Устройство для настройки систем автоматического регулирования

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик951242(22) Заявлено 28. 03 . 78 (21) 2597740/18-24 1 И 1 М,кл з с присоединением заявки Мо 6 05 В 23/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Опубликовано 15.08.82,Бюллетень Мо 30 Дата опубликования описания 15.08,82 Л.А. Иванов, А.В. Сергеев, В.ф. Кузищин, С.И. Лейкин В.Я, Ротач, А.У. Ялышев и В.К. Ярыгин(72) Авторы изобретения 71) Заявитель Специальное конструкторское бюро систем правтоматики 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСТРОЙКИ СИСТЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ 5 2 0 Изобретение относится к автоматике. Известны устройства для настройки систем автоматического регулирования (именуемые далее - устройст" ва 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, какой- либо 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 настро ек 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 параметровф настройки регулятора САР по опреде- ленным критериям оптимальности Г 11.Для настоящего времени наибольшее распространение нашли устройства настройки, предназначенные и по 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 колебаний, выполненный в виде гене 1995124220ния выходного сигнала интегратора. Для определенности примем в качестве примера, что цифровой сигнал на входе 23 делителя 2 отображается трехразрядным двоичным числом с зна-, чениями разрядов, которые обознача" ются О О, О, а вторая секция делителя выполнена так, что при О - "1" О "0" О "0" ее коэффиЯ. фциент передачи равен единице, при Ол= "0", О= "1", ОВ= "0" " 1/2, 1 О Йри О = "Офф, Р = фф 0", О = "1" - 1/4ю й - . у Р а значения цифрового сигнала упорядочены так, что они соответствуют областям Ол., 0 , Оь. В этом случае разряды периодйчески изменяют свои значения как отобраено 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 сигнала 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 сос тоянием триггера 37, которое непосредственно после установки режима ГК может быть произвольным. Для определенности примем, что сигнал ревер са в момент й установки режима ГК имеет единичный уровень. Изменение сигнала реверса, обозначенного В, во времени отображено на Фиг,З диаграммой 73. Так как счетный вход 35 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 коц числа 40 М то сигнал реверса изменяет свой логический уровень ца противоположный каждый раз при достиении основным сигналом значения Мо, т.е. в моменты времени с 4, йВсл и т.д. Из менение выходного сигнала интегратора, представленного как обычно числовым значением его выходного кода, отображено на Фиг. 3 диаграммой 77Непосредственно после момента й установки режима ГК выходное состояние интегратора моет быть произвольным, но первым е последующим импульсом сигнала синхронизации й, возникающим в момент , на выходе интегратора начинает изменяться в сторону, ойределяемому сигналом реверса В, Примем для определенности, что единичный уровень сигнала,реверса В устанавливает интегра." тор в режим сложения. В интервале 6 О времени отдо с, О "1", О = "0",Ои В : "1" поэтому выходной сигнал интегратора линейно возраС- тает со скоростью, равной частоте Е, В интервале времени от йа до 65 О О О н 1 н О Он В 1 3 1 Д. ) 4 1 поэтому выходной сигнал интегратора продолхает линейцо возрастать со скоростью, равной Г/2. В интервале времени от й, до с О .т О = "О" О = "1", поэтому выходной сигнал .1интегратора линейно изменяется со скоростью, равной Г/4, причем до момента времени с 4- увеличивается, а после момента времени- умецьша 4ется, так как в момент времени изменяется сигнал реверса В. Очевидно, что и далее до момента времени с, выходной сигнал интегратора изменяется так, что участок диаграммы 77 от момента времени с до момента времени с. симметричен участку от момента времени г до момента времени 4 относительно линии момента времени ,. В момент времени С, как следует из диаграммы 72, вновь возникает импульс сигнала синхронизации В, который вновь устанавли- " вает выходной сигнал счетчика 62 равным Мл, после чего этот сигнал в интервале времени от с до с совершает следующий цикл своего изменения аналогично описанному выше. В момент с импульс сигнала синхронизации воздействует таке и на интегратор 3, устанавливая его выход- ной сигнал равным Мо, но так как выходной сигнал интегратора в этот момент времени уже принял значение М, в процессе интегрирования, то изменение этого сигнала в результате воздействия сигнала синхронизации не происходит. Дальнейшее формирование участка диаграммы 77 в интервале времени от . до 9 понятно из сопоставления диаграмл 73 - 76 с учетом соображений, приведенных выше. После момента с выходной сигнал инотегратора и далее совершает периодические колебания аналогично описанному циклу от с до с , так как значения сигналов на диаграммах 71 - 76 в момент времении со совпадают, период этих колебаний Т равен интервалу времени от с доЧисло 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 можйо получить и плоские вершины аппроксимирующей линии, для этого достаточно сопоста-,. вить той области разбиения основного сигнала, которая включает в себя число Ио, нулевоб" значение коэффицйента передачи второй секции 20 управляемого делителя 2, а в варианте выйолнения устройства настройки сж.