятора САР по определенным критериям оптимальности ГДЗ. Для настоящего времени.наибольшее распространение нашли устройства настройки, предназначенные и по

15 своей структуре приспособленные для оптимизации САР путем предварительного определения ее частотных характеристик во всей полосе так называемых существенных (для конкретной САР) частот и последующего вычисления оптимальных значений параметров настройки регулятора с использованием экстремальных критериев оптимальности, например минимума времени и максимума степени затухания переходного процесса. Известные настройки такого типа (именуемые далее - устройство настройки первого типа) содержат возбудитель

30 колебаний, выполненнып в виде генератора периодических-колебаний в устанавливаемыми периодом и амплитудой, и блок измерения амплитудночастотной и фазо-частотной характеристик, например, амплитуды и сдвига фазы колебаний либо непосредсФвенно амплитудно-фазовой характеристики. Достоинством устройства настройки первого типа является универсальность, т.е. пригодность для оптимизации САР любой структуры U2J.

Недостатком устройства настройки первого типа является необходимость проведения для оптимизации САР измерений в большом числе ч-астотных точек, например для САР средней сложности рекомендуется проводить измерение в 10-15 частотных точках, что при большей инерционности промышленных САР (часто до- нескольких тысяч секунд, особенно в случа ях, когла из-за большого уровня слу чайных помех измерение в каждой частотной точке проводят в течение нескольких периодов колебаний, приводит к большим затратам времени на процесс оптимизации САР и, следовав тельно, к значительным материальным затратам на наладочные работы.

Известно также устройство настройки другого типа (именуемое далее устройство настройки второго типа), в котором возбудитель колебаний содержит входную и выходную клеммы и включенную между ними нелинейную и фазосдвигающую цепь, содержащую в свою очередь соединенные последовательно релейный элемент и апериодическое звено, а блок измерения обпечивает измерение амплитуды и перида колебаний, причем ррновными параметрами настройки возбудителя являются постоянная времени апериодического звена и уровень ограничения выходной характеристики релейного элемента, приведенный к выходной клемме через статический коэффициент передачи апериодического звена. Порядок использования устройства настройки такого типа для оптимизации САР состоит в следующем: входная и выходная клеммы устройства настройки соединяются с двумя разными точками САР, при этом в САР некоторых структур возникают устойчивые периодические колебания, с помощью блока измерения-измеряют и фиксируют амплитуду колебаний на входе устройства настройки, а также период колебаний на его входе илЦ) выходе, затем, изменяя параметры настройки возбудителя колебаний, добиваются, чтобы были выполнены определенные соотношения между амплитудой колебаний на входе устройства настройки и уровнем ограничения выходной характеристики релейкого элемента, приведенньпл к выходу устройства настройки через статический коэффициент передачи апериодического звена, а также между периодом колебаний и постоянной времени апериодического звенаf после чего по определенным формулам, в которые подставляются значения казанных параметров настройки возбудителя колебаний, при которых выполнены указанные соотношения, вычисля1ЮТСЯ оптимальные значения параметров настройки регулятора САР. Таким образом оптимизация САР производится без промежуточного определения частотных характеристик САР по частотным точкам во всей полосе существенных частот, при этом используются косвенные неэкстремальные критерии оптимальности,, которыми по существу являются указанные выше соотношения. С помощью устройства настройки второго ипа обеспечивается оптимизация САР большинства применяемых структур, причем достаточная для практики точность оптимизации достигается обычно после проведения измерения параметров колебаний всего в трехпяти частотных точках, т.е. значительно быстрее, чем при использовании устройств настройки первого типа Сз.

Таким образом устройство настройки второго типа обеспечивает меньшее время оптимизации САР, но имеет все же ограниченную область применения.

