Устройство для определения параметров линейных динамических объектов

СО 1 ОЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСГИЧЕСК РЕСПУБЛИК 19 3 0 5)5 6обретение относится ти к устройствам,оп ы передаточныхфунк их систем, а также н нных элементов сис правления - скорос с передаточной функ к автоматике, в еделяющим па ий разомкнутых иболее распроем автоматичетных следящих ией вида тране кого у истем А/(р)= Цель изобре ти применения еления величинНа фиг. 2 - 10 хема устройства е облаи опреения - расшире за счет возможно запаздывания.изображены стр для определения уктурная парамет ОСУЛАРСТВЕННОЕ Г 1 АТЕНТН ЕДОМСТВО СССР ОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1 ф 1) 4914724/24 (2) 25,02,91 ( 6) 30.08.93. Бюл. М 32 1) Центральный научно-исследовательий институт "Гранит" 2) Е.В. Зенкевич, В.В. Каманин и В.Г. Куиш 6) Авторское свидетельство СССР 694839, кл. 6 05 В 23/00, 1978.Авторское свидетельство СССР 111. 1169372, кл. 6 05 В 23/00, 1983.Авторское свидетельство СССР фт 661511, кл. 6 05 В 23/00, 1977, (Ь 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕКИХ ОБЪЕКТОВ 7) Устройство для определения параметов линейных динамических объектов отноится к автоматике, а именно к технике змерения параметров передаточных функций динамических объектов, и может быть использовано при исследовании и наладке автоматических систем, а также в самонастраивающихся системах.Целью изобретения является увеличение количества исследуемых параметров путем обеспечения определения величины запаздывания неустойчивых динамических обьектов.Устройство содержит формирователь входного сигнала, с выхода которого ступенчатое воздействие подается на вход динамического звена, а также блок памяти, в котором фиксируется четыре значения переходной характеристики объекта через равные промежутки времени. После проверки правильности обрабатываемого участка переходной характеристики сигналы с выходов блока памяти поступают в блок вычисления параметров обьекта, на выходах которого вычисляются значения коэффициента усиления, постоянной времени, величины запаздывания для динамических объектов, содержащих интегрирующие элементы. 10 ил,динамических обьектов и его оков, на фиг, 1 - переходной кта.во для определения параметх динамических обьектов сосследуемый обьект 1, ль входного сигнала 2, измерилов времени 3, компаратор 4, ля, блок б памяти, блок 7 клюычисления параметров обьекычисления промежуточного а, первый и второй блоки 10 и , первый накапливающий сумвый блок 13 сложения, блок 14 вания, второй накапливающий ров линеиныхотдельных блпроцесс объеУстройстров линейныдержит иформироватетель интерваблок 5 контрочей, блок 8 вта, блок 9 вкоэффициент11 умноженияматор 12, перлогарифмиро.Филь 6 Тираж Подписное И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Г 113035, Москва ЖРа шская на 5, 4/5 н н"Сброс" 28, инвертор 29, второй компаратор30, второе реле 31, индикаторную лампу 32,масштабный блок 33, третье и четвертое реле 34 и 35, вторую индикаторную лампу 36,пятое реле 37, третью индикаторную лампу38,Измеритель 3 интервалов времени фиг,4) содержит первое - пятое реле 39 - 43времени, второй-шестой инверторы 44 - 48,первую-пятую схемы 49 - 53 совпадения,Блок 5 контроля (фиг. 5) содержит второй-шестой блоки 54 - 58 вычитания, третийи четвертый компараторы 59 и 60, схему"или" 61,Первое-пятое реле 39-43 времени (фиг.6) содержит схему совпадения 62, транзисторы 63 - 64, конденсатор 65, первый управляющий ключ 66 и резистор 67,Блок б памяти(фиг. 1) содержит первуючетвертую схемы 68 - 71 памяти,Первая-четвертая схемы 68 - 71 памяти(фиг. 8) содержат конденсатор 72, резистор73, шестое реле 74, операционный усилитель 75, конденсатор 76, резистор 77.Блок 9 вычисления промежуточного коэффициента (фиг, 9) содержит третий и четвертый блоки 78,79 сложения, пятый блок 80деления,Блок 1 ключей (фиг, 10) содержит первое-четвертое бесконтактнь;е реле 81 - 84.Сигнальный вход блока 14 логарифмирования соединен с выходом блока 9 вычисления промежуточного коэффициента,входом первого накапливающего сумматора 12 и первыми входами первого и зторогоблоков 10 и 11 умножения, сигнальные выходы которых соединены с четвертым итретьим сигнальными входами первого бло.