ласно фиг. 1 получить колебания с плоскими вершинами на выходе интегратора 3 невозможно.Далее колебания цифрового выходного сигнала интегратора 3 преобразуются преобразователем 4 в колеба ния аналогового сигнала. со смещением на величину, равную весу Мд старшего разряда интегратора 3, так что колебания выходного сигнала греобразователя 4 совершавтся относительно О нулевого значения этого сигнала. Последнее, справедливо и для установившихся колебаний в режиме ВА, так как в этом режиме ьследствие наличия обратной связи, каковой для устройства настройки является участок настраиваемой САР, включенный при использовании устройства настройки в режиме ВА между выходной и входной клеммами, при симметричной выходной характеристике релейного элемента 13 происходит автоматическое симметрирование колебаний выходного сигнала интегратора 3 относительно; .значения М . Далее выходной сигнал преобразователя 4 масштабируется выходным блоком 5 с помощьюзадатчика 9 и передается .на выходную клемму 6 с постоянной составляющей опУ ределяемой задатчиком 10. Из рассмотрения диаграюы 77 фиг, 3 видно, что при указанном выше весе М старшего разряда выходного сигнала интегратора этот разряд имеет единичный логический уровень в интервале времени от с до с, т.е. в одном полуперио де колебаний выходного сигнала интегратора, и нулевой логический уровень в интервале времени от е, до т.е, в другом полупериоде колебаний, следовательно; этот разряд соверша ет прямоугольные колебания с периодом, равным периоду колебаний выходного сигнала интегратора, причем передний фронт этих прямоугольных колебаний соответствует нулевой фазе 45 колебаний выходного сигнала интегратора. Это обстоятельство дает возможность использовать прямоугольные колебания в блоке измерения, подключив 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 раэ вертки фазы колебаний выходного сигнала интегратора и, следовательно, колебаний на выходной клемме 6. В устройстве настройки согласно фиг. 2 выходы разрядов счетчика 62 по суще ству являются выходами делителей частоты на два, включенных последовательно, поэтому возможно исполнение устройства настройки, в котором младшие разряды счетчика 62 одновре.-, 65 менно являются элементами второй секции 20 делителя 2Таким образом, предложенное устройство настройки, как выполненное 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 параметров колебаний, в частности, амплитуды и сдвига фазы, предназначенного в основном для идентификации САР методом последовательного снятия координат амплитудно-частотной и Фазо-частотной 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, вчастности, амплитуды и периода, предназначенного в основном для быстрогоопределения оптимальных параметровнастройки 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 воэможностями. Устройство настройки, в котором блок измерения соединен с переключателем выбора режима работы (ГК или ВА), про- ще, так как в этом случае вместотрех отсчетных устройств (для амплитуды, для сдвига фазы и для периода) можно иметь в устройстве настройки два отсчетных устройства, одно из которых служит для отображения результата измерения как сдвига фазы в режиме 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 пользовано на любых промышленных объектах, оснащенных САР, как в процессе пуско-наладочных работ при вводе объектов в эксплуатацию, так и периодически в процессе промышленнойэксплуатации объектов для оптимизации САР, а также может быть использовано для идентификации САР или их участков (например, объектов). частотными методами при исследовательских работах. 5формула изобретения1, 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 блок измерения, причем первый управляющий вход делителя связан с выходом второго задатчика, второй управляющий вход - с первым выходом блока управления, второйвыход которого соединен с реверсирующим входом, первый вход - с выходом интегратора, а со ответствующие входы блока измерения подключены к одному из выходов входного блока и к входу релейного элемента, о т л и ч а ю щ е е с я 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 35 блока .подключены к входам переклюЧателя, вход аналого-циФрового йреобразователя 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 ч а ю щ е е с я тем, что промежуточный выход делителя частоты соединен с соответствующим входом блока измерения, переключающий вход которого соединен с вторым выходом переключателя.Источники информации,принятЫе во внимание при экспертизе1. Атаманенко В.Г, Анализаторпериодических функций типа А 0-6 П."Приборы и системы управления", 1967,Р 2, с. 6-9.2, Балакирев В,С.,Дудников Е,Г.,Цирлин А.