Наиболее близким к изобретению является устройство настройки, содержащее -источник опорного напряжения, соединенные последовательно делитель частоты, интегратор, цифро-аналоговый преобразователь и выходной блок, установленный вход которого подклйчен к выходу первого задатчика, соединенные последовательно входной блок, релейный элемент и блок измерения , причем первый управляющий вход делителя связан с выходом второго задатчика, второй управляющий вход с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с реверсирующим входом, первый вход - с выходом интегратора, а соответствующие входы блока измерения подключены к одному из выходов входного блока и ко ВХОДУ релейнйго элемента. Масштабный преобразователь выполнен в виде двухстороннего ограничителя. Блок управления содержит . пороговых элемента и RS-триггер, причем входы пороговых элементов объединены и образуют вход блока управлени5, пороговых блоков подключены к установочным входам триггера, а выход триггера является выходом блока управления. Блок измерения снабжён четырьмя входалш и содержит измерения амплитуды с первым отсчет ным подблоком, узел измерения сдвига фазы со вторым отсчетным подблоком, узел измерения периода с третьим отсчетным подблоком и компаратор, причем вход узла измерения амплитуды является входом блока измерения, узел измерения сдвига фазы подключен к соответствующим входам блока измерения и к выходу компаратора, узел измерения периода подклю чен к выходу компаратора, вход компаратора является также одним из входов блока измерения. Известное устройство (анализатор) действует следующим образом. Источник опорного сигнала, делитель, интегратор и блок управления образуют схему гене ратора треугольных колебаний выходного сигнала интегратора с постоянной амплитудой, определяемой порога ми срабатывания пороговых элементов блока управления, и с периодом, который задается первым задатчиком. Треугольные колебания преобразуются преобразователем путем двухсторонне го ограничения ,на уровне 2/3 амплит ды в трапецеидальные колебания, которые по содержанию высших гармоник (менее 5%) не очень сильно отличают от синусоидальных и в первом прибли жении могут считаться синусоидальными и которые после масштабировани выхрдным блоком с помощью второго з датчика и возможно введения постоян ного смещения передаются, на выходную клемму. На выходе формирователя через который блок измерения подклю чен к интегратору и блоку управлени в каждом периоде колебаний из выход ного сигнала интегратора с помощью блока управления формируется линейн нарастающий сигнал, который поступа ет на вход блока измерения и является для него сигналом линейной раз | вертки фазы.Входной блок воспринимает колебания с входной клеммы,компенсиру ет постоянную составляющую входного сигнала,усиливает колебания и передае их на первый вход блока измерения и на вход релейного элемента. Релейный элемент преобразует колебания произвольной формы в прямоугольные колебания и передает последние на второй вход блока измерения. Блок измерения измеряет амплитуду колеба ний на первом входе и отображает ее на первом отсчетном подблоке с учетом коэффициента усиления входного блока, так что показания соответствуют амплитуде на входной клемме. Блок измерения измеряет . сдвиг фазы прямоугольных колебаний на втором входе относительно прямоугольных колебаний на выходе компаратора по принципу отсчета величины изменения сигнала линейной развертки Фазы за интервал времени между определенными фронтами этих колебаний и отображает результат на втором отсчетном подблоке. Порог срабатывания компаратора выбран равным среднему значению выходного сигнала интегратора, так что прямоугольные колебания на выходе компаратора совпадают по фазе с колебаниями на выходе интегратора и, следовательно , с колебаниями на выходной клемме . Так как колебания на второй входе совпадают по фазе с колебаниями на входной клемме, показания отсчетного подблока соответствуют сдвигу фазы колебаний на входной клемме относительно колебаний на выходной клеь1ме. Блок измерения измеряет также период прямоугольных колебаний на выходе компаратора, равный периоду колебаний на выходной клемме, и отображает результат на третьем отсчетном подблоке. Так как анализатор содержит генератор . периодических колебаний и блок измерения, обеспечивающий измерение амплитуды и сдвига фазы, то он является устройством настройки пеового типа. Анализатор не содержит нелинейной фазосдвигающей цепи, включенной между входной и выходной клеммами, и поэтому не обеспечивает работы -в качестве устройства настройки второго типа ,Л . Таким образом, известные устройства настройки являются либо только устройствами настройки первого типа, либо только устройствами настгЗойкн второго типа, поэтому они не обеспе чивают оптимизацию САР любым (по желанию оператора7 из двух описанных методов, т.е. обладают недостаточными функциональными возможностями. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит арифмет1 ческий блок, аналого-цифровой преобразователь и переключатель, при этом выходы источника опорного сигнала и арифметического блока подключены ко входам переключателя, вход анашогоцифрового преобразователя и второй вход блока управления подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя, первый выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом делителя частоты, второй выход - с третьим входом блока управления, первый вход арифметического блока соединен с выходом релейного элемента, второй вход с выходом цифро-аналогового преобразователя и, кроме того, промежуточный выход делителя частоты соединен с соответствующим входом блока 1 змерения, переключающий вход которого соединен с вторым выходом переключателя . На фиг. 1 изображена схема перво го варианта выполнения устройства настройки; на фиг. 2 - схема второго варианта выпрлнения устройства настройки; на фиг. 3 - временные диаграммы работы второго варианта выполнения устройства настройки. Схема устройства настройки по пе вому варианту .{фиг. 1) содержит ис- точник опорного сигнала 1, делитель частоты 2,интегратор 3, цифро-анало говый преобразователь 4, выходной блок 5, выходную клемму 6, блок управления 7, задатчики 8, 9 и 10, входную клемму 11, входной блок 12, релейный элемент 13, блок измерения 14, арифметический блок 15, аналого-цифровой преобразователь 16, пе.реключатель 17 и источник логически уровней 18. Устройство настройки мо жет допол11ительно содержать формиро ватель (не показано). Делитель частоты 2 (далее - делитель) выполнен в виде двух секций 19 и 20, каждая секция снабжена своим входом управл ния, вход первой секции является ос новным входом 21 делителя 2, вход управления первой секции является первым входом управления 22 делител 2, выход первой секции соединен с входом второй секции, вход управлен второй секции является вторым входом управления 23 делителя, а выход второй секции является основным выходом 24 делителя 2. Интегратор 3 .выполнен с основным входом 25, выхо дом 26, входом реверса 27. Цифроаналоговый преобразователь 4 или масштабный преобразователь выполне так, что осуществляет линейное прео разование входного сигнала в выходной сигнал по крайней мере в пределах части диапазона изменения входн го сигнала и в частном случае может являться линией соединения входа с выходом. Выходной блок 5 снабжен основным входом 28, входом 29 установки коэффициента передачи и входом 30 введения в выходной сигнал постоянной составляющей. Блок управ ления 7 снабжен входами 31, 32 и 33 и выходами 34 и 35 и содержит дешиф ратор 36 и триггер 37. Все указанные входы и выходы блока управления 7 являются одновременно входами и выходами дешифратора 36. Дополнител но дешифратор 36 снабжен входом 38 и выходами 39 и 40. Триггер 37 выполнен в виде RS-триггера, снабжен выходом 41 и установочными входами .и 43. Дешифратор 36 выполнен так, что при первом логическом уровне на входе 33 он формирует на выходе 39 тот логический уровень, который обеспечивает установку определенного состояния триггера 37 по его усТановочному входу 43 при достижении сигналом, подаваемым .