Устройство для определения параметров передаточной функции линейного динамического объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11 51)5 605 В 2 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ втоматикое определ теля, ления числинта усинейных динам тения его п изобреасти ментальмат ие,ССР29.11.7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ(56) Рабкин Г.Л. и др. Экспное исследование судовых авческих систем. Л.: Судостро1966, с, 24-30, 37-43.Авторское свидетельствоР 661511, кл. С 05 В 23/00,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЛ ПАРИЕТРОВ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЩ 1 ГИНЕЙДИНАИИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА 1 зобретение относится к обеспечивает автоматиче ение постоянных времени знаменателя и коэФЬицие передаточных Функций л ческих объектов. Пелью является расширение обл рименения. Для достижения цели в устроиство введены блок 8 памяти, блок 9 Формирования разностных сигналов, синхронизатор 3, блок 7 решения рекуррентных уравнений, блок 10 Формирования сигналов контроля, блок 11 определения постоянной времени числителя, блок 12 индикации. 12 ил.1585782 оставитель А.Лащевехред М.Ходанич Корректор Редактор М.Циткин оши Тирах 660 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 з 2 и ГКНТ С ВНИИПИ ос изводственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгород, ул. Гагаринан н1585782 4Теоретическими предпосылками рабоа- ты устройства являются выражения, полученные в результате отображения решений непрерывного дифференциальногоуравнения, соответствующего переда"точной Функции (1), наблюдаемые вдискретные моменты времени через интервалы Ь ь, на множество соответсти вующих им дискретных уравнений. Приэтом для рассматриваемого класса объектов связь между дискретными и непрерывными уравнениями осуществляетсяс помощью коэффициентааНа Фиг 1 приведена структурнаяе- схема устройства; на Фиг, 2 - блокпамяти; на Фиг. 3 - блок Формированияразностных сигналов; на Фиг. 4 - блокрешения рекурректных уравнений; наФиг, 5 - блок Формирования сигналаГ контроля; на Фиг. 6 - Формировательвходного сигнала; на Фиг. 7 - измеритель интервалов времени; на фиг. 8 -я- реле времени; на Фиг, 9 - блок памя"25 ти; на Фиг. 10 - вычислитель; наФиг. 11 - Формирователь контрольного.сигнала; на Фиг. 12 - блок определения постоянной времени числителя.Устройство для определения пара"метров передаточной Функции линейного динамического объекта (Фиг. 1) содержит исследуемый объект 1, Формирователь 2 входного сигнала, синхрони-затор 3, измеритель 4 интервалов времени, компаратор 5, вычислитель 6,блокрешения рекуррентных уравнений, блок 8 памяти, блок 9 Формирования раэностных сигналов; блок 10 формирования сигнала контроля, блок 1140 определения постоянной времени числителя, блок 12 индикации,я, . Блок 8 памяти (фиг. 2) содержитпервый - третий блоки 13-15 памяти.Блок 9 Формирования разностных45 сигналов (Фиг. 3) содержит первый ио- второй блоки 16 и 17 вычитания, блок. 18 ключей.Блок 7 решения рекуррентных уравнений (Фиг. 4) содержит блок 19 вычисы ления. квадратного корня, первый переключатель 20, четвертый - шестой блоки 21-2 Ь памяти, второй переключатель24, первый блок 25 умножения,Изобретение относится к автомати" ке, а именно к технике измерения пар метров передаточных функций линейных динамических звеньев систем автомати эированного управления, и может быть использовано для определения парамет ров линейных динамических звеньев, широко. применяемых в различных отрас лях промышленности при исследовании наладке систем автоматизации.Целью изобретения является расширение области применения.Для этого через равные промежутки времени дспустя время С после под чи тестового сигнала на вход исследу мого объекта с передаточной Функциейц(р) = ----к(Т, р+1)(1)Т,р+1Фиксируются три значения у ,у ,уС 1 2 переходной характеристики, причем выбирается из соотношения С ц /3 )Л, где- предполагаемое время переходного процесса. После этого вычисл ются разностные сигналы Ьу,.