М. Экспериментальное определение динамических характеристикпромышленных 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 промышленных САР (полуавтоматический оптимизатор):. Технический отчет Ленинградского специализированного пуско-наладочного управления треста "Севзапмонтажавтома.тика" Минмонтажспецстроя СССР. Л.,1973 (прототип),951242 Составитель В. ВасильевТехред Т.Маточка Корректор О. БилаЮЕ Редакт филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 аз 5944/52 Тираж 914 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретения и отк 113035, Москва, Ж, Раушскаяратора периодических. колебаний а устанавливаемыми периодом и амплитудой, и блок измерения амплитудно- частотной и Фазо-частотной характеристик, например, амплитуды и сдвига Фазы колебаний либо непосредственно амплитудно-Фазовой характеристики. Достоинством устройства настройки первого типа является универсальность, т.е. пригодность для оптимизации САР любой структуры 2, 0Недостатком устройства настройки первого типа является необходимость проведения для оптимизации САР измерений в большом числе частотных точек, например для САР средней 5 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 случайных помех измерение в каждой частотной точке проводят в течение нескольких периодов колебаний, при-водит к большим затратам времени на 25 процесс оптимизации САР и, следова тельно, к значительным материальным затратам на наладочные работы. дическое звено, а блок измерения обес печивает измерение амплитуды и перио 40 да колебаний, причем основными параметрами настройки возбудителя являются постоянная времени апериодического звена и уровень ограничениявыходной характеристики релейногоэлемента, приведенный к выходнойклемме через статический коэффициент передачи апериодического звена.Порядок использования устройстванастройки такого типа для оптимизации САР состоит в следующем; входнаяи выходная клеммы устройства 50 настройки соединяются с двумя разными точками САР, при этом в САР некоторых структур возникают устойчивые периодические колебания, с по.мощью блока измерения измеряют и фиксируют амплитуду колебаний на входе устройства настройки, а также период колебаний на его входе или,выходе, затем, изменяя парамет, ры настройки возбудителя колебаний, добиваются, чтобы были выполнены определенные соотношения между амплитудой колебаний на входе устройства настройки и уровнем ограничения выходной характеристики релей 60 65 Известно также устройство настройки другого типа (именуемое далее - ЗО устройство настройки второго типа), в котором возбудитель колебаний содержит входную и выходную клеммы и включенную между ними нелинейную и фазосдвигающую цепь, содержащую в " 35 свою очередь соединенные последовательно релейный элемент и аперионого элемента, приведенным к выходу устройства настройки через стати- ческий коэффициент передачи апериодического звена, а также между периодом колебаний и постоянной времени апериодического звена, после чего по определенным формулам, в которые подставляются значения указанных параметров настройки возбудителя колебаний, при которых выполнены укаэанные соотношения, вычисляются 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 4 С помощью устройства настройки второ го типа обеспечивается оптимизация САР большинства применяемых структур, причем достаточная для практики точность оптимизации достигается обычно после проведения измерения параметров колебаний всего в трех- пяти частотных точках, т.е. значительно быстрее, чем при использовании устройств настройки первого типа 3.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, цифра-аналоговый преобразователь и выходной блок, установленный вход которого подключен 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 релейнОго элемента. Масштабный преобразоватеЛь .выполнен в виде двухстороннего ограйичителя., Блок управления содержит Ъва пороговых элемента и В 5-триггер, причем входы пороговых элементов объединены и образуют вход блока управления, выходы пороговых блоков подключены к установочным входам триггера, а выход триггера является выходом блока управления. Блок измерения снабжен четырьмя входами и содержит узелизмерения амплитуды с первым отсчетным 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 фазыподключен к соответствующим входамблока измерения и к выходу компаратора, узел измерения периода подключен к выходу компаратора, входкомпаратора является также одним извходов блока измерения. Известноеустройство анализатор ) действуетследующим образом. Источник опорного сигнала, делитель, интегратор иблок управления образуют схему генератора треугольных колебаний выходного сигнала интегратора с постоянной амплитудой, определяемой порогами срабатывания пороговых элементовблока управления, и с периодом,который задается первым задатчиком.