ка 13 сложения соответственно, сигнальныйвыход которого соединен с первым сигнальным входом первого блока 17 деления, второй сигнальный вход которого соединен свыходом третьего блока 16 умножения, первый сигнальный вход которого соединен свыходом первого накапливающего сумматора 12, второй сигнальный вход - с пятымсигнальным входом блока 8 вычисления параметров объекта, вторым сигнальным входом четвертого блока 19 деления и пятогоблока 22 умножения, выход которого соединен с первым сигнальным входом второгоблока 20 деления, а первый сигнальный 20 25 30 35 40 45 50 55 вход - через второй накапливающий сумматор 15 с входом блока 14 логарифмирования, сигнальный выход которого соединен с первым входом четвертого блока 19 деления, выход которого соединен с третьим сигнальным выходом блока 8 вычисления параметров обьекта и вторым сигнальным входом блока 24 вычитания, выход которого соединен со вторым сигнальным выходом блока 8 вычисления параметров объекта, второй сигнальный вход которого соединен с выходом первого накапливающего сумматора 12 и первым сигнальным входом четвертого блока 23 умножения, второй сигнальный вход которого соединен с выходом первого блока 11 деления и первым выходом блока 8 вычисления параметров объекта, а выход - с первым сигнальным входом третьего блока 21 деления, выход которого соединен с первым сигнальным входом блока 24 вычитания, а второй сигнальный вход - с выходом второго блока 18 сложения, первый сигнальный вход которого соединен с выходом второго блока 11 умножения, а второй сигнальный вход с первым входом блока 8 вычисления параметров объекта, первым входом первого блока 13 сложения и первым входом блока 9 вычисления промежуточного коэффициента, второй сигнальный вход которого соединен со вторым входом второго блока 11 умножения, вторым входом первого блока 13 сложения и вторым входом блока 8 вычисления параметров объекта, третий сигнальный вход - со вторым входом первого блока умножения и третьим входом блока 8 вычисления параметров объекта, четвертый вход - с четвертым входом блока 8 вычисления параметров объекта, пятый вход которого соединен со вторым входом формирователя 2 входного сигнала, а первый-четвертый сигнальные входы - с первым-четвертым выходами блока 1 ключей соответственно, первый-четвертый сигнальные входы которого соединены с первым-четвертым сигнальными входами блока 5 контроля и памяти б соответственно, первый сигнальный вход которого соединен с выходом объекта, второй-пятый управляющие входы - с первым- четвертым управляющими выходами измерителя 3 интервалов времени соответственно, первый сигнальный вход которого соединен со входом объекта, а пятый управляющий выход - со вторым входом формирователя входного сигнала 2, третий сигнальный вход которого соединен с выходом объекта, а третий выход - с пятым управляющим входом блока 1 ключей, а четвертый вход - через компаратор 4 с первым сигнальным выходом блока 6 памяти.В формирователе входного сигнала 2 первый выход источника напряжения 25 через обмотку и контакты реле 26 и кнопки 27 и 28 подключен к земляной точке, второй в ход подключен через нормально разом нутые контакты реле 26 к первому выходу формирователя входного сигнала 2, через м сштабный блок 33 соединен со вторым в ходом формирователя входного сигнала 2 через нормально разомкнутые контакты р ле 35 и 37 и нормально разомкнутые конт кты реле 34 с третьим выходом формиров теля входного сигнала 2, третий вход к торого через инвертор 29 и ноомально р замкнутые контакты реле 26 соединен со в орым входом формирователя входного с гнала 2, а также через компаратор 30 и о мотку реле 31 соединен с земляной точк й, к которой подсоединены лампы 32, 36, 3, которые соответственно через нормальн разомкнутые контакты реле 31, 35, 37 с единены с источником питания Е, обмотк которых соединены с земляной точкой и с первым и четвертым входами формироват ля входного сигнала соответственно.В измерителе интервалов времени 3 первые входы реле времени 39 - 43 соединен с первым входом измерителя интервалов в емени 3, вторые входы блоков 39 - 42 саед нены со вторым входом измерителя инт рвалов времени 3, а выходы реле времени 3 - 43 через инверторы 44-48 соответственн соединены с первыми входами схем 49 - 5 совпадения, вторые входы которых с единены с первым входом измерителя инт рвалов времени 3, первый - пятый выходы к торого соединены с выходами схем 49 - 53 с впадения соответственно.