Устройство для определения коэффициента усиления динамического объекта

(56) Авторское свидетельство СССР Р 661511, кл. С 05 В 23/00, 1977.Авторское свидетельство СССР Ф 235831, кл. С 05 В 23/02, 1967. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА, содержащее нормирующий блок, подключенный входом к выходу исследуемого объекта, и последовательно соединенные блок управления и масштабный блок, подключенный выходом к входу исследуемого объекта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия определения коэффициента усиления объекта при ступенчатом входном воздействии, оно содержит блок контроля, вычислитель и пять 1 орой тветст м реретий вен" ше ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗО почек, каждая из которых состоитиз последовательно соединенных регулируемого блока задержки, блока пмяти и ключа, выход нормирующегоблока соединен с вторыми входамиблоков памяти, выходы которых подключены к соответствующим входамб ка контроля, соединенного перв и вторым выходами соответственно с первым и вторым вход блока управления, первый и в выходы которого подключены с венно к первым и вторым вход лируемых блоков задержки, а и четвертый выходы - соответ но к вторым входам ключей и тым входам вычислителя и блокаконтроля, седьмой и восьмой входыкоторого соединены соответственнос выходами третьего и пятого регулируемых блоков задержки, причемвыходы ключей соединены раздельносоответствующими входами вычислителя.(2)1.1; д 1;1 , т;течаОг сигналаЕ.; ;:;,; .с .: М фи КОЗ ЦНИ ДИСКРЕТНЫХ,"г 1,С Пц 55 О Снт цала ОбЬЕ 1,".ТяС 5 У 1 а: 1 Оа ГЕтт т 1 т тЕРК,уГй 1 = 11, (б) уг + 21+К,уп+1 +- ХП + 251 + Ь,ХП 11 ачальныи условиями у 10,.05 а козффициенты Е , 11., одлежат определению.При зтом можно показать уГттчт о т 5ЗВалта (1)Ь 1 г1 т,у ) = (у );с 1.ъ.:ц 1 ента усиления обвек . о- .:, .1: зыдйкс 11 роат ь 15 и.Г., Сокта шает время з:с 1 =",."1 =1;а.ОЛЯ.Т ИС 10 ЛЬЗОВаУ."Т ОО " Т" оте НИЯ КО"1 ф 5 Ц Рт; - ; "5 Рсбьектгв. у старых парае: - ;сстаточно бь;Г"гро. рифметические выражения, описываю-пе отображение разностного,рав е 1151 пг решение дифреренциально 1 а5равения, наблюдаемое в дискретныемменты врсмени при стутенчато 1входном сигнале, равны121 170(,.3 качестве .;.1 о 1;Я 22 стябилизиНа фиг, 1-7 приведены структурные схемы предлагаемого устройствадля определения коэффицчента усиления объекта и его отдельных блоков.Устройство содержит исследуемыйобъект 1, масштабный блок 2, нормырующий блок 3, блок 4 управления,регулируемые блоки 5-9 задержки,блоки 10-14 памяти, блок 15 контроля, управляемые ключи 16-20, вычислитель 21, блок 22 стабилизированных напряжений, первое реле 23, кнопку 24 "Пуск", кнопку 25 "Сброс",второе реле 26, схему 27 задержки,третье реле 28, делитель 29 напряжений, четвертое реле 30, пятое реле 31, схему 32 задержки, индикаторную лампу 33, включатель 34, реле35 времени, инвертор 36, схему37 совпадения, резисторы 38, конденсатор 39, управляемый ключ 40, транзисторы 41-42, схему 43 сравнения,конденсатор 