на вход 31 и именуемым далее - основной сигнал, первого определенного значения, именуемого далее число N.J , далее он формирует на выходе 40 тот логический уровень, который обеспечивает установку другого определенного состояния триггера 37 по его установочному входу 42, при достижении основным сигнсшом второго определенного значения, именуемого дешее - число Nj он формирует на выходе 35 сигнал, принимающий в зависимости от величины основного сигнала несколько фиксированных значений, каждое из которых соответствует своейопределенной области значений основного сигнала, состоящей из двух подобластей, характерных тем, что Две подобласти, образующие одну область, расположены на числовой оси возможных значений основного сигнала симметрично относительно среднего арифметического знамения чисел N и N 2, именуемого далее - число , причем упомянутые фиксированные значения сигнала на выходе 35 таковы, что каждое из них при подаче на вход управления 23 делителя 2 обеспечивает установку своего значения коэффициента передачи второй секции 20 делителя 2 и упорядочены между собой так, что устанавливаемый указанным образом коэффициент передачи второй секции делителя 2 имеет тем большее значение, чем дальше соответствующая область значений основного сигнала отстоит на указанной числовой оси от числа NQ, /далее он передает на выход 34 логический сигнал, поступающий на вход 38 с триггера 37 возможно с инверсией, а при втором логическом уровне на входе 33 он формирует на выходе 35 одно фиксированное значение сигнала, которое при подаче на вход управления 23 делителя 2 обеспечивает. :установку определенного значения коэффициента передачи второй секции 20 делителя 2 и передает на выход 34 логический сигнал, поступающий на вход 32 возможно с инверсией. Входной блок 12 снабжен входом 44, основным выходом 45 и дополнительным выходом 46 и выполнен так, что он производит усиление входного сигнала до уровня, достаточного для работы блока измерения 14, компенсирует постоянную составляющую входного сигна-v ла, сглажйвает импульсныепомехи и представляет на выходе 45 преобразованный сигнал, а на выходе 46 - сигнал, отображающий своей величиной установленное значение коэффициента усиления. Релейный элемент 13 имеет двухпозиционную выходную ,сарактеристику с симметричными относительно нуля выходного сигнала стабильными уровнями, которые называют уровнями ограничения. Блок измерения 14 снабжен входами 47 - 51 и выполнен известным образом, что измеряет амплитуду колебаний на входе 47 с учетом значения сигнала на входе 48, измеряет период колебаний на входе 49 или 50, а также измеряет сдвиг фазы колебаний на входе 49 относительно колебаний на входе 50, причем в качестве меры величины сдвига фазы использует сигнал линейной развертки фазы, подаваемый на вход 51 извне. Блок измерения дополнительно может быть снабжен входом установки режима и выполнен так, что в первом режиме он измеряет амплитуду колебаний и сдвиг фазы, а во втором режиме он измеряет амплитуду и период колебаний. Арифметический блок 15 снабжен входами 52 и 53 и выполнен так, что его выходной сигнал равен разности сигналов, поданных на его входы и, возможно, умноженных на некоторые постоянные коэффициенты. Аналого-цифровой преобразователь 16 снабжен входом 54 и выходами 55 и 56 и предоставляет на выходе 55 информа ,,цию об абсолютной величине входного сигнала, а на выходе 56 - информацию о знаке входного сигнала. Переключателй 17 имеет два положения, услов но обозначаемые далее ГК и ВА, и в каждом из этих положений непосредственно своими контактами или с помощь ключей, которые управляются этими контактами, обеспечивает соединения указанные на фиг.1 Источник логических уровней 18 снабжен парафазным выходом логического сигнала с уровнями, согласованными с дешифратором 36 блока управления 7. Формирователь если он Содержится в устройстве наст ройки , снабжен входом, выходом и входом управления. Вход 50 блока измерения 14 может быть подключен либо к выходу масштабного преобразователя 4, либо к выходу интегратора 3 в зависимости от особенностей выполнения первого преобразователя и интегратора, указанных ниже. Вход 5 блока измерения 14 может быть подключей либо к выходу масштабного пре образователя 4, либо к выходу интегратора 3 через формирователь, соеди ненный также с блоком управления так, как это выполнено в известном устройстве (формирователь не показан}, либо при определенномуказанно ниже выполнении делителя 2 - непосредствен о к дополнительному выходу 57делителя 2, являющемуся выходом первой секции 19 делителя 2. Блок измерения 14, в частности его вход 58установки режима, может быть под ключен к переключателю 17, например к его выводу, соединенному с блоком управления 7. . Режим работы устройства настройки после установки переключателя 17 в положении ГК именуется режим ГК, а режим работы устройства настройки после установки переключателя в положение ВА - режим ВА. В режиме ГК переключатель 17 передает с источника логических уровней 18 на вход .33 блока управления 7 тот логический уровень, который при характеристике блока управления 7 назвав) первым логическим уровнем. Блок управления 7 в этом случае в соответствии с приведенной выше его характристикой формирует на выходе 35 фиксированное значение сигнала из ряда фиксированных значений, определяемое указанным образом величиной сигнала на входе 31, т.е. величиной выходного сигнала интегратора 3, в результате чего в соответствии с приведенной характеристикой управляемого делителя 2 его вторая секция 20 имеет коэффициент деления, определяемый значением сигнала на выходе 35 блока управления 7. Переключатель 17 соединяет также вход 54 аналого-цифрового преобразователя 16 с источником опорного сигнала 1. Опорный сигнал имеет постоянную величину, поэтому на выходе 55 аналого-цифрового преобразователя 16 также имеет место постоянный сигнал. Будем далее считать, что задатчиком 8 установлен отличный от нуля коэффициент передачи первой секции 19 делителя 2 и ни одному из указанных фиксированных значений сигнала на выходе 35 блока управления не соответствует нулевое значение . коэффициента передачи второй секции 20 делителя 2, тогда общий коэффициент передачи делителя 2 не равен нулю, следовательно,, на основном входе 25 интегратора 3 действует отличный от нуля сигнал постоянного знака, при этом выходной сигнал интегратора изменяется во времени в сторону, определяемую логическим уровнем Сигнала, действующего на входе реверса 27 и именуемого далее - сигнал реверса. Сигнал реверса поступает с выхода 34 блока управления 7. Как следует из приведенной выше характеристики блока управления 7, сигнал реверса определяется триггером 37, который при достижении выходным сигналом интегратора 3 значения Nj устанавливается в одно определенное состояние, а при достижении выходным сигналом интегратора значения N устанавливается в противоположное состояние . При надлежащем выборе в качестве выхода 41 триггера 37 его прямого или инверсного выхода взаимное соединение между собой интегратора и блока управления образует генератор, в котором выходной сигнал интегратора совершает периодические колебания между значениями . 1 N. и Ng, Нетрудно усмотреть, что в этом генераторе используется тот же принцип возбуждения колебаний, ч что и в прототипе. Если бы выходной сигнал блока управления на его выходе 35 не изменялся .во времени, то очевидно колебания выходного сигнала интегратора как и в прототипе, имели бы треугольную форму. Однако в соответствии с приведенной характеристикой блока управления сигнала на выходе 35 блока управления При периодическом изменении величины сигнала на входе 31 блока управления, т.е. выходного сигнала интегратора 3, периодически и дискретно изменяется-, соответственно периодичес ки и коэффициент передачи второй секции 20 делителя 2, поэтому выходной сигнал интегратора 3 изменяется во времени нелинейно по закону, который можно, отобразить периодической ломаной линией. Количество дискретных значений сигнала на выходе . 35 блока управления 7, сами эти значения и их упомянутое выше упорядочение выполнены так, что колебания выходного сигнала интегратора в итоге имеют форму, мало отличающуюся от синусоидальной. Колебания совершаются относительно упомянутого выше значения NO и имеют амплитуду, равную ( Np). Очевидно, ЧТОпри фиксированном значении постоянной времени интегрирования интегратора 3, а так- ке при определенном выполнении бло.ка управления 7, управляемого делителя 2, второго преобразователя 16 и источника опорного сигнала 1 период колебаний однозначно определяется задатчиком 8.