В реле времени 39 - 43 конденсаторы 65 и,управляемые ключи бб включены между к ллектором транзистора 63 и базой транз стора 64, вторые входы управляемых ключ й 66 подключены к выходам пороговых б оков 62, первые входы которых подключенко второму входу реле времени, на втор е входы подаются постоянные смещения, о личающиеся друг от друга на ЬЕ.В блоке 5 контроля выход схемы ИЛИ 61 соединен с выходом блока 5 контроля, а п 1 ервый вход соединен с первым входом б ока вычитания 54, второй вход которого с единен со вторым входом блока 5 контрол и первым входом блока 55 вычитания, в орой вход которого соединен с третьим в одом блока 5 контроля и первым входом б ока 56 вычитания, второй вход которого с единен с четвертым входом блока 5 конт оля, а выход - со вторым входом блока 58 в читания, первый вход которого соединен свыходом блока вычитания 55 и вторым 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 входом блока 57 вычитания, первый вход которого соединен с выходом блока 54 вычитания, а выход через компаратор 59 соединен с первым входом схемы ИЛИ 61, второй вход которой через компаратор 60 соединен с выходом блока 58 вычитания.В блоке б памяти первые входы схем памяти 68 - 71 соединены с первым входом блока 6 памяти, второй вход которого соединен со вторым входом схемы 68 памяти, третий вход - со вторым входом схемы 69 памяти, четвертый вход - со вторым входом схемы 70 памяти, пятый вход - со вторым входом схемы 71 памяти, выход которой соединен с четвертым выходом блока 6 памяти, третий выход которого соединен с выходом схемы 70 памяти, второй выход - с выходом схемы 69 памяти, первый выхОд - с выходом схемы 62 памяти, В схемах 68 - 71 выход усилителя постоянного тока 75 через конденсатор 76 подключен к его выходу, а через резистор 77 - к цепочке, состоящей из конденсатора 72 и резистора 73, вход которой подключен к первому входу схем памяти, а выход усилителя через нормально замкнутый контакт реле 74 - ко входу усилителя 75, обмотка реле 75 подключена ко второму входу схем памяти 68 - 71.В блоке 7 ключей управляющие входы бесконтактных реле 81 - 84 соединены с пятым управляющим входом блока 7 ключей, вторые входы бесконтактных реле 81 - 84 соединены с первым-четвертым входами блока 7 ключей соответственно, а выходы - с первым-четвертым выходами блока 7 ключей.В блоке 9 вычисления промежуточного коэффициента выходы блоков сложения 78 и 79 соединены с первым и вторым входами блока деления 80, выход которого соединен с выходом блока 9 вычисления промежуточного коэффициента, первый вход которого соединен с первым входом блока 78, второй вход - со вторым входом блока 78 и первым входом блока 79, третий вход - с третьим входом блока 78 и вторым входом блока 79,четвертый вход - с третьим входом блока 79.В качестве исследуемого объекта может быть широкий класс неустойчивых динамических систем (содержащих интегрирующее звено), а также силовых исполнительных элементов - гидродвигателей,. электродвигателей и т.д,Устройство для определения параметров линейных динамических объектов работает следующим образом.Перед началом работы, зная примерно длительность переходного процесса обьекта 1, при помощи масштабного блока 33 устанавливается длительность времен ногоЛ у(0)= у(1)-у(0); Лу(1)= у(2)-у(1) Л у(2)= у(3)-у(2) 10 15 Л у(0)4 у(1)-ЙУ 0 ) Л у(1)=бу(2 ыу (1 ) 1 +у О) промежутка Л, Величина Л выбирается из условия, чтобы фиксируемые значения величин у(0), у(1), у(2), у(3) не попали на линейный участок переходного процесса, э первый отсчет у(0) не был равен нулю. С подключением исследуемого объекта 1 к устройству для определения параметров линейных динамических объектов происходит замыкание отрицательной обратной связи через инвертор 29 и нормально замкнутые контакты реле 26 . В момент установки объекта 1 в исходное состояние индикаторная лампа 32 погаснет. При замыкании кнопки 27 "Пуск" в формирователе входного сигнала 2 срабатывает реле 26 и замыкает свои нормально разомкнутые контакты и кнопка 27 блокируется. При размыкании нормально замкнутых контактов реле 26 отрицательная обратная связь размыкается, а при замыкании второго нормально разомкнутого контакта реле 26 сигнал с первого выхода формирователя