44, резистор 45, усилитель 46 постоянного тока, шестоереле 47, переключатель 48, управляемые ключи 48-52, схемы сравнения53-56, переключатели 57-62, блоки63-71 вычитания, блок 72 деления,блоки 73-77 умножения, сумматоры78-8 1, блоки 82-84 деления, блоки85-87 умножения, блок вычитания 88сумматоры 89"90, блок 91 деления,В предлагаемом устройстве дляопределения коэффициента усиленияв качестве исследуемого объекта 1могут использоваться различные приборы и блоки систем автоматическогоуправления, передаточные функциикоторых описываются выражениями(1) и (2), К таким приборам можноотнести, например, гидравлическиеи электромеханические следящиесистемы, усилители, различныефильтры,Масштабный блок 2 и нормирующийблок 3 служат для получения необхоДИМОГО УРОВНЯ ВХОДНОГО И ВЫХОДНОГОсигналов исследуемого объекта 1 ипредставляют собой усилители постоянного тока с переменным коэффициентом передачи, что достигаетсяза счет изменения вручную их входных сопротивлений,Блок 4 управления (фиг. 2) служит для управления процессом вычисления коэффициента усиления объекта 1 и выдачи ступенчатого сигналана его вход, Блок 4 управлениясостоит из блока 22 стабилизировян 4лых напряжений, пяти реле 23 26, 28 30 и 31, двух кнопок 24 "Пуск" и 25 Сброс", г Бух схем 27 и 32 эадтержки, делит-:тя 29 напряжений, индикаторной лампы 33 и ВключЯте ля 34, .ервый выход блока 22 стабилизированных напряясений через обмотки и т;Онтякты реле 23, 26 и 28 и кног-ь 24 и 25 подключен к земляной тт-,чке, второй выход через нормальна разомкнутые контакты геле 23 ттодт 1 сгпотт 1 ен к первому выходу блока ", я через делитель 29 няпряжений к второму выходу блока 4, трет 1 Й ВЫХОД КОТОРОГО ЧЕРЕЗ ВКЛЮЧЯТЕЛЬгподключен к источнику напряже- Д.й И -ТЕРЕЗ ПОСЛЕДОВЯТЕЛЬНО СОЕДИПО;.,гЫЕ НОРМ"11 ЬНО ЗЯМКНУтЫЕ КОНтаК- ты рост= 30 и нормально разомкнутые гс;11 тякты рел3 г 1 и 11 дикятор 11 ую лампу ". ЗЕ тд: - .,1 Ой СОЧКЕ. т 1 ЕГЕЗ НОР .аЛЬНОз,тгс 1 у тые ксл 1 тякты реле Сг и 1 тор - м;:.:;.ПО газом 11 нутые контакт.:; реле 31 - к четвертому выходу блока 4.:,;:. Вход блсгка 4 через схему гз.,т:ерхски и Обмотку реле 31 подт 111.;т;.-1 т т ЗЕгттяяой ТОЧКЕ, а БТОГОЙ БХО; через обмотку реле 30 также пх:к:оче 11 к ьтсь 111 ИОЙ точке,рова нньгх напряжен 1 и использ 5 тстсяО б ЬГ 1 1 г 111. с т Я с1 л 1 3 1 г с Б а н н ььй и с т О ч н и кпс:тояннсГсг тока которьы сОстОит Х 1 тд Е 1., Т 111 ЫХ ИСТОЧНИКОВ ПОСТО- "ОГО 1 а ЧГтЕтиТ т 1 ИЧЯЮШтХС тт.РОВНЯт ВЬ 1 ХОДНОГО НЯПРЯ 11 Е л первь:йт вьОД Оло 11 Я 22 пОДклю- чй:-1 к источнику 27 В Гостояннога няпгттвх 1 е 1 ия, я второй Выход - к иск точику 40 в постоянного напряжения.П рьое ре;1 с г г:.еет ДБЯ нОрмальнОрязоь.:,:.Иутьтх конта; тя, второе реле6 - Один Борьаль 110 разомкнутыйКОН; Кт И Однтн НОРМаЛЬНО ЗаМКНУтЫй 45 ко;:,1 я .:т. тгет.-е геле 28 имеет одиннсгмя:.Ьно зяь;кн тый контакт четвер;ос реле 30 - Один нормально замкнутый и Один нормально разомкнутыйконтакты, пятое реле 31 - двя норМдгЬ,С ряЗОМКгтутЬГ 1 КОНтаКТа. КНОПП тткя 2 т сл 5 кит цлгя подачи ступенчатого синаля на вход исследуеь.