Масштабный преобразователь 4 линейно передает колебания с выхода интегратора. 3, возможно, с преобразованием вида сигнала на основной , вход 28 выходного блока 5, а при NO О, дополнительно осуществляет смещение средней линии колебаний на величину NO так, что постоянная .составляющая сигнала на выходе масштабного преобразователя достаточно точно равна нулю. Если интегратор 3 выполнен так, что вид его выходного сигнала соответствует требуемому виду выходного сигнала на выходной клемме 6, а MQч О, т.е. колебанияна выходе интегратора -3 совершаются относительно нулевого значения его выходного сигнаша, то преобразователь 4 просто передает колебания со двоего входа на свой выход и может быть выполнен в виде перемычки. Выходной блок 5 масштабирует амплитуду колебаний с помощью задатчика 9, так что задатчик 9 в режиме ГК является задатчиком амплитуды колебаний , Необходимый уровень постощ

ной составляющей сигнала на выходной клемме б может быть установлен задатчиком 10.

Особо рассмотрим случай, когда преобразователь 16 выполнен с -сигналом частоты на выходе 55, делитель 2 выполнен в виде делителя частоты, а интегратор 3 - в виде реверсивного счетчика. В этом случае нетрудно усмотреть, что, несмотря на периодически изменяющийся коэффициент передачи второй секции 20 делителя 2, каждому периоду колебаний выходного сигнала интегратора (например, от значения N до М и обратно) соответствует постоянное число импульсов на входе второй секции, независимо от положения задатчика 8. Частота на входе второй секции 20 при каждом определенном положении задатчика 8 постоянна, поэтому число импульсов этой частоты, отсчитываемое с момента нулевой фазы колебаний выходного сигнала интегратора, пропорционально текущей фазе этих колебаний, причем коэффициент пропорциональности не зависит от установленного значения периода, так что сигнал частоты на дополнительном выходе 57 делителя 2 может быть подан на вход 51 блока измерения в качестве сигнала линейной развертки фазы. В этом случае отпадает необходимость в применении отдельного формирователя сигнала линейной развертки фазы, и устройство настройки упрощается. .