=у;-у;, х=1,2 и вспомогательный,коэффициент МО=ЬУ/ЬУ, по которым определяется постоянная времени знаменателя Т= =-д 2/1 п(-Кд) и коэффициент усиления(ут +1 оу) /о+1)Задаваясь величиной шага дискретности 8 из соотношения Ю=Л/2 щ, где та=1,2,3 последовательно опреде ляют величины гп 3 по рекуррентной Формуле гп =-Р гп3, что соотве ствует движению по кривой переходно характеристики с шагом Ю от момента времени С=1 +д Ск моменту начала пе реходного процесса при г 10 1=у -Е,1причем.К = -- . На каждом шаге реошения Формируется сигнал 05 контрол пропорциональный временному интерв, лу Я= +Ь-пЮ, где п=0,1,2, - по рядковый номер нага, и проверяется неравенство 0 (ц, где сигнал 08 пр порционален временному интервалу Я, определяющему точность определения гр 1. В случае, когда на предыдущем шаге решения неравенство 0 СБ не в полнено, а на последующем Уз(0, то шаг У уменьшается вдвое, .а процесс восстановления повторяют, начиная с Ь=О, увеличивая и на единицу до тех пор, пока не выполнится неравенство 0 б 5 и по величине гр "1 определяетУся параметрД 121+ЬТ , (2)к Блок 10 формирования сигнала контроля (Фиг.5) содержит счетчик 26, фор-"мирователь 27 контрольного сигнала,первую схему 28 сравнения, схему И 29,вторую схему 30 сравнения,5782 б управляемого блока 40 задержки, четырех масштабных блоков 36 . - 39 и индикаторной лампы 42. Первое реле 32 имеет два нормально разомкнутых контакта, второе реле 35 - один нормальнозамкнутый контакт, третье реле 41два нормально разомкнутых контакта.Кнопка 33 служит для подачи ступенчатого сигнала на вход исследуемого объекта 1 и имеет нормально разомкнутые контакты. Кнопка 34 служит длявозвращенияустройства в исходное положение и имеет три контакта - дванормально разомкнутых и один нормально замкнутый. Управляемый блок 40 задержки представляет собой последовательно соединенные реле 43 времени,инвертор 46, схему 49 совпадения,второй вход которой подключен к первому входу реле. 43 времени. Реле 43времени содержит два тринзистора 52и 53, на базу первого из которых подается входной сигнал, а его коллекторчерез конденсатор 55 подключен к базевторого транзистора, с коллектора которого снимается выходной сигнал. Засчет выбора емкости конденсатора 55обеспечивается требуемоеВремя задержки, Масштабные блоки 36 - 39 представляют собой усилители постоянного токд.Напряжение на выходе масштабного блока 36 пропорционально То - времени .первой Фиксации выходного сигнала исследуемого объекта 1, на выходе масштабного блока 37 - пропорциональновремени йс между моментами Фиксации,на .выходе масштабного блока 38 - про-.порционально величине .2, а на выходемасштабного блока 39 - пропорционально величине с.,45 50 55 5 158Формирователь 9 входного сигнала(фиг. 6) содержит блок 31 стабилизированных напряжений, первое реле 32,первую кнопку 33 "Пуск", вторую кнопку 34 "Сброс", второе реле 35, первый - четвертый масштабные блоки 3639, управляемый блок 40 задержки,третье реле 41, индикаторную лампу 42.Измеритель 4 интервалов времени(фиг, 7) содержит первое - третьереле 43-45 времени, первый - третийинверторы 46-48, первую - третью схемы 49-51 совпадения.Первое - третье реле 43-45 временисодержит (фиг. 8) транзисторы 52, 53,пороговый блок 54, конденсатор 55,управляемый ключ 56, резистор 57.Блоки 13"15 памяти (Фиг. 8) содержат конденсаторы 58, 59, резисторы60, 61, четвертое реле 62, усилитель63 постоянного тока.Вычислитель 6 содержит (Фиг. 10)первый блок 64 местного управления, первый - седьмой аналого-циФровые преобразователи 65 - 71, первый - пятыйблоки 72 - 76 деления, первый и второй блоки 77 и 78 вычитания, блок 79 логарифмирования, второй блок 80 умно. - жения, первый и второй блоки 8 1 и 82 сложения, блок 83 возведения в степень.Формирователь 27 контрольного сигнала (Фиг. 11) содержит третий переключатель .84, седьмой блок 85 памяти, третий блок 86 умножения, третий блок 87 вычитания, шестой блок 88 сложения.