огоОбъекта 1 и имеет нормально разомкнутые контакты Кнопка 25 служит 55 длл Бозвряения устройства Б исхОдное состояние и имеет двя кон ТЯ 1 ТЯ: ОДт.Н НОРМаЛЬНО ЗаМКНУтЫй,а -рутой нормально разомкнутый.(хе,.ы ,),г )( 32 ззпе 1:.кки прег(с-аттГ 5(ат СОбОй ПОСхЕдОВатЕЕЬНО СОЕГ(Л ненье реле времениинвертор и схМ, г )та)(Е 1 тЛ - . Вт 01)от Ь.О( Ь 0 ГО0 Л ПО(г(С(СЧСП С БХОД,г РЕЛС: ПРЕМС.ННг 11) а вг- ) ил)1 вр ем с н Р м з а гт е р )1 ст рагу:.и(у,",: ых блоков 3-9 загпс;)жс(л и гре(СГЯБП 5 ет собой Обьчньй резис тияП, и дЗттЕтЕт .анри)К гНИЙРЕГуПвру" гц- б ОК 1 )- 9;П,."(Е 1 КСИ Ш)СГ Ст а.:(315(С)Г СС)бой1)ИГ . 31 ПоС(ЕДОБЯт"л ьп О " с) единвника ве(с 33 Временсо) те;ст 1)Р 1 ПО чтГ) по 30 1)те Г ттот 1 г.чаь заерркку сигнала блоком 6-)Тб; с. ком 7-3 Т, блоков 8-Й 1) б:1 сп;о:. Г(ТОСЕ(ЭГт т 1 Л 5(ГИ Стту);а.;ЕПг 3(10;,(П(ДЕИЯ 1 рЕЗ ГрОЬЕх) у Гг:ТПГ г;Е- гт:тз нач Рний выходеОго сиг 1 та(,т:Ис с (Опуемого обахеста 1. Они ивен 1 ит"и со(ерзат усилитель )О пост чпГГпг) тОКЯ, ВЫХОЦ КОтОРО 3-0 ЧЕРГ)с;)г;е(гсятор -4 гОдклОчен к его пе:- ноЧу в)соцу а через рез)лстор 43 с 11(".-,епочкевхоц коОрои 1 одк;т)-.сле к первому входу блоков 10-.1, (,1 з сыхсд через нормально замкнутыеССТ таКты РЕЛЕ 7 ГгодКГП)ЧЕ К:-,тО- ОЧУ КОЛ,)Г УСИЛИТРГВ ГЕ-, ССГ)5(351 Гт,фПереключатели 48 и 57 являютсядистанционными переключателями,например обычными реле. При подачесигнала на управляющий вход (третий)переключателя 48, его второй входподключается к его выходу, а приподаче сигнала на управляющийвход (первый) переключателя 57 егавторой вход подключается к его второму выходу. Управляемые ключи 4952 представляют собой дистанционныепереключатели, например бесконтактные реле, у которых вторые входыявляются управляющими. В случае наличия сигнала на их вторых входах,их выход отключается от входа. Схемы 53-56 сравнения предназначеныдля сравнения сигналов на их входахи представляют собой триггеры 1 Пмидта. В случае равенства сигналов наих входах на их выходах формируетсясигнал,Вычислитель 21 предназначен для .вычисления коэффициента усиления исследуемого объекта 1 по формулам (9) и (10) и величин ККпа формулами (8) в зависимости от вида передаточной функции объекта. Вычислитель 21 содержит пять переключателей 58-62, десять блоков 63-71 и 88 вычитания, пять блоков 72 деления 82-84 и 91 восемь бла ков 73-77, 85-87 умножения, несть сумматоров 78-81, 89 и 90, причем его первый вход соединен с первым входом переключателя 58, первый вы - ход которого соединен с первыми входами блоков 65, 68 и 86, а второй выход - с первыми входами блоков 63, 73 и 64, второй вход которого соединен с вторым входом блока 63 и вторым выходом блока 59, третийвход с втарь 1 м выходом блока 60, а выход - с первым входом блока 72, второй вход которого соединен с выходом блока 63, а выход с вторымвходом блока 73 и через блок 79 с первым входом блока 82, второйвход которого соединен с выходом блока 78, первый вход которого