входного сигнала 2 подается скачком на вход исследуемого объекта 1 и на первые входы реле времени 39-43 измерителя интервалов времени 3. При этом сигнал на выходе исследуемого объекта 1 представляет собой переходной процесс, который поступает на первые входы схем памяти 68 - 71, которые до срабатывания ре- ле 74 работают в режиме операционных усилителей с коэффициентом передачи единица. При подаче сигнала на базу транзистора 63 он открывается, конденсаторы 65 оказываются подключенными параллельно змиттерно-базовому переходу транзистора 64. Количество конденсаторов 65, подключенных в схеме определяется количеством сработавших ключей 66, которое в свою очередь определяется количеством сработавших схем 62 сравнения, определяемое величиной сигнала на втором входе схем задержки, Транзистор 64 запирается и находится в закрытом состоянии до тех пор, пока конденсаторы 65 не разрядятся через резистор 67. Когда окончится процесс разрядки конденсаторов 65, снова появится базовый ток транзистора 64, последний откроется, и сигнала на выходе не будет. Таким образом задержка времени зависит от постоянной времени Тр=С 65 йет, Включение реле 39 - 43 совместно с логическими элементами - инверторами 44 - 48, схемами совпадения 49-53 обеспечивает появление сигнала на выходах измерителя интервалов времени 3 с определением запаздыванием по отношению к входному сигналу. Задержка сигналов измерителем интервалов времени 3 равна соответственно Л, 2 Л, ЗЛ, 4 Л Л; по мере поступления этих сигналов 20 25 30 35 40 45 50 с первого-четвертого выходов измерителя интервалов времени 3 на вторые входы схем памяти 68 - 75 происходит последовательное срабатывание реле 74 и запоминание соответствующих значений переходного процесса у(0), у(1), у(2), у(3) в моменты времени Л, 2 А 3 Л, 4 Л . Величины сигналов соответствующие первым разностям формируются на блоках вычитания 54, 55,56, а величины соответствующие вторымразностям формируются на выходах блоков 57, 58 вычитания блока 5 контроля, В случае если величина Л выбрана верно, т,е, у(0)ФО; Ллу(0)0 Ллу(1)0. т.е. зафиксированные значения не попали на линейный участок переходного процесса, на выходе компаратора 4 и блока 5 контроля появляется сигнал, реле 35 и 37 срабатывают и замыкают свои нормально разомкнутые контакты, при этом загораются индикаторные лампы 36 и 38, сигнализируя о правильном выполнении операций, Управляющий сигнал, поступающий с пятого выхода измерителя интервалов времени 3 спустя время д с момента фиксации последнего необходимого отсчета переходного процесса, вызывает срабатывание реле 34 формирователя входного сигнала 2, которое замыкает свой нормально разомкнутый контакт. После этого управляющий сигнал с третьего выхода формирователя входного сигнала 2 поступает на управляющие входы бесконтактных реле 81 - 84 блока 7 ключей, что приводит к их срабатыванию. Запомненные значения переходного процесса через сработавшие контакты реле 81 - 84 поступают на входы блока 8 вычисления параметров объекта, Значение величины К вычисляется в блоке 9 вычисления промежуточного коэффициента по формуле а значения параметров передаточной функции объекта 1 вычисляются блоками 10-24 математических операций по формуламТ=- Ып(-К)3+К гВ случае если длительность временного ромежутка Л выбрана неправильно, т,е. (0)=0 ипи еепомненнме енечение переходого процесса попали в линейную зону, то игналы на выходе компаратора 4 или выхо е блока 5 контроля не появляются, реле 35 или 37 не срабатывают, таким образом появление сигнала на третьем выходе формиователя входного сигнала 2 невозможно, лампы 36 или 37 не загораются, фиксируя 15 шибку в измерениях. Сигнал на управляюие входы реле 81-84 йе поступает.В первом случае необходимо увеличить еличину Л на выходе масштабного блока 3, а во втором - уменьшить и повторить 20 ксперимент сначала, Повторный пуск возожен только после того, как объект 1 верулся в исходное положение. Для этого еобходимо нажать кнопку 28 "Сброс", при том снимается сигнал с обмотки реле 26, 25 но разомкнет свои нормально разомкнуые контакты и отключит сигнал со входа бъекта 1, а также замкнет свои нормально амкнутые контакты и подключит к исследумому объекту 1 отрицательную обратную 30 вязь. Лампа 32 погаснет как только объект , вернется в исходное положение,Таким образом, предлагаемое устройсто позволяет определять параметры широого класса устройств, входящих в состав 35 истем автоматического управления, переаточные функции которых описываются ыражением (1), т.