При использовании устройства настройки по его прямому назначению колебания с выходной клеммы 6 подаются в какую-нибудь точку настраиваемой САР, а на входную клемму 11 поступают колебания из какой-либо друго |Точки этой САР. Так как исправная настраиваемая САР, как известно, должна быть устойчивой, считают, что -сигнал на входной клемме 11 содержит колебания с периодом, равным периоду колебаний на выходной клемме 6. Вхбдной блок 12 подавляет шумовую и компенсирует постоянную составляющие входного сигнала, при необходимости усиливает амплитуду колебаний до уровня, достаточного дл надежной работы блока измерения 14, и передает колебания на релейный элемент 13 и на вход 47 .блока измерения, а релейный элемент 13 преобразует эти колебания в промоугольные и передает эти прямоугольные колебания на вход 49 блока измерений. На вход 50 блока измерения поступают колебания с теми же периодом и фазой, ка-. кие имеют колебания на выходной клемме 6, например,-с выхода первого преобразователя 4. На вход 51 блока измерёйия поступает сигнал линейной развертки фазы, например, с выхода формирователя, упомянутого выше. НО не изображенного на фиг. 1, Блок и мерен ия измеряет амплитуду колебаний на входе 47 с учетом коэффициента / усиления входного блока 12, величина которого представлена сигналом на входе 48, так, что результат измерения соответствует амплитуде на входной клемме 11. Если блок измерения не снабжен входом 58 установки режима, то как в режиме ГК, так и в режиме ВА измеряет как период колебаний, на входе 49, равный периоду колебаний на входной клемме 11, или период колебаний на входе 50, равный периоду колебаний на выходной клемме б, так и сдвиг фазы колебаний на входе 49 относительно колебаний на входе 50, равный сдвигу фазы колебаний на входной клемме 11 относительно колебаний на выходной клемме б. Если же блок измерения снабжен входом 58 установки режима и подключен этим входом к переключателю 17, то блок измерения в режим ГК измеряет амплитуду и сдвиг фазы. Итак, устройство постройки согласно фиг. 1 в режиме ГК действует как генератор периодических колебаний и измеритель амплитуды и сдвига фазы, так что является согласно принятой выше классификации устройство| настройки первого типа. В режиме ВА переключатель 17 передаеац.от источника логических уровней на вход 33 блока управления 7 тот логический уровень, который при характеристике блока управления назван вторым логическим уровнем. Блок управления в этом случае в соответствии с приведенной выше его характеристикой-пе редает на выход 34 сигнал с входа 3 так что направление действия интегратора 3 определяется знаком сигнала JHa входе 54 аналого-цифрового преоб разователя 16, и формирует на выходе 35 одно фиксированное значение сигна ла, так что общий коэффициент переда чи делителя 2 целиком определяется положением задатчика 8. Вход же 54 аналого-цифрового преобразователя соединен через переключатель с выходом арифметического блока 15. Если предположить, что коэффициент масштабирования сигнала по входу 53 ариф метического блока равен нулю, то этот блок просто передает сигнал с входа 52, взятый с некоторым коэффициентом,в.$том случае легко усмотреть что последовательно соединенные с помощью переключателя арифметический блок 15, аналого-цифровой преобразо ватель 16, делитель 2, интегратор 3 и цифро-аналоговый преобразовател 4 совместно с указанной целью передачи сигнала знака с аналого-цифрово го преобразователя 16 на вход ревер са 27 интегратора 3 образуют интегр тор, называемый далее эквивалентнщй интегратор, с входом, которым является вход 52 арифметического блока 15 с выходом, которым является выход цифроаналогового преобразователя 4, и с входом установки постоянной времени интегрирования, которым является вход управления 22 делителя 2. При отличном же от нуля коэффициенте масштабирования по входу 53 арифметического блока 15 эквивалентный интегратор охвачен линейной обратной связью, образованной соединением этого входа с выходом преобразователя 4. Знак коэффициента масштабирования по входу 53 арифметического блока 15 выбран таким, чтобы упомянутая обратная связь была отрицательной. Так как интегратор охваченный линейной (или, как в технике называют - жесткой) отрицательной обратной связью, образует апери одическое звено первого порядка, то цепь передачи сигнала с входа 52 арифметического блока 15 на выход преобразователя 4, а также, учитывая указанную выше линейность выходного блока 5, и на выходную клемму 6 является апериодическим звеном первого порядка. Так как вход 52 арифметического блока подключен к выходу релейного элемента 13, а релейный элемент через входной блок 12 подключен к входной клемме, то устройство настройки образует между входной и выходной клеммами нелинейную и фазосдвигающую цепь, содержащую включенные последовательно релейный элемент и апериодическое звено. Так как постоянная времени апериодического звена, образованного указанным образом, при фиксированных коэф-фициентах масштабирования по входам арифметического блока пропорциональна постоянной времени эквивалентного интегратора, то задатчик 8 является задатчиком постоянной времени апериодического звена. Ре лейный элемент 13 имеет симметри ные относительно- нуля уровни ограничения его выходной характеристики. Из принципа действия апериодического звена следует, что после перехода выходного сигнала релейного элемента на новый уровень выходной сигнал апериодического звена стремится по экспоненте к значению, равному значению этого нового уровня, умноженному на статический коэффициент передачи апериодического звена. Так как статический коэффициент передачи апериоди.ческого звена прямо пропорционален коэффициенту передачи выходного блока 5, определяемому задатчиком 2, то задатчик 9 является задатчиком уровня ограничения выходной характеристики релейного элемента, приведенного к выходной клемме 6 через статический коэффициент передачи апериодического звена. При подключении входной и выходной клемм к двум разным точкам. СЛР вследствие отмеченной выше цепи передачи сигнала с входной клеммы на выходную клемму через нелинейную и фазосдвигающую цепь при определенных динс1мических свойствах САР в образованной замкнутой системе САР - устройство настройки, как было указано выше, возникают периодические колебания, так что устройство наст-/ ройки можно считать возбудителем колебаний. В установившемся режиме колебания на выходной клемме б имеют экспоненциальную форму, обычно характерную для RS-генераторов, причем как период, так и амплитуда колебаний зависят и от постоянной времени апериодического звена, от приведенного уровня ограничения и от динамических свойств настраиваемой CAP. Если блок измерения 14 не соединен с переключателем, то,очевидно, он действует также как в режиме ГК, т.е. измеряет и амплитуду, и период, и сдвиг фазы, причем измерение сдвига фазы производится с использованием в качестве меры фазы сигнала, подаваемого на вход 51 блока измерения 14 либо Свыхода формирователя подключенного к выходу, интегратора 3 и к блоку управления 7, либо с дополнительного выхода 57 делителя 2. Однако в режиме ВА в процессе колебаний как выходной сигнал интегратора, так и частота на выходе 57 делителя изменяются во времени нелинейно, а .амплитудные значения их изменений зависят от постоянной времени апериодического звена, от приведенного уровня ограничения и от динамических свойств САР, поэтому показания сдвига фазы являются в режиме ВА неинформативными и только дезинформируют оператора. Если блок измерения 14 подключен к переключателю 17, то в режиме ВА блок измерения измеряет только амплитуду и период колебаний. Итак, устройство наст|ройки Согласно Фиг. 1 в режиме ВА образует между входной и выходной ,.клеммами нелинейную фазосдвигающую цепь, содержащую включенные последовательно релейный элемент и апериодическое звено, а также обеспечивает измерение амплитуды и периода кoлёбa ий, так что является согласно принятой классификации устройством настройки второго типа.