соединен с выходом блока 73, а второйвход - с вторым выходом блока 59, первый вход которого является вторым входом блока 21, а выход соединен с первыми входами блоков 87,69 и 71 и вторыми входами блоков 67 и 68, второй вход которого соеДинен через бт 1 ок б 1 с. Четвертымвходам блана 21 и первым входомблока 66, выхг- которого соединенс: в ,ервыми входами блоков 75 и 88,а ., в ;торой вход - через блок бб спеввыми входами блоков 70 и 90, втарь 1 ья входами блоков 65 и 69 и через блок 60 - с третьим входом бло ка 21, пятый вход которого черезб;Ок 62 соединен с вторым входомблока 70, выход которого соединенс первым вхбдам блока 74, второйвход катарога соединен с выходом 15 блока 67 и первыми входами блоков77 81, а выход - с первым входом:. Ока 80 второй вход которого чере"- блок 75 соединен с вь 1 хадом блок баь Д. Бь 1 хаД - с первым Входом 20 бат;а Я , вы";ад катарага :аединенС 1 тат 1 тВЬГ.1 Р 1 Вхадаы 11 бЛОКОВ 15 89 Ивторой в:;ад - с выходам бдака 81, первый вход которого черезб:,1,к 77 соединен с выходам блока 25 71. а второй 11 ход - с выходам блок76, первый вход которого соедин;н с выхода:, блока 68, а второйход - с выходам алака 69 и 1:тарымт;хаЦам блока 8 Э. выход катарага 30 са=-динен через блок 88 с вторымвадам блока 84,. выход катарагасаег 1 И 1 ен с пенным входам блаха 86тт-, О 11 ы 1 входа, :блока 89 выхоДкатара а соедин:и с первым входом о 1 О 1".т 1 ВТарай ВХад КОТОРОГО СОЕдинен с выходом блока 90, второйвход катарагс соединен с выходомбла;:а 86 . а твеий вход - с выходомблока 87, а пестай вход блока 21является вторым входам блоков 58-62,Переключатели 58-62 являются дистан,ионными и"=реключателями напри еа абычнымк реле прк подаче сигнала а их втсрые (управляющие) входы. их первые вхадь 1 подключаютсяП" ОВЬт 1 ВЫХОДам,Всс блоки выт 1 итанР 1 я, умножения,де 11 е 1;:, и су 11 ь 1 Б тары являются обычны11 и арифметичяск 1 К 1 и алакями,Устройство для определения коэффИ 1 Лтта 1 та УСИЛЕНИЯ ДИННМИЧССКОГОобъекта работает следующим образомВ зависимости от априорной информации, имеющейся о передаточной функции исследуемого объекта 1 включатель 34 блока 4 устанавливается в палажепие 1, еслк объект опР 1 сывается выражением (1) к в полажение 2, Сее,с(1б ес: Оштс:.151 01 с ) Тр;:т;е 111ким образо, на выходах блоков С/,ПЯМЯТ, СрормнруЮТСЯ ЗНЯЧЕБ 1 1 Хсс,1ного сигнала исследуемого об(не.,уу 1: у,; в моменты Впете 1;.1Т, 21, 57 (Фиг. 8),СИГНаЛЫ С ВЬГ ОПОВ бЛОКСВО1посту-тают ня входы блока 15 ко .;,.ля, В бске контроля просхоитср,гке 1 е сигналов у итуту, .у и у, у. Иу по Г:ели.2;т.Зв блоках 5. -56 с тем, чтобы они; спопали на устаковивпийся 11 роцес "их разница была бы не равна кулю.,В СЛуЧЯЕ, ЕСЛИ ВЬ 1 ПОЛНяЕтСя уС. 1 ВИЕу,+ " у;О, то на выходах блокоь53-56 се появляотся сигналы иключей с 9-52 пертвые ВхОды О.".1:лкс-"ЕсЬт 1 т 1,;,1; Од" Ву:тя)СЛЕ 31" Е 1,й Ссб)Е" с 1 ИМЕЕТ тС")тзГ,нуо 1 тутсцию (1) рабочими явлюгоТОЛЬКО двя уцраВЛяЕМЫХ КЛЮЧя -т( И50 и дте схсмь 53 и 54 сравссТЯК Кат: ЛЛЯ ОПРЕЕЛЕНИЯ КОЗ,.,1.1:,К;.