Блок 11 определения по тоянной вре мени числителя (Фиг. 12) содержит третий блок 89 сложения, второй блок ,90 местного управления, четвертыйблок 91 сложения, шестой блок 92 деления, четвертый блок 93 умножения,В предлагаемом устройстве для определения параметров передаточнойФункции линейного динамического объекта в качестве исследуемого объекта1 могут использоваться различные блоки систем автоматического управления.Формирователь 2 входного сигналаслужит для подачи ступенчатого сигнала на вход исследуемого объекта 1 иуправления процессом вычисления коэффициентов передаточной функции объек" .тов. Формирователь 2 входного сигналасостоит из блока 31 стабилизированных напряжений, трех реле 32,35,41, двух кнопок "Пуск"-33 и "Сброс"-34,10 15 Ю 25 30 35 40 Синхронизатор 3 служит для управления работой блоков устройства и представляет собой кольцевой счетчик.Измеритель 4 интервалов времени предназначен для выдачи управляющих сигналов через равные промежутки времени йС и состоит иэ трех идентичных управляемых блоков задержки, структура которых аналогична управляемому блоку 40 задержки,Компаратор 5 служит для выдачи сигнала в случае, когда сигнал на его входе достаточно близок или равен нулю, что соответствует нахождению двух последних из снимаемых значений выходного сигнала объекта на установившемся значении.Блок 8 памяти служит для запоминания через моменты времени значенийпереходного процесса исследуемогообъекта 1. Блок 8 памяти состоит изтрех идентичных блоков 13-15 памяти,выполенных на основе усилителя постоянного тока.Блок 9 формирования развостныхсигналов состоит иэ двух блоков 16и 17 вычитания и блока 18 ключей. Блоки 16 и 17 вычитания служат для образования разностных сигналов (у "у )и (у"у ) и представляют собой интегральные операционные усилители, аблок 18 ключей состоит иэ трех бесконтактных реле, у которых первый управляющий вход соединен с четвертымвходом блока 18 ключей,Вычислитель 6 состоит из семианалого-цифровых преобразователей65-71, блока 64 местного управления,пяти блоков 72-76 деления, двух блоков 77 и 78 вычитания, блока 79 логарифмирования, блока 80 умножения, 25двух блоков 81 и 82 сложения, блока83 возведения в степень, Блок 64 местного управления служит для управления работой всехарифметических блоков вычислителя б и представляет собой кольцевой счетчик, а арифметические блоки 72-83 являются блокамиуниверсального типа, у которых результат записывается и хранится в выходном регистре после выполнения операцииеБлок 7 решения рекуррентных уравнений состоит из блока 19 вычисленияквадратного корня, двух переключателей 20 и 24, трех блоков 21-23 памяти 40и блока 25 умножения.Блок 10 формирования сигнала контроля содержит счетчик 26, формирователь 27 контрольного сигнала, двесхемы 28 и 30 сравнения, схему И 29. 45Счетчик 26 предназначен для подсчетачисла импульсов, поступающих на егопервый вход с первого выхода синхронизатора 3 и фиксации этого числа ввиде двоичного кода. Формирователь 27контрольного сигнала состоит из пере"ключателя 84, блока 89 сложения, блока 85 памяти, блока 86 умножения,блока 87 вычитания, блока 88 деления.Все арифметические блоки являютсяблокамн универсального типа. Блок 11 определения постоянной времени числителя состоит иэ блока 90 местного управления, блока 91 сложения, блока 92 дел .ния, блока 93 умно" жения, Все блоки аналогичны блокам устройства для определения параметров,Блок 12 индикации состоит из системы триггерных декад, дешифратора и табло.Устройство для определения параметров передаточной функции линейного динамического объекта работает следующим образом.