ВТОРОЙ вариант выполнения устройства настройки (фиг. 2 )содержит все элементыустройства настройки сбгласно фиг. 1 и отличается от него только в части конкретного выполнения интегратора 3, блока управления 7 и конкретных соединений блоka управления 7 с делителем 2 и инте гратором 3. Интегратор 3 выполнен в виде реверсивного счетчика и дополнительно снабжен установочным входом 59, обеспечиваю11им установку выходного цифрового сигнала интегратора равным определенному значению иMeнyeмo ty далее число N, путем установки старшего разряда счетчика в одно определенное состояние, а всех его остальных разрядов - в состояния, противоположные устанавливаемому состоянию старшего разряда. Преобразователь 4 осуществляет цифро-аналоговое преобразование входного цифрового сигнала с постоянным вычетом величины, соответствующей указанному выше числу N, т.е веса старшего разряда входного цифро вого сигнала,- Делитель 2 выполнен в виде делителя .частоты с дополнительным выходом 57. Преобразователь 16 Выполнен в виде преобразователя аналоговой величины в сигнал частоты на выходе 55 и в сигнал знака на выходе 56. Блок управления 7 как и в первом варианте выполнения устройства настройки, снаблсен входами 32 и 33 и выходами 34 и 35 и содержит дешифратор. 36 и триггер 37, причем указанньле входы и выходы блока управления являются соответственно входами и выходами дешифратора, а снабжен входом 60 и выходом 61 и содержит счетчик 62 и одновибратор 63. Дешифратор 36 дополнительно снабжен входами 38 и 64 и выходами 65 и 66. Триггер 37 выполнен в виде счетного триггера, снабженноIo динa ичecким счетным входом 68, установочным входом 69 и цифровым выходом 70, установочный вход 69 обеспечивает установку определенного значения сигнала на вьаходе 70, именуемого далее число М. Дешифратор 36 при первом логическом уровне на входе 33 при достижении цифровым сигналом, подаваемыг.1 на вход 64 и именуемым далее основной сигнал, определенного значения - числа HO формирует на выходе 66 тот -логический уровень, который своим Ьо.зникновением приводит в действие счетный вход 67 триггера 37, а при достижении основным сигналом числа M-j., симметричного числу K-t относительно числа MO на числовой оси возможных значений основного сигнала, рн формирует на выходе 65 тот логический уровень, который своим возникновением обеспечивает форг-мрование выходного импульса одновибратором 63, дгшее он формирует на выходе 35 цифровой сигнал с рядом фиксированных значений, каждое из которых соответствует отдельной определенной области значений основного сигнала, состоящей из двух подОбластей, xapaKxeptitJX тем, чти две подобласти, образующие одну область расположёны на числовой оси возможных значений основного сигнала симметрично относительно числа М,,, причем упомянутые фиксированные значения сигнала на выходе 35 известным образом-согласованы с делителем 2 так, что каждое из них при подаче на вход 23 делителя устанавливает свое определенное значение коэффициента передачи второй секции 20 делителя 2, и упорядочены между собой так, что чем дгшьше расположена указанная область значений основного сигнала от числа М на числовой оси- возможных значений основного сигнала , тем больше значение коэффициента передачи второй секции 20 делителя, устанавливаемое соответствующим этой области фиксированным значением сигнала на выходе 35 дешифратора, далее он передает на выход 34 логический сигнал, поступающий на вход 38 с-триггера 37, возможно, с инверсией, а при втором логическом уровне на входе 33 он фомирует на выходе 35 одно фиксированное значение сигнала, которое при его подаче на вход 23 делителя 2 обеспечивает установку определенного значения коэффициента передачи второй секции 20, делителя 2, и передает на вход 34 логический сигНсШ, поступаюищй на вход 32, возможно, с инверсией. Цифровой выход 70 счетчика 62 соединен с входом 64 дешифратора, так что указанный выше основной сигнал является выходным сигналом счетчика 62. Установочный вход 69 счетчика 62 подключен через одновибратор 63 к выходу 65 дешифратора. Счетный вход 67 триггера 37 подключен к выходу 66 дешифратора. Выход одновибратора образует собой также выход 61 блока управления 7. Как и в первом варианте выполнения устройства настройки выход 35 блока управления соединен с входом 23 делителя, а выход 34 блока управления соединен с входом реверса 27 интегратора 3. Вход 60 блока управления соединен с дополнительным выходом 57 делителя. Выход 61 блока : управления соединен с установочным входом 59 интегратора. Вход 50 блока измерения 14 соединен с выходом 26 интегратора 3, а именно - с выходом старшего разряда реверсивного счетчика, каковым, как указано выше является интегратор. Вход 51 блокь измерения 14 подключен к делителю 2, а именно его дополнительному выходу 57. Как и в первом варианте . для устройства настройки блок измерения может быть снабжен входом 58 .установки режима и подключен этим 1входом к переключателю 17.

В режиме ГК действие устройства настройки отличается от описанного ействия устройства настройки, выполненного согласно фиг.1, в основном в части формирования периодических колебаний выходного сигнала ин тегратора 3, соединенными между собой елителем 2, интегратором 3 и блоком правления 7. Работа этих элементов в рехдаме ГК поясняется временными иаграммами, изображенными на фиг.З. Для удобства сопоставления диаграмм между собой и выяснения взаимодействия элементов между собой во времени все диаграмгчы изображены с одним временным масштабом. На выходе 57 делителя 2 и, следовательно, на счетном входе 68 счетчика 62 действует частота F, значение которой опредеяется положением задатчика 8, а при определенном положении этого задатчика является постоянным. Так как выход 70 счетчика 62 соединен с входом 64 дешифратора 36, выход 65 ешифратора 36 через одновибратор 63 подключен к установочному входу 69 счетчика 62, обеспечивающему запись числа М в этот счетчик, а дешифратор 36 в соответствии с его характеристикой, приведенной выше, в режиме ГК действует в цепи между входом 64 и выходом 65 как схема совпадений, настроенная на число Mj, то при имеющей место постоянной частоте на счетном входе 68 счетчика 62 выходной цифровой сигнал счетчика, являющийся для дешифратора основным сигналом, совершает периодические колебания пиообразной формы между значениями М и MI, отображенные на фиг.З диаграммой 71. Сигнал, который возникает на выходе одновибратора 63, и который далее называют сигналбм синхронизации и. обоз ачают R, отображен на фиг. 3 диаграммой 72. в диапазоне изменения выходного сигнала счетчика 62 дешифратором 36 выделяются определенные области, симметричные относительно числа Ид, являкяцегося средним арифметическим значением чисел М и М. Для удобства отображения работы устройства настройки диаграммами в качестве примера число таких областей взято на. фиг.З равным трем, и эти области обозначены 0 , О, Oj . Кауудой такой области соответствует свое значение цифрового сигнала на входе 23 делителя 2 и соответственно свое значение коэфициента передачи второй секции 20 ЭТОГО делителя. Частота на входе второй секции 20 делителя.в режиме ГК при определенном полОжеНИИ Зс1датчика 8 имеет постоянное значение, поэтому каждой области.-О , 0, О- соответствует свое значение частоты на входе 25 интегратора и, следовательно, своя скорость изменения выходного сигнала интегратора. Для определенности примем в качестве примера, что цифровой сигнал на входе 23 делителя 2 отображается , трехразрядным двоичным числом с значениями разрядов, которые обозначаготся 0, Dj., Dj, а вторая секция делителя выполнена так, что при

Ч, D.L О, Dj О ее коэффи0.