Треугольные колебания преобразуютсяпреобразователем путем двухстороннего ограничения;на уровне 2/3 амплиту"ды в трапецеидальные колебания, которые по содержанию высших гармоник(менее 53) не очень сильно отлйчаютсяот синусоидальных и в первом приближении могут считаться синусоидальными и которые после масштабированиявыходным блоком с помощью второго задатчика и возможно введения постоянного смещения передаются на выходную клемму. На выходе формирователя,через который блок измерения подключен к интегратору и блоку управления,в каждом периоде колебаний из выходного сигнала интегратора с помощьюблока управления формируется линейно 40нарастающий сигнал, который поступает на вход блока измерения и является для него сигналом линейной раз вертки фазы. Входной блок воспринимаетколебания с входной клеммы, компенсирует постоянную составляющую входногосигнала, усиливает колебания и передаетих на первый вход блока измерения и навход релейного элемента. Релейныйэлемент преобразует колебания произвольной формы в прямоугольные колебания и передает последние навторой вход блока измерения. Блокизмерения измеряет амплитуду колебаний на первом входе и отображает еена первом отсчетном подблоке с учетом коэффициента усиления входного блока, так что показания соответствуют амплитуде на входнойклемме. Блок измерения измеряетсдвиг фазы прямоугольных колебанийна втором входе относительно прямоугольных колебаний на выходе компаратора по принципу отсчета величины изменения сигнала линейнойразвертки Фазы за интервал времени 65 между определенными фронтами этих колебаний и отображает результат на втором отсчетном подблоке, Порог срабатывания компаратора выбран равным среднему значению выходного сигнала интегратора, так что прямоуголь. ные 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 клемме, Блок измерения измеряет также период прямоугольных колебаний на выходе компаратора, равный периоду колебаний на выходной клемме, и отображает результат на третьем отсчетном подблокеТак как анализатор содержит генератор . периодических колебаний и блок измерения, обеспечивающий измерение амплитуды и сдвига фазы, то он является устройством настройки первого типа. Анализатор не содержит нелинейР ной фазосдвигающей цепи, включенной между входной и выходной клеммами, и поэтому не обеспечивает работы в качестве устройства настройки второго типа 4 . Таким образом, известные устройства настройки являются либо толькоустройствами настройки первого типа,либо только устройствами настройкивторого типа, поэтому они не обеспечивают оптимизацию САР любым (по желанию оператора из двух списанныхметодов, т.е. обладают недостаточнымифункциональными возможностями.Цель изобретения - расширениеФункциональных воэможностей устройства,Поставленная цель достигается тем,что устройство содержит арифметИческий блок, аналого-цифровой преобразователь и переключатель, при этомвыходы источника опорного сигнала иарифметического блока подключены ковходам переключателя, вход аналогоцифрового преобразователя и второйвход блока управления подключенысоответственно к первому и второмувыходам переключателя, первый выходаналого-цифрового преобразователясоединен с входом делителя частоты,второй выход - с третьим входомблока управления, первый вход ариФметического блока соединен с выходомрелейного элемейта, второй вход -с выходом цифро-аналогового преобразователя и, кроме того, промежуточ.ный выход делителя частоты соединенс соответствующим входом блока измерения, переключающий вход которо 951242го соединен с вторым выходом пере 1 ключателя.На фиг.изображена схема первого варианта выполнения устройства настройки; на фиг. 2 всхема второго варианта выполнения устройства настройки; на Фиг. 3 . - временные диаграммы работы второго варианта выполнения устройства настройки.Схема устройства настройки по пер вому варианту .(Фиг. 1) содержит ис" 10 точник опорного сигнала 1, делитель частоты 2,интегратор 3, цифро-аналоговый преобразователь 4, выходной блок 5, выходную клемму б, блок управления 7, задатчики 8, 9 и 10, 15 входную клемму 11, входной блок 12, релейный элемент 13, блок измерения 14, арифметический блок 15, аналого-цифровой преобразователь 16, переключатель 17 и источник логических 20 Уровней 18. Устройство настройки может дополнительно содержать формирователь (не показано). Делитель частоты 2 (далее - делитель) выполнен в виде двух секций 19.и 20, каждая секция снабжена своим входом управления, вход первой секции является основным входом 21 делителя 2, вход управления первой секции является первым входом управления 22 делителя 2, выход первой секции соединен с входом второй секции, вход управления второй секции является вторым входом управления 23 делителя, а выход второй секции является основным выходом 24 делителя 2, Интегратор 3 З 5 выполнен с основным входом 25, выходом 26, входом реверса 27. Цифроаналоговый преобразователь 4 1 или масштабный преобразователь выполнен так, что осуществляет линейное преобразование входного сигнала в выходной сигнал по крайней мере в пределах части диапазона изменения входно=. го сигнала и в частном случае может являться линией соединения входа с 45 выходом. Выходной блок 5 снабжен основным входом 28, входом 29 установки коэффициента передачи и входом 30 введения в выходной