е. имеют в своем составе нтегрирующие звенья и запаздывание. Таими передаточными функциями описыватся, например, разомкнутые идравлические и электромеханические ледящие системы, а также разнообразные ильтры. В устройстве за одно воспроизвеение переходного процесса, по четырем 45 очкам переходной характеристики (на люом ее участке за исключением линейногоначального в зоне запаздывания) опредеяются все параметры передаточной функии по формулам, которые являются 50 бсолютно точными, В устройстве предусотрен контроль правильности выбранного частка переходной характеристики. Формула изобретения Устройство для определения парамет ов линейных динамических объектов, соержащее формирователь входного игнала, первый выход которого соединен с соответствующим входом измерителя интервалов времени и является первым выходом устройства, а также компаратор и блок вычисления параметров объекта, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения путем определения величин запаздывания неустойчивых динамических обьектов, в устройство введены блок памяти, блок контроля, блок ключей, а блок вычисления параметров объекта состоит из блока вычисления промежуточного коэффициента, пяти блоков умножения, блоков сложения, двух накапливающих сумматоров, четырех блоков деления, блока логарифмирования и блока вычитания, причем первый выход блока вычисления промежуточного коэффициента соединен с входом блока логарифмирования, первым входом первого блока умножения, первым входом второго блока умножения и входами первого и второго накапливающих сумматоров, входы блока вычисления промежуточного коэффициента, являющиеся входами блока вычисления параметров объекта, подсоединены соответственно второй - к второму входу блока умножения, третий - к второму входу первого блока умножения и к первому входу первого блока сложения, первый - к второму входу первого блока сложения и первому входу второго блока сложения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения и третьим входом первого блока сложения, четвертый вход которого подключен к выходу первого блока умножения, а выход - к первому входу первого блока деления, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, первым входом подключенного к выходу первого накапливающего сумматора, соединенному с первыми входами четвертого блока умножения и второго блока деления, второй вход которого соединен с выходом пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу второго накапливающего сумматора, второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом первого блока деления, являющимся первым выходом блока вычисления параметров объекта, выход четвертого блока умножения подключен к первому входутретьего блока деления, второй вход которого соединен с выходом второго блока сложения, выход - с первым входом блока вычитания, выход которого является вторым выходом блока вычисления параметров объекта, первый и второй входы подсоединены соответственно к выходу второго блока деления и выходу четвертого блока деления, который является третьим выходом блока вычисления параметров объекта, первый вход соединен с выходом блока логарифмирования, вторые входы пятогои третьего блоков умножения соединены с вторым входом четвертого блока деления, являющимся пятым входом блока вычисления параметров обьекта и подсоединенным к второму выходу формирователя входного сигнала, соединенного с вторым входом измерителя интервалов времени, четыре выхода которого соединены с соответствующими управляющими входами блока памяти, пятый информационный вход которого является первым входом устройства и соединен с первым входом формирователя входного сигнала, второй вход которого соединен с пятым выходом измерителя интервалов времени, третий и четвертый входы соединены с выходом компарэтора и 5 блока контроля, четыре сигнальных входакоторого соединены с выходами блока памяти и сигнальными входами блока ключей, управляющий вход которого соединен с третьим выходом формирователя входного 10 сигнала, а четыре выхода - с соответствующими входами блока вычисления промежуточного коэффициента.