Устройство для определения коэффи-циентов гармонической линеари-зации

Союз Советских Социалистических т"еспублик(23) ПриоритетОпубликовано 15,0181 Бюллетень Ио 2Дата опублинования описания 1701,81 С 05 В 23/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. Л, Соседка и Л. Ф, Коломойцева Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Артема(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройств для определения амплитудно-фазовых час тотных характеристик промышленных объ 5 е 7 тов и систем автоматического регулирования.Известно устройство для определения коэффициентов гармонической линеаризации, основанное на вычислении коэффициентов ряда Фурье и содержащее генератор гармонических колебаний ортогональных функций, блоки умножения, интеграторы и регистраторы.Для определения одного значения 15 коэффициента гармонической линеариза" ции в. известном устройстве на вход исследуемого объекта следует подать гармоническое воздействие, а затем осуществить разложение в ряд Фурье 2 О выходного сигнала. Для определения второго значения коэффициента гармо", нической линеариэации нужно изменить амплитуду подаваемого сигнала и пов- торить измерение 1 .Для объектов с большими постоянны" ми времени процесс измерения .коэффициентов гармонической линеаризации занимает много времени, что является недостатком этого устройства. ЗО Известны также устройства для измерения частотных характеристик автоматических систем, содержащие гене" ратор гармонических сигналов, два вы"хода которого соединены со входами двух множительных блоков и с выходом функционального блока, выход которогон выход соответствующего интегратора соединены сс входами делителя, при этом выходы интеграторов, делителя и функционального блока связаны с регистрирующими.приборами. Оно содержит также дифференцирующий блок, соединенный с выходом системы, и блок записи и многократного считывания, вход которого подключен к выходу дифференци" рующего блока, а два выхода - ко входам множительных блоков 2 и Я .Недостатком этих устройств является то, что они не позволяют определять коэффициенты гармонической линеаризации.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой" ство для определения коэффициентов гармонической линеаризацни, содержащее компараторы, ключи, задающий блок генераторы синусоидальных и косинусо" идальных.колебаний, выходы которых соединены с одними из входов блоковумножения, и последовательно соединенные интеграторы и блоки регистрации,С помощью известного устройствакожно определять амплитудно-фазовыеарактеристики линейных систем, ноевозможно определять коэффициентыгармонической линеариэации,Цель изобретения.- расширение функциональных возможностей устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве выход каждого из блб-ков умножения соединен со входом соответствующего ему интегратора черезключ, управляющий вход которого черезсоответствующий ему компаратор соединен с выходом задающего блока, 15На фи. 1 представлена частотнаяхарактеристика устройства, на фиг.2блок-схема устройства.Работа данного устройства основанана реализации соотношений для определения коэффициентов гармонической линеаризации ц(А) и ц (А):ъЯ,(4)= р 1 Х,(Аьа оэср ьпоуЬб 1) 25 Я (А)= ) Х,(Азаш) соьоэС сь (2)ЗОПри определении Ч (А) и Ч (А) классическим методом необходимо на вход нелинейности Х = Х(А) подать синусоидальный сигнал определенной амплиту.ды, а затем представить выходной сигнал в ряд Фурье и взять первую гармонику этого ряда. Эти действия следует повторить при изменяющейся амплитуде входного сигнала и получить значения коэффициентов гармонической линеаризации как функции амплитуды. 40Линейно растущий сигнал можно получить от задатчика интенсивности и подать на вход системы. В этом случае система используется как усилитель мощности и поэтому позволяет опреде лить коэффициенты гармонической линеаризации звеньев, потребляющих значительную мощность, например, двигателей с механизмами и т.д; Для избежания ошибки в определении Ч(А) и ч (А) 50 темп роста линейно растущего сигнала должен быть достаточно медленным, чтобы в системе успели затухнуть свободные колебания. Скоростной ошибкой можно пренебречь, так как следящие системы имеют большой коэффициент усиления, а задающий сигнал возрастает достаточно медленно. Чтобы выражения (1)и (2) при действии линейно растущего сигнала остались неизменными, надо сформировать синусоидальные и косинусо идальные сигналы.Рассмотрим их формирование на примере характеристики реле с зоной нечувствительности, но без гистерезиса. Исключение гистерезиса упрощает характеристику реле и не является принципиальным, а принимается только дляупрощения рассуждений,На вход звена подается линейнорастущий сигнал (фиг, 1). Зададим рядточек А, А А, которые соответствуют значениям амплитуды, при которойвычисляются (А) и ц (А) . Каждому значению амплитуды входного сигнала соответствует значение выходного сигнала, определяемого видом нелинейности.Так как сигнал, подаваемый на нелинейное звено, линейно растущий, то формирование синусоидального сигнала имеЕтсвои особенности: до заданных точекА 1, АА должны сформироватьсячетверть синусоид, и в заданных точках синусоидальный опорный сигнал должен достичь максимального значения,При достижении максимального значениявля каждой амплитуды процесс перемножения Х вых. и синусоидального сигнала с последующим интегрированием заканчивается, а результат интегрирования запоминается. Процесс определениякоэффициента гармонической линеаризации в этих точках временно прекращается, хотя амплитуда линейно растущего сигнала возрастает и достигает максимума. При уменьшении входного сигнала его амплитуда вновь дсйтигает,выбранных ранее точек А,А, А 1,тогда вновь формируется вторая четверть синусоиды, и определение коэффициентов гармонической линеаризации происходит в соответствии с выражениями (11 и (2), хотя на вход исследуемого звена подается линейнорастущий сигнал.