сигнал постоянной составляющей. Блок управления 7 снабжен входами 31, 32 и 33 и выходами 34 и 35 и содержит дешифратор 36 и триггер 37. Все укаэанные входы и выходы блока управления 7 являются одновременно входами и выходами дешифратора 36, Дополнительно дешифратор 36 снабжен входом 38 и выходами 39 и 40. Триггер 37 выполнен в виде К 5-триггера, снабжен выходом 41 и установочными входами 42 ,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 ус тановочному входу 43 при достижениисигналом, подаваемым на вход 31 иименуемым далее - основной сигнал,первого определенного значения, именуемого далее число М, далее онформирует на выходе 40 тот логический уровень, который обеспечиваетустановку другого определенного состояния триггера 37 по его установочному входу 42, при достижении основным сигналом второго определенногозначения, именуемого далее - число Мон формирует на выходе 35 сигнал,принимающий в зависимости от величины основного сигнала несколько Фиксированных значений, каждое из которых соответствует своей определеннойобЛасти значений основного сигнала,состоящей из двух подобластей, характерных тем, что две подобласти, образующие одну область, расположенына числовой оси возможных значенийосновного сигнала симметрично относительно среднего арифметического зна 1чения чисел М,( и М , именуемого далее - число М , причем упомянутыефиксированные значения сигнала навыходе 35 таковы, что каждое из нихпри подаче на вход управления 23 делителя 2 обеспечивает установку своего значения коэффициента передачивторой секции 20 делителя 2 и упорядочены между собой так, что устанавливаемый указанным образом коэффициент передачи второй секции делителя2 имеет тем большее значение, чемдальше соответствующая область значений основного сигнала отстоит науказанной числовой оси от числа Мо,удалее он передает на выход 34 логический сигнал, поступающий на вход38 с триггера 37 возможно с инверсией, а при втором логическом уровнена входе 33 он формирует на выходе35 одно фиксированное значение сигнала, которое при подаче на входуправления 23 делителя 2 обеспечивает установку определенного значениякоэффициента передачи второй секции20 делителя 2 и передает на выход34 логический сигнал, поступающийна вход 32 возможно с инверсией.Входной блок 12 снабжен входом 44,основным выходом 45 и дополнительнымвыходом 46 и выполнен так, что онпроизводит усиление входного сигналадо уровня, достаточного для работыблока измерения 14, компенсирует постоянную составляющую входного сигна-ъла, сглаживает импульсныепомехи ипредставляет на выходе 45 преобразованный сигнал, а на выходе 46 - сигнал, отображающий своей величинойустаиовленное значение коэффициентаусиления. Релейный элемент 13 имеетдвухпозиционную выходную характеристику с симметричными относительнонуля выходного сигнала стабильнымиуровнями, которые называют уровнямиограничения, Блок измерения 14 снабжен входами 47 - 51 и выполнен известным образом, что измеряет амплитуду колебаний на входе 47 с учетомзначения сигнала на входе 48, измеряет период колебаний на входе 49или 50, а также измеряет сдвиг фазыколебаний на входе 49 относительноколебаний на входе 50, причем в качестве меры величины сдвига фазы 1 Оиспользует сигнал линейной развертки фазы, подаваемый на вход 51извне. Блок измерения дополнительноможет быть снабжен входом установкирежима и выполнен так, что в первом 15режиме он измеряет амплитуду колебаний и сдвиг фазы, а во втором режиме он измеряет амплитуду и периодколебаний. Арифметический блок 15снабжен входами 52 и 53 и выполнентак, что его выходной сигнал равенразности сигналов, поданных на еговходы и, возможно, умноженных нанекоторые постоянные коэффициенты.Аналого-цифровой преобразователь 16снабжен входом 54 и выходами 55 и 56и предоставляет на выходе 55 информацию об абсолютной величине входногосигнала, а на выходе 56 - информациюо знаке входного сигнала. Переключатель 17 имеет два положения, условно обозначаемые далее ГК и ВА, и вкаждом из этих положений непосредственйо своими контактами или с помощьюключей, которые управляются этимиконтактами, обеспечивает соединения 35указанные на фиг.1 Источник логических уровней 18 снабжен парафазнымвыходом логического сигнала с уровнями, согласованными с дешифратором36 блока управления 7. Формирователь,4если он содержится в устройстве наст;ройки , снабжен входом, выходом ивходом управления. Вход 50 блокаизмерения 14 может быть подключенлибо к выходу масштабного преобразователя 4, либо к выходу интегратора3 в зависимости от.особенностей выполнения первого преобразователя иинтегратора, указанных ниже, Вход 51блока измерения 14 может быть подключен либо к выходу масштабного преобразователя 4, либо к выходу интегратора 3 через формирователь, соединенный также с блоком управлениятак, как это выполнено в известномустройстве (формирователь не показан), либо при определенном укаэанномниже выполнении делителя 2 - непосредственно к дополнительному выходу57 делителя 2, являющемуся выходомпервой секции 19 делителя 2. Блок 60измерения 14, в частности его вход58 установки режима, может быть подключен к переключателю 17, напримерк его выводу, соединенному с блоком управления 7. 