Зная примерно длительность переходного процесса исследуемого объекта 1, при помощи масштабного блока 36 устанавливают времяпервой фиксации значений переходного процесса, а при помощи масштабного блока 37 устанавливают длительность временного промежутка дГ. Величина До, выбирается из условия, чтобы измеренные значения не попали на установившееся значение переходного процесса, где работа устройства невозможна. При помощи масштабного блока 38 устанавливается ве 1 т 3личина 2 , при помощи масштабного блока 39 - величина сигнала П опредеЯ 1 ляющая максимальную допустимую ошибку вычисления г р 1. При замыкании кнопки 33 "Пуск" в формирователе 2 входного сигнала срабатывает реле 32 и замыкает свои разомкнутые контакты, кнопка 33 блокируется. При замыкании второго нормально разомкнутого контакта сигнал с первого выхода формирователя 2 входного сигнала подается скачком на вход исследуемого объекта 1. При этом сигнал на выходе исследуемого объекта 1 представляет собой переходной процесс, которьй поступает на первые входы блоков 13 - 15 памяти. На второй выход формирователя 2 входного сигнала спустя установленное на масштабном блоке 36 время й с выхода управляемого блока 40 задержки подается сигнал, поступающий на первый вход измерителя 4 .интервалов времени, откуда подается на первые .входы реле 43-45 времени. При подаче сигнала на базу транзистора 52 он открывается, кон-. денсаторы 55 оказываются подключенными параллельно эммитерно-базовому пе: реходу транзистора 53. Транзистор 53 запирается и находится в закрытом состоянии до тех пор, пока конденсаторы 55 не разрядятся через резистор 57. Когда окончится процесс раз 15857рядки конденсаторов 55, снова появится базовый ток транзистора 53, последний откроется, и сигнала на выходене будет. Таким .образом выдержка вреУ5мени зависит от постоянной времениТ=СР . Количество конденсаторов 55,подключенных к схеме, определяетсяколичеством сработавших ключей 56,Задержка сигналов измерителем 4 интервалов времени равна соответственно дс, 2 дь, 3 а 7. По мере поступлениясигналов на вторые входы блоков памяти 13-15 происходит срабатывание реле62 и запоминание соответствующих15значений переходного процесса.Разность двух. последних запомненных значений с выхода блока 17 вычитания поступает на вход компаратора 5, В случае, если длительность про межутка времени Дь выбрана правильно, т.е. зафиксированные значенияпереходного процесса не попали на установившийся участок, появляется сигнал на выходе компаратора 5, реле 41 25замыкает свои нормально разомкнутыеконтакты. Индикаторная лампа 42 загорается, и возникает сигнал управления на шестом выходе формирователя 2 входного сигнала, который, поступая на четвертый вход олока 18 ключей, приводит к срабатыванию ключей, после чего запомненныезначения переходного процесса поступают на входы вычислителя 6, Затемпо тому же сигналу управления происходит вычисление параметров К и Т 2передаточной Функции,1После окончания процесса ь иисления блок .64 местного управления выра рбатывает сигнал, поступающий на гервый вход синхронизатора 3, и запускает его. Синхронизатор 3, поочередновыдавая сигналы на входы управления,блоков 21,25,23,89,85,84, организует 45процесс вычисления значений величиныгр 1 с шагом дискретности 8 = в ,и сравнение величины сигнала контроля.У =.С +дС-и 8 с нулем и величиной П,Процесс расчета будет продолжатьсядо тех пор, пока сигнал контроля 0не станет меньше нуля, а условиеБ (0 не выполнится, в этом случаеуменьшается вдвое а число шагов ивычисления, фиксируемое счетчиком 26,сбрасывается, и расчет повторяетсясначала,.пока не выполнится неравенство 0 (Б (0, Тогда по последнему 82 10значению крблоком 11 определенияпостоянной времени числителя вычисляется величина Т,которая вместе с К и Т высвечивается на табло блока 30 индикации.В случае, если длительность временного промежутка д выбрана непра" вильно, сигнал на первом входе формирователя 2 входного сигнала не появляется и реле 4 1 не замыкает свои нормальноразомкнутые контакты, индикаторная лампа 42 не загорается и уп-. равляющий сигнал на входы блоков 12- 15 не поступает. В этом случае необходимо уменьшить величину Д на выходе масштабного блока 37 и повторить эксперимент сначала. Повторный пуск возможен только после того, как объект 1вернулся в исходное состояние, Дляэтого необходимо нажать кнопку 34н иСброс Формирователя 2 входного сигнала, тогда снимается сигнал с обмотки управления реле 32, оно размыкаетсвои нормально разомкнутые контактыи отключает сигнал с входа исследуемого объекта 1. Одновременно подаетсясигнал на седьмой выход Формирователя 2 входного сигнала и передаетсяна обнуляющие входы всех цифровых блоков устройства.