Таким образом была сформированасинусоида на половине периода. Втораяполовина синусоиды формируется аналогично, но при уменьшении входногосигнала до некоторого наперед заданного значения.Соотношение между линейно растущим и синусоидальным сигналом, например для точки А, имеет вид А ЬюоЭ=ОЪ (1)где А - амплитудное значение синосуиды;о - коэффициент при линейно растущем сигнале.В момент времени с = Ф выполняются два соотношения6 = о 1 1)мж =Тц)2. (Ъ)Исключая из последних уравненийвремя, получаем связь между частотами. синусоидальных сигналов Ю, коэффициентом о и амплитудами входных сигналов А,1, для которых определяются коэффициенты ц(А) и ц (А).Последнее выражение указывает,что для заданных значений амплитудмежду коэффициентом в и частотами Юдолжно выполняться соотношение (4).На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства с исследуемойсистемой.Устройство содержит задающийблок 1, исследуемую систему 2, генератор 3 синусоидальных и косинусоидальных колебаний, блоки 4 и 5 умножения, компараторы б, ключи 7, интеграторы 8 и 9, блоки 10 и 11 регистрации, генератор 12 стабильнойчастоты, делитель 13 с переменным коэффициентом деления, фазовращатели 14,блоки 15 и 16 формирования функций 15Радемахера, генераторы 17 : 18 ФункцийУолша, О - опорное напряжение.Устройство работает следующим образом,Первый режим - задание параметров, 20входящих в выражение (4 ). Задаютдва параметра, например с(,и Ю, а определяют параметр А, Затем значениеАп вводитсЯ УРовнем напРЯжениЯ О 3 пна входы компараторов 6. 25Второй режим - измерение. В этомрежиме на вход исследуемой системы 2подается от задающего блока 1 линейнорастущий сигнал. Одновременно начинаетформироваться в генераторе 3 синусоидальных и косинусоидальных колебанийряд частот, определенных в соответствии с выражением (4). Так как для предложенного устройства важна амплитудная и фазовая стабильность опорных синусоидальных и косинусоидальных колебаний, генератор 3 целесообразно синтезировать на функциях Уолша, Он состоит из генератора 12 стабильной частоты, выход которого подсоединен к делителю 13 с переменным коэффициентом 40деления и ко входу дискретного Фазовращателя 14, который осуществляетсдвиг на и,/2, что позволяет произвести синтез синусоидальных икосинусоидальных колебаний в генерато рах 17 и 18 Функции Уолша по единомуалгоритму. Выход фаэовращателя 14подсоединен к делителю 13 с переменным коэффициентом, Выходы делителей13 подсоединены к блокам 15 и 16 Формирования Функций РадемаХера. Выходыблоков 15 и 16 Формирования ФункцииРадемахера подсоединены к генераторам 17 и 18 Функций Уолша, на выходекоторых появляются синусоидальные икосинусоидальные колебания заданной 55частоты. Эти колебания подаются иаодин из входов блоков 4 и 5 умножения, на второй вход которых подаетсясигнал с выхода исследуемой системы 2.В блоках 4 и 5 сигналы перемножаютсяи подаются на входы ключей 7, подсоединенных к выходу компараторов б. Пока входной сигнал не достигнет величины Ц ключи 7 открыты и резульЗпфтат произведения выходного сигнала исследуемой системына синусоилальныеи косинусоидальные функции передаетсяна интеграторы 8 и 9, а затем на блоки регистраторов 10 и 11. Когда входной сигнал достиг напряжения заданиякомпаратор 6 срабатывает, ключ 7уразрывает цепь сигнала и процесс интегрирования на интеграторах 8, 9прекращается, но результат интегрирования в них запоминается. Интеграторы 8 и 9 включаются при уменьшениизадающего сигнала, когда он достигает соответствующего порога срабатывания,Схема работает аналогично и при отрицательных значениях линейно растущего сигнала задающего блока 1. Дляэтого сигнал перед подачей на компараторы 6 инвертируют. Тогда порогисрабатывания компараторов не изменятся,Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется определениекоэффициентов гармонической линеаризации при линейно растущем сигнале,Это расширяет возможности существующих устройств и ускоряет снятие частотных характеристик промышленныхсистем регулирования.Формула изобретенияУстройство для определения коэф-.Фициентов гармонической линеариэации, содержащее компараторы, ключи, задающий блох, генераторы синусоидальных и косинусоидальных колебаний, выходы которых соединены с одними иэ входов блоков умножения, и последова" тельно соединенные интеграторы и блоки регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения Функциональных воэможностей устройства, в нем выход каждого из блоков умножения соединен со входом соответствующего ему интегратора через ключ, управляющий вход которого через соответствующий ему компаратор соединен с выходом задающего блока.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Ордынцев В. М. Автоматизацияматематического описания объектовуправления. М., "Машиностроениеф,1969, с. 141-143.Ф2. Авторское видетельство СССРР 375626, кл. С 05 В 23/02, 1974.3. Авторское свидетельство СССРР 596915, кл. С 05 В 23/00, 15.04.75.4. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2417156/18-24, кл.0 05 В 23/02, 03.11.76 (прототип).796791 г.1 Составитель.Ю. Гладкове акто М. Пет ва Тех ед С.Миг нова Ко ект иго ПодписноСР.ак 113035, Мо д. 45илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9767ВНИИПпо Тираж 951 Государственного комитета елам изобретений и открыт сква ЖРа ская наб.