65 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 назвай 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 М устанавливается в одно определенное состояние, а при достижении выходным сигналом интегратора значения й 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 сиГ- нал интегратора совершает периоди 951242 12ческие колебания между значениямйи й, 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 сиг" нала интегратора как и в прототипе, имели бы треугольную форму. Однако в соответствии с приведенной харак О теристикой блока управления сигнала на выходе 35 блока управления при периодическом изменении величины сигнала на входе 31 блока управления, т.е. выходного сигнала интегра тора 3, периодически и дискретно изменяется, соответственно периодичес ки и коэффициент передачи второй секции 20 делителя 2, поэтому выходной сигнал интегратора 3 изменяется 20 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 упорядо" чение выполнены так, что колебания выходного сигнала интегратора в итоге имеют форму, мало отличающуюся от синусоидальной, Колебания совершаются относительно упомянутого выше значения И и имеют амплитуду, равную (- ). Очевидно, чтопри Фиксированном значении постоянной времени интегрирования интегратора 3, а так- е при определенном выполнении блока управления 7, управляемого делителя 2, второго преобразователя 1 б .и источника опорного сигнала 1 период колебаний однозначно определяется задатчиком 8. 40Масштабный преобразователь 4 линейно передает колебания с выхода интегратора 3, возможно, с преобразованием вида сигнала на основной вход 28 выходного блока 5, а при о Ф О, дополнительно осуществляет смещение средней линии колебаний на величину М так, что постоянная составляющая сигнала на выходе масштабного преобразователя достаточно точно равна нулю. Если интегратор 350 выполнен так, что вид его выходного сигнала соответствует требуемому виду выходного сигнала на выходной клемме б, а 1,в О, т.е. колебания на выходе интегратора 3 совершаются относительно нулевого значения его выходного сигнала, то преобразователь 4 просто передает колебания со своего 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 постоян. б 5 ной составляющей сигнала на выходной клемме б может быть установлензадатчиком 10,Особо рассмотрим случай, когдапреобразователь 16 выполнен с,сигналом частоты на выходе 55, делитель 2выполнен в виде делителя частоты,а интегратор 3 - в виде реверсивногосчетчика. В этом случае нетрудноусмотреть, что, несмотря на периодически изменяющийся коэффициент передачи второй секции 20 делителя 2,каждому периоду колебаний выходного сигнала интегратора (например,от значения й дои обратно) соответствует постоянйое число импульсов на входе второй секции, независимо от положения задатчика 8. Частота на входе второй секции 20 прикаждом определенном положении задатчика 8 постоянна, поэтому число импульсов этой частоты, отсчитываемоес момента нулевой фазы колебаний выходного сигнала интегратора, пропорционально текущей фазе этих колебаний, причем коэффициент пропорциональности не зависит от установленного значения периода, так что сигналчастоты на дополнительном выходе 57делителя 2 может быть подан на вход51 блока измерения в качестве сигнала линейной развертки фазы. В этомслучае отпадает необходимость в применении отдельного формирователясигнала линейной развертки фазы, иустройство настройки упрощается.При использовании устройстванастройки по его прямому назначениюколебания с выходной клеммы б подаются в какую-нибудь точку настраиваемой САР, а на входную клемму 11 поступают колебания из какой-либо другойточки этой САР. Так как исправнаянастраиваемая САР, как известно,должна быть устойчивой, считают,что сигнал на входной клемме 11содержит колебания с периодом, равным периоду колебаний на выходнойклемме б, Входной блок 12 подавляетшумовую и компенсирует постояннуюсоставляющие входного сигнала, принеобходимости усиливает амплитудуколебаний до уровня, достаточного длянадежной работы блока измерения 14,и передает колебания на релейныйэлемент 13 и на вход 47 блока измерения, а релейный элемент 13 преобразует эти колебания в промоугольные ипередает эти прямоугольные колебаниямина вход 49 блока измерения. На вход50 блока измерения поступают колебания с теми же периодом и фазой, ка-,кие имеют колебания на выходной клемме б, например, с выхода первого преобразователя 4. На вход 51 блока измерения поступает сигнал линейнойразвертки Фазы, например, с выходаформирователя, упомянутого выше,но не изображенного на Фиг, 1, Блок измерения измеряет амплитуду колебанийна входе 47 с учетом коэффициентаусиления входного блока 12, величина которого представлена сигналомна входе 48, так, что результат измерения соответствует амплитуде навходной клемме 11Если блок измерения не снабжен входом 58 установкирежима, то как в режиме ГК, так ив 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 6, так и сдвиг фазы колебанийна входе 49 относительно колебаний на входе 50, равный сдвигуфазы колебаний на входной клемме 11относительно колебаний на выходнойклемме 6, Если же блок измеренияснабжен входом 58 установки режимаи подключен этим входом к переключателю 17, то блок измерения в режимеГК измеряет амплитуду и сдвиг фазы.