Преимущество предлагаемого устройства заключается в возможности определения параметров числителя передаточной Функции объекта, что существенно расширяет его область примененияпутем обеспечения возможности исследования 1 шрокого класса интегро-дифференцирующих звеньев. При этом достаточно получить всего три значения переходной характеристики исследуемого объекта на любом ее участке,что сущест.венно упрощает процедуру идентификации. Формула изобретенияУстройство для определения параметров передаточной функции линейного динамического объекта, содержащее формирователь входного сигнала, первый сигнальный выход которого соеди-. нен с входом исследуемого объекта, а первый командный выход - с первым командным входом измерителя интервалов времени, а также компаратор и вычислитель, о т. л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены блок памяти, блок Формирования разностных сигналов, синхронизатор, блок решения рекуррентных уравнений, 1585782блок формирования сигнала контроля, блок определения постоянной времени числителя и блок индикации, причем первый - пятый командные входы вычис5 лителя соединены соответственно с первым - пятым командными выходами фбрмирователя входного сигнала, первый командный выход - с первым командным входом синхронизатора, второй команд О ный вход которого соединен с шестым командным входом вычислителя, первый- третий командные выходы соединены соответственно с первым - третьим командными входами блока решения рекур рентных уравнений, четвертый - шестой командные выходы - соответственно с первым - третьим командными входами блока формирования сигнала контроля, первый и второй сигнальные входы кото-о рого соединены с первым и вторым сигнальными выходами вычислителя, четвертый и пятый командные входы - с седьмым и восьмым командными выходами синхронизатора, восьмой командный выход -25 с шестым командным входом вычислителя и четвертым командным входом блока решения рекуррентных уравнений, третий и четвертый сигнальные входы - с третьим и четвертым сигнальными выходами 30 вычислителя, девятый. командный вход - с первым командным входом блока решения рекуррентных уравнений, первый и второй сигнальные входы которого соединены с пятым и шестым сигнальными выходами вычислителя, сигнальный выход - с первым сигнальным входом блока определения постоянной времени числителя, второй и третий сигнальные входы которого соединены с первым н 40 вторым сигнальными входами блока индикации, первый командный вход - счетвертым командьым входом блока решения рекуррентных уравнений, пятый ко-.мандньд вход которого соединен с первым командным выходом блока формирования сигнала контроля, второй командный выход которого соединен с третьимкомандным входом синхронизатора и вторым командным входом блока определе-,ния постоянной времени числителя,сигнальный выход которого соединен спервым сигнальным входом блока индикации, первый и второй сигнальные входы которого соединены с седьмым и восьмым сигнальными выходами вычислителя, первый - третий сигнальные входыкоторого соединены соответственно спервым - третьим сигнальными выходамиблока формирования разностных сигналов, четвертьп сигнальный выход которого через компаратор соединен с командным входом формирователя входногосигнала, первый - третий сигнальныевходы - соответственно с первым -третьим сигнальными выходами блокапамяти, первый сигнальный вход которого соединен с выходом объекта, пер-.,вый - третий командные входы соединены соответственно с первым - третьим командными выходами .измерителя интервалов времени, второй командныйвход которого соединен с вторым командным входом вычислителя, шестойкомандный вход которого соединен сседьмым командным выходом формирователя входного сигнала, шестой командный выход которого соединен с командным входом блока формирования разностных сигналов.