Фазометр для исследования систем автоматического управления

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 9) (И) 1 К 25/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ цИин ом ельство СССР00) 1980СЛЕДОВАНИЯПРАВЛЕНИЯтлич аюелью расшиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 61) 913278(54)(57) ФАЗОМЕТРДЛЯ ИСИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГОпо авт.св. Р 913278; ощ и й с я тем, что, с рения Функциональных и повыщения точности ны второй потенциоме параллельно входному го интегратора и к занный с генератор циометром, первый ра лагометр и второй ра при этом выходы перв интеграторов через с развязывающие блоки дами лагометра. возможностейв него введер, подключенный резистору второ матически свяи первым потенвязывающий блок вязывающий блок го и второго ответствующие оединены с вхо1049825 1Изобретение относится к контрольно-измерительной технике общего назначения и монет быть использовано припроведении лабораторных испытаний динамических свойств. систем автоматического управления или отдельных эвеньев, а такяе их моделей.По основному авт,св, Р 913278известен фазометр для исследованиясистем автоматического управления,содержащий генератор, подключенный 10к блоку включения и входной клеммедля подключения исследуемой системы, вьгходную клемму для подключенияисследуемой системы, подключеннуюк нуль-органу,и фиксатору периода, 15выходы которого соединены с входным резистором второго интегратора и второго индикатора включения, выходвторого интегратора соединен с вторымотсчетным блоком, соответствующиевыходы блока включения подключенык конденсаторам обратной связи первого и второго интеграторов, к входупервого индикатора включения и черезпервый интегратор к первому отсчетному блоку, при этом в.качестве входного сопротивления первого интегратора использован первый потенциометр,кинематически связанный с генератором.При включении фазометра в работузапускается генератор синусоидальных 30колебаний и одновременно первый и второй интеграторы начинают интегрировать постоянный и синусоидальный сигналы, соответственно, Проинтегрированные сигналы накапливаются на интеграторах. В момент первого перехода .выходным сигналом исследуемого объекта через нуль сработает нуль-орган.который с помощьв блока выключенияотключит первый индикатор включения щ 0фазометра в работу и остановит процесс интегрирования постоянного сиг нала первым интегратором. С помощьюпервого отсчетного блока считываются показания угла сдвига фаз, величи на которого прямо пропорциональнавеличине накопленного заряда первогоинтегратора. В момент второго перехода через нуль выходным сигналом исследуемого объекта сработает фиксатор периода, который прекращаетинтегрирование синусоидального сигнала и выключает второй индикаторвключения. С помощью второго отсчетного блока считываются показанияпоправки угла сдвига фаз, величина которой пропорциональна величине накопленного заряда второго интегратора, Необходимость учета поправки,величина которой может достигать30 отсчитываемого угла сдвига Фаз, 60объясняется тем, гчто измерение угласдвига фаз осуществляется в течение йервого периода изменения выходного синусоидального сигнала исследуемого объекта, когда этот выходной сигнал 65 не принял установившегося значения. Это позволяет за минимальное время простыми средствами с достаточной степенью точности определить сдвиг фазы входного и выходного сигналов исследуемого объекта инфранизкой частоты 1 .Недостаток устройства состоит в ограниченных функциональных воэможностях фаэометра, так как опре.деляется только фазовая частотная характеристика исследуемого объекта. Однако фаэовой частотной характеристики недостаточно для всесторонней оценки динамических свойств исследуемого объекта, Динамические свойства любого объекта наиболее полно характеризуются не только частот- ными, но и временными характеристиками. Временные характеристики, например время регулирования, известный фазометр определить не может.Кроме того, точность поправки, отсчитываемая с помощью второго отсчетного блока, снижается при изменении в гаироком диапазоне частоты генерируемого синусоидального сигнала. Это объясняется тем, что величина заряда второго интегратора пропорциональна не только переходной составляющей исследуемого объекта, но и частоте синусоидальных сигналов. Чем меньше частота синусоидального сигнала, тем больше величина разности площадей полуволн выходного сигнала исследуемого объекта и тем больше заряд второго интегратора эа один период изменения этого синусоидального сигнала, хотя переходная составляющая исследуемого объекта на всех частотах, одинаковая и определяется постоянной времени инерционностью) исследуемого объекта. Это свидетельствует о невысокой точности поправки измерения фазы при изменении частоты синусоидаль-. ного сигнала.Целью изобретения является расширение Функциональных возможностей н повыгаение точности измерения фазового .сдвига в.широком диапазоне.Цель достигается тем, что в Фазометр для исследования систем автоматического управления, содержащий генератор, подключенный к блоку включения и входной клемме для подключения исследуемой системы, выходную клемму для подключения исследуемой системы, подключенную к нуль-органу и фиксатору периода, выходы которого соединены с входным резистором второго интегратора и второго индикатора включения, выход второго интегратора соединен с вторым отсчетным блоком, соответствующие выходы блока включения подключены к конденсаторам обратной связи первого и второго0 интеграторов, к входу первого индикатора включения и через первый ин тегратор к первому отсчетному блоку, при этом в качестве входного сопротивления первого интегратора использован первый потенциометр, кинематически связанный с генератором, введены второй потенциометр, подключенный параллельно входному реаистору второго интегратора и кинематнчески . связанный с генератором и первым потенциометром,первый развязывающий блок, лагометр и второй развяаывающий блок, при этом выходы первого и второго интеграторов через соответствующие развязывающие блоки сое динены с входами лагометра.В момент завершения измерения вторым интегратором поправки стрелка лагометра установится в положение, равное отношению напряжений на вы- . 20 ходаХ интеграторов. Величина этого отношения прямо пропорциоьальна пос-.тоянной времени исследуеглого объек та, которая однозначно характеризу-. ет его инерциойность (или Форсирую" 25 щие свойства) 3-4 постоянных времени исследуемого объекта равны времени регулирования при воздействии на вход исследуемого