циент передачи равен единице-, при

0 О, DZ 1, 03 О - 1/2, йри D О, 0 .О, D 1 - 1/4 а значения цифрового сигнала упорядочены так, что они соответствуют областям о, 0, 0. В этом случае разряды периодически изменяют свои значения как отображено диаграммами 74, 75 и 76, соответственно изменяется и скорость изменения выходного сигнала интегратора, так как эта скорость равна частоте на входе 25 интегратора. Направление изменения выходного CKrtiana интегратора определяется сигналом реверса, поступающим на вход 27 интегратора с выхода 34 блока управления 7. Сигнал на выходе 34 блока управления, т.е. сигнал реверса, в режиме ГК определяется со тоянием триггера 37, которое непосредственно после установки режима ГК может быть произвольным. Для определенности примем, что сигнал реверса в момент t установки режима ГК имеет единичный уровень. Изменение сигнала реверса, обозначенного В, во, времени отображено на фиг.3 диаграммой 73. Так как счетный вход триггера 37 подключен к выходу 66 дешифратора 36, а последний в цепи между входом 64 и выходом 66 представляет собой фактически схему совпадения, настроенную на код числа М, то сигнал реверса изменяет свой логический уровень на противоположный каждый раз при достижении основным сигналом значения MO т.е. в моменты времени t , tg, ,t и т.д. ИзМенение выходного сигнала интегратора, представленного как обычно числовым значением его выходного кода, отображено на фиг. 3 диаграммой 77, Непосредственно после момента tjj установки режима ГК выходное состояние интегратора быть произвольным, но первым последующим импульсом сигнала синхронизац ии R, возникающим в момент t. , на выходе интегратора начинает изменяться в сторону, определяемому сигналом реверса В, Примем для определенности, что единичный уровень сигнала реверса В устанавливает интегра«° тор в режим сложения. В интервале времени от t до t-j. D 1, D, О

D О, В Г .поэтому ВЫХОДНОЙ

сигнал интегратора линейно возр.асг

тает со скоростью, равной частоте

F. В интервале ьремени от ta до

t П - П П 11111 п iin R -It i: u,j - и , Uj I , u - и , D - I

поэтому выходной сигнал интегратора продолжает линейно возрастать со скоростью, равной F/2. В интервале времени от t до t Q f D О, D. 1, поэтому выходной сигнал интегратора линейно изменяется со скоростью, равной F/4, причем до момента времени увеличивается, .а после момента времени tj- уменьшается, так как в момент времени изменяется сигнсШ реверса В. Очевидно, что и далее до момента времени , выходной сигнал интегратора изменяется так, что участок диаграмг1ы 77 от момента времени t до момента времени t симметричен участку .от момента времени t.j до момента времени t относительно линии момента времени t. В .момент времени t, как следует из диаграммы 72, -вновь возникает импульс сигнала синхронизации R, который вновь .устанавли- вает выходной сигнал счетчика 62 равным , после чего этот сигнал в интервсше времени от t. до. t совершает следующий цикл своего изменения аналогично описанному выше. В момент t, импульс сигнала синхронизации воздействует также и на интегратор 3, устанавливая его выход- ной сигнал равным NQ, но так как выходной сигнал интегратора в этот момент времени уже принял значение NO в процессе интегрирования, то изменение этого сигнала в результате воздействия сигнала синхронизации не происходит. Дальнейшее формирование участка диаграмм 77 в интервале времени от t,, до tp понятно из сопоставления диаграмм 73 - 76 с учетом соображений, приведенных выше. После момента t выходной сигнал интегратора и далее совершает периодические колебания аналогично описанному циклу от t.j до tp , так как значения сигнгшов на диаграммах 71 76 в момент времени t и t совпадают, период этих колебаний Tj. paвен интервалу времени от t до tg .