Итак, устройство постройки согласнофиг. 1 в режиме ГК действует какгенератор периодических колебанийи измеритель амплитуды и сдвигафазы, так что является согласно принятой выше классификации устройствомнастройки первого типа. В режимеВА переключатель 17 передае.от источника логических уровней на вход33 блока управления 7 тот логическийуровень, который при характеристикеблока управления назван вторым логическим уровнем. Блок управления вэтом случае в соответствии с приведенной выше его характеристикой передает на выход 34 сигнал с входа 32,так что направление действия интегратора 3 определяется знаком сигналана входе 54 аналого-цифрового преобразователя 16, и формирует на выходе35 одно фиксированное значение сигнала, так что общий коэффициент переда чи делителя 2 целиком определяетсяположением задатчика 8. Вход же 54аналого-цифрового преобразователясоединен через переключатель с выходом арифметического блока 15. Еслипредположить, что коэффициент масштабирования сигнала по входу 53 арифметического блока равен нулю, тоэтот блок просто передает сигнал свхода 52, взятый с некоторым коэффи-.циентом, в.Этом случае легко усмотреть,что последовательно соединенные спомощью переключателя арифметическийблок 15, аналого-циФровой преобразователь 16, делитель 2, интегратор 3и цифро-аналоговый преобразователь О 04 совместно с указанной целью передачи сигнала знака с аналого-цифрового преобразователя 16 на вход реверса 27 интегратора 3 образуют интегратор, называемый далее эквивалентный 65 интегратор, с входом, которым является вход 52 арифметического блока 15 с выходом, которым является выход цифроаналогового преобразователя 4, и с входом установки постоян ной 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 линейнойобратной 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 апериодическое звено первого порядка, то цепь передачи сигнала с входа 52 арифметического блока 15 на выход преобразователя 4, а также, учитывая укаэанную 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 коэффициентах масштабирования по входам арифметического блока пропорциональна постоянной времени эквивалентного интегратора, то задатчик8 является задатчиком постояннойвремени апериодического звена. Релейный элемент 13 имеет симметричные относительно нуля уровнч ограниченияего 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 настатический коэффициент передачи апериодического звена. Так как статический коэффициент передачи апериодического звена прямо пропорционаленкоэффициенту 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 апериодическо 951242го звена. При подключении входной ивыходной клемм к двум разным точкам.САР вследствие отмеченной выше цепипередачи сигнала с входной клЕммы навыходную клемму через нелинейную ифаэосдвигающую цепь при определенных 5динамических свойствах САР в образованной замкнутой системе "САР - устройствонастройки", как было указано выше, возникают периодическиеколебания, так что устройство наст10ройки можно считать возбудителемколебаний, В установившемся режимеколебания на выходной клемме б имеютэкспоненциальную форму, обычно характерную для К 5-генераторов, причем 15как период, так и амплитуда колебаний зависят и от постоянной времениапериодического звена, от приведенного уровня ограничения и от динамических свойств настраиваемой САР.Если блок измерения 14 не соединен спереключателем, то,:очевидно, ондействует также как в режиме ГК,т.е. измеряет и амплитуду, и период,и сдвиг фазы, причем измерениесдвига фазы производится с использованием в качестве меры Фазы сигнала,подаваемого на вход 51 блока измерения 14 либо с выхода формирователя.подключенного к выходу интегратора 3и 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 делителяизменяются во времени нелинейно, а 35.амплитудные значения их измененийзависят от постоянной времени апериодического звена, от приведенного уровня ограничения и от динамических свойств САР, поэтому показания сдвига фазы являются в режиме ВА неинформативными и толькодезинформируют оператора. Если блокизмерения 14 подключен к переключателю 17, то в режиме ВА блок измерения измеряет только амплитуду и период колебаний. Итак, устройство настройки Согласно фиг, 1 в режиме ВАобразует между входной и выходнойклеммами нелинейную Фаэосдвигающую цепь, содержащую включенныепоследовательно релейный элементи апериодическое звено, а такжеобеспечивает измерение амплитудыи периода колЕбайий, так что является согласно принятой классифика 55ции устройством настройки второго типа,которой вариант выполнения устройства настройкифиг. 