та усПения об(век Га требуется тгротсчета я ко:трольное акр 1 с:кгс.1) пОДБетс 51 на Вход Второго улр:с 11 смого (Пкт"та 50 и 1 ерез их зямк,;.контакты я всор й выход блокана первый выход которого ерсзкпочятель -"8 поступает сигпя;, сОГО ЗХОДЯ бЛОС:1 15 (Т, Е. Со.ст;. 051.РУЕГСЯ ЬОМЕН СРЯОЯтЫВаНИЯ ТР .1 с-Лос(Я 1 ГЯ 1 1 ЯТИ,/СтГпа;1 ы с выходов блока 5 1(ог рок 1 по тс"угта:от н. Входы блок . УПРЯВЛННИЯ, ГДЕ СИГНЯЛ С ВТОРОГО входа поступает на обмотку ре.тс которое срабатьвает и размыкае НОРМЯЛп 0 ЗЯМККУТЬЙ КОНТЯКТ .т ЗЯ:". кает .ормял.ко разомкнутый Сигнал с первого входа блока управ;ения поступает на обмот( "сс :е 3 .с-;ресхему 32 задетрх;к:1, зя;с.в(1 котооой выбрано боль"1: ВВСМЕ 11 И СтабЯТЫВЯПИя РЕЛЕ 3( ." с Ю чей 59-.51, ре, е 31 срабатываег зяьсает с;01 нормально рязомкк; ЬОПТЯК 1 1 т И КЯ 11;5.ЖЕНИЕ Е ПОС."Ус 07 КЯ Вт ОР.1.ВХОДЫ УПРЯВЛЯЕс(ЫХ Г 11 ЮЧ;: .1"-211, к-, ор,е срабатывают и с . .ы С вт:хстд в бОков 10 1 с пя. тя П т" тЧЯЮ 1) 1 и ВХОДЫ ВЫЧИСЛИТ-.:Я ,ИГП.ЛЫ С В;(ОДОт ОДИН-тРИ ВЬттИС 1 Г С - Пя 21 ПОСТ;ттттзт ЧЕРЕЗ ПЕрЕКЛЮЧПТЕ;1 с .С,1 то Снавтсп с)а ВЫХОДЕ бЛОКа 72 ДЕЛЕН я ВЫЧПСЛЕтся ЗНЯЧЕНИЕ 1( 1,0 с 10. - МУЛС ( с) Я ЗЯТЕМ ОПРЕДЕЛЯЕтт Л .:СЗ,. -о ". е"(тя ка выходе-К;с - )-;С;тХ "тньчЕт- ;", - .; 1 оеттс)с- .ст За( тссобт-Осст тс СтГЯЛЯ КЯ ВЫ"ОДЕ 01 стт "21 11700 ШЛ-13 1Ь1 р 1 Зное состояние объекта 1 в блокепредусмотрена цепь, содержащая реле 26 и Я и схему 27 задержки, которая рааотает следующим образом, При нажатии кнопки 25 "Сброс" подается сигнал на обмотку второго реле 26, которое срабатывает блок 9ок рует кнопку 25 своими нормачьно разомкнутыми контактами и размыкает цепь питания обмотки реле 23, предотвращая возможность пуска устроистна, Одновременно сигнал с кнопки 25 Сброс" поступает на вход схемы 27 задержки, сигнал на выходе тсоторой появляется через время, заведомо большее, чем время переходных процессов в исследуемом объекте: ъектеСигнал с вьхода схемы 27 задержки потупает на обмотку реле 2"Окоторое раэгпсает свои нормально закнутзе контакты и снимает напряжениеоб:отки второго реле 26. которое заминет контакты в линии обмоя(и пеггога реле 23 и теперь возо;.е.: псвыц пуск устройства,Таким образом, предлагаемоеустройс гво позволяет определятькоэрвицлент усиления динамическогообъекта первого и второго порядкапо дискретным значениям его переходной характеристики и при этом нетнеобходимости в достижении объектомустановившегося состояния, чтозначительно сокращает время экспери;мента, особенно в случаях когдаобъект имеет большую постояннуювремени или сильно колебательныйпереходный процесс, так как исклюаются по крайней мере процедуры 15 достижения объектом установившегосясостояния, измерения сигналов па выоде и входе объекта и их сравнения,. Боэожноеть быстрого определения коэ(1;"ициента усиления объекта пааво;лет испольэовать предлагаемоечстроиство при исследовании -б.о ъе 1(то в с нестационарными параметрами в сисгемах оперативной идентификации и самонастраивающихся системах,.