Число областей разбиения основного сигнала, их границы и соответствующие этим областям коэффициенты передачи второй секции 20 делителя 2 могут быть легко выбраны так, чтобы обеспечить любую требуемую точность кусочно-линейной аппроксимации синусоиды указанным выше образом. В варианте выполнения устройства настройки согласно фиг. 2 можно получить и плоские вершины аппроксимирующей линии, для этого достаточно сопоста вить той области разбиения основного срЛгнала, которая включает в себя число Т о , нулев ё значение к6эффиц1Гента передачи второй секции 20 управляемого делителя 2, а в варианте выполнения устройства настройки corласно фиг. 1получить колебания с плоскими верьшналш на выходе интегратора 3 невозмохшо. Далее колебания цифрового выходного сигнала интегратора 3 преобразуются преобразователем 4 в колебания аналогового сигнала со смеиением на величину, равную весу N, старшего разряда интегратора 3, так что колебания выходного сигнала преобразователя 4 совершб этся относительно нулевого значения этого сигнала. Последнее, справедливо и для установившихся колебаний в рехдаме ВА, так как в этрм рехмме ьследствие наличия обратной связи, каковой для устройства настройки является участок настраиваемой САР, включённый при использовании устройства настройки в режиме ВА мехеду внаходной и входной клеммами, при симметричной выходной характеристике релейного элемента 13 происходит автоматическое симметрирование колебаний выходного сигнала интегратора 3 относительно ; значения Н, Далее выходной сигнал преобразователя 4 масштабируется выходным блоком 5 с помощьюзадатчика 9 и передается на выходную клемму б с постоянной составляющей определяемой задатчиком 10. Из рассмот рения диаграммы 77 фиг. 3 видно, что при указанном выше весе Nj, старшего разряда выходного сигнала интегратора., этот разряд имеет едини.ч;ный Логиче«;кий уровень в интервале времени от t до t, , т.е. в одном полупериоде колебаний выходного сигнала интегратора, и нулевой логический уровень в интервале времени от t, до tg т.е. в другом полупериоде колебаний следовательно этот разряд совершает прямоугольные колебания с периодом, равннм периоду колебаний выходного сигнала интегратора, причем передний фронт этих прямоугольных колеб.аний соответствует нулевой фазе колебаний выходного сигнала интегратора. Это обстоятельство дает возможность использовать прямоугольные колебания в блоке измерения, под ключив вход 50 блока измерения 14 к выходу старшего разряда интегратора 3, при этом блок измерения может не содержать компаратора на входе 50. Частота с выхода 57 делителя 2 поступает на вход 51 блока измерения и является сигналом линейной раз вертки фазы колебаний выходного сигнала интегратора и, следовательно, колебаний на выходной клемме б. В устройстве настройки согласно фиг. 2 выходы разрядов счетчика 62 по существу являются выходами делителей частоты на два, включенных последовательно, поэтому возможно исполнение устройства настройки, в котором млад1-л е разряды счетчика 62 одновре.менно являются элементами второй секции 20 делителя 2. Таким образом, предложенное устройство настройки, как выполязнное согласно фиг. 1, так и выполненное согласно фиг. 2, впервые обеспечивает оператору возможность быстрого выбора с помощью переключателя любого из двух режимов работы: режима ГК, в котором устройство настройки действует как генератор периодических колебаний и как измеритель парги етров . колебаний, в частности, ги тлитуды и сдвига фазы, предназначенного в основном.дяя идентификации САР методом последовательного снятия координат амплитудно-частотной и фазо-час.тотной характеристик, и режима ВК, в котором устройство настройки образу ет между входной и выходной клеммами нелинейную фазосдвигающую цепь, содержащую последовательно соединенные релейный элемент и апериодическое звено, и действует также как измеритель параметров колебаний, в частности, амплитуды и периода, предназначенного в основном для быстрого определения оптимальных параметров настройки регулятора САР с использованием косвенных неэкстремальных частотных критериев оптимальности без предварительного определения ее амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик. Известные .устройства настройки такой возможности не обеспечивают, следовательно, описанное устройство обладаетрасширенными функциональными возможностями. Устройство настройки, в котором блок измерения соединен с переключателем выбора режима работы (ГК или ВА), проще, так как в этом случае вместо трех отсчетных устройств (для амплитуд ды, для сдвига фазы и для периода) можно иметь в устройстве настройки два отсчетных устройства, одно из которых служит для отображения рез льтата измерения как сдви.га фазы в ре- жиме ГК, так и периода в режиме ВА; а также удобнее в обслуживании,, так как в этом случае внимание оператора не может отвлекаться показаниями, которые в используемом режиме не нужны и, более того, могут быть неинформативными. Устройство настройки, в котором делитель выполнен в виде делителя частоты, а блок измерения соединен с делителем, упрощается за счет того, что может не содержать специального формирователя сигнала линейной развертки фазы. Описанное устройство настройки может быть ис-v пользовано на любых промышленных объектах, оснащенных САР, как в процессе пуско-наладочных работ при вводе объектов в эксплуатацию, и периодически в процессе промьпиленной эксплуатации объектов для оптимизации САР, а также может быть использовано для идентификации САР или их участков (например, объектов).часто ными методами при исследовательских работах. Формула изобретения 1. Устройство для настройки систем автоматического регулирования, содержащее источник опорного сигнала, соединенные последовательно дели тель частоты, интегратор, цифро-ана логовый преобразователь и выходной блок, установочный вход которого подключен к выходу первого задатчика, соединенные последовательно входной блок, релейный элемент и бло измерения, причем первый управляющий вход делителя связан с выходом второго задатчика, второй управляющи вход - с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с реверсирующим входом, первый вход - с выходом интегратора, а соответствующие входы блока измерения подключены к одному из выходов входного блока и к входу релейного элемента, отличающееся тем что, с целью расширения функциональ ных возможностей устройства, оно со держит арифметический блок аналогоцифровой преобразователь и переключатель, при этом выходы источника опорного сигнала и арифметического блока .подключены к входам переключателя, вход аналого-цифрового преобразователя и второй вход блока уп равления подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя, первый выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом делителя частоты, второй выход - с третьим входом блока управления, первый вход арифметического блока соединен с выходом релейного элемента, второй вход - с выходом цифро-аналогового преобразователя. 2. Устройство по п,1, о.т.л и чающе е ся тем, что промежуточный выход делителя частоты соединен с соответствующим входом блока измерения, переключающий вход которого соединен с вторым выходом переключателя. Источники информации, принять во внимание при экспертизе 1.Атама 1енко В.Г. Анализатор периодических функций типа АО-6П. Приборы и системы управления, 1967, № 2, с. 6-9. 2.Балакирев B.C.,Дудников Е.Г., Дирлин A.M. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления. М., Энергия, 1967, с. 10-21. 3.Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М., Энергия, 1973, с. 376-379, 404-410. 4.Пневматический анализатор час,тотных характеристик для динамической оптимизации промышяенных САР (полуавтоматический оптимизатор):. Технический отчет Ленинградского специализированного пуско-наладочного управления треста Севзапмонтажавтома.тика Минмонтажспецстроя СССР. Л., 1973 (прототип).

г з ч 5 iff ir

ю

Фиг.Ъ