2 )содержит 60 все элементы устройства настройкисОгласно фиг. 1 и отличается от него только в части конкретного выполнения интегратора 3, блока управления 7 и конкретных соединений бло ка управления 7 с делителем 2 и инте гратором 3. Интегратор 3 выполнен в виде реверсивного счетчика и дополнительно снабжен установочным входом 59, обеспечивающим установку выходного цифрового сигнала интегратора равным определенному значению именуемому далее число Ио, путем установки старшегб 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 И т.е, веса старшего разряда входного цифрового 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, снабжен входами 32 и 33 и выходами 34 и 35 и содержит дешифратор. 36 и триггер 37, причем указанные входы и выходы .блока управления являются соответственно входами и выходами дешифратора, а также 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 бб. Триггер 37 выйолнен в виде счетного триггера, снабженного динамическим счетным входом 68, установочным входом 69 и цифровым выходом 70, установочный вход 69 обеспечивает установку определенного значения сигнала на выходе 70, именуемого далее число М 4 . Дешифратор 36 при первом логическом уровне на входе 33 при достижении цифровым сигналом, подаваемым на вход 64 и именуемым далее основной сигнал, определенного значения - числа Иц формирует на выходе 66 тот огический уровень, который своим возникновением приводит в действие счетный вход 67 триггера 37, а при достижении основным сигналом числа И, симметричного числу И относительно числа М на числовой оси возможных значений основного сигнала, он Формирует на выходе 65 тот логический уровень, который сво- им возникновением обеспечивает формирование выходного импульса одновибратором 63, далее он формирует на выходе 35 цифровой сигнал с рядом фиксированных значений, каждое иэ которых соответствует отдельной определенной области значений основного сигнала, состоящей из двух под. областей, характерных тем, чтб две подобласти, образующие одну область расположены 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 дальше расположена укаэанная область значений основного сигнала от числа Ме 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 иа вход 38 с триггера 37, возможно, с инверсией, а гри втором логическом уровне на входе 33 он Формирует 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 сиг- наФ, поступающий 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 выходом26 интегратора 3, а именно - с выходом старшего разряда реверсивногосчетчика, каковым, как указано выше,является интегратор. Вход 51 блока 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 входом к переключателю 17. В режиме ГК действие устройстванастройки отличается от описанного действия устройства настройки, выполненного согласно Фиг. 1, в основном в части формирования периодических колебаний выходного сигнала интегратора 3, соединенными между собой делителем 2, интегратором 3 и блокомуправления 7. Работа этих элементовв режиме ГК поясняется временными 10 диаграммами, изображенными на фиг.З,Для удобства сопоставления диаграмммежду собой и выяснения взаимодействия элементов между собой во времени все диаграмм изображены с одним 15 -временным масштабом. Иа выходе 57делителя 2 и, следовательно, на счетном входе 68 счетчика 62 действуетчастота Г, значение которой определяется положением задатчика 8, апри определенном положении этого задатчика является постоянным. Таккак выход 70 счетчика 62 соединен свходом 64 дешифратора 36, выход 65дешифратора 36 через одновибратор 63подключен к установочному входу 69счетчика 62, обеспечивающему записьчисла МА в этот счетчик, а дешифратор 36 в соответствии с его характеристикой, приведенной выше, в режимеГК действует в цепи между входом 64и выходом 65 как схема совпадений, настроенная на число Н, то при имеющейместо постоянной частоте на счетном входе 68 счетчика 62 выходной цифровой сигнал счетчика, являющийся,цля 35 дешифратора основным сигналом, совершает периодические колебания пилообразной формы между значениями И 4 и М 1, отображенные на Фиг.З диаграммой 71, Сигнал, который возникает 40 на выходе одновибратора 63, и который далее называют сигналом синхронизации и.обозначают 8, отображен на фиг. 3 диаграммой 72. В диапазоне изменения выходного сигнала счет чика 62 дешифратором 36 выделяютсяопределенные области, симметричные относительно числа Нр, являющегося средним арифметическим значением чисел Н и М . Для удобства отображения работы устройства настройки диаграммамн в качестве примера число таких областей взято на Фиг.З равным трем, и эти области обозначены 01, О, С. Кадой такой области соответствует свое значение цифрово го сигнала на входе 23 делителя 2 и соответственно свое значение коэф.фициента передачи второй секции 20 этого делителя. Частота на входе второй секции 20 делителя в 60 режиме ГК при определенном положе,нии задатчика 8 имеет постоянноезначение, поэтому каждой области,О О, 01 соответствует свое значение частоты на входе 25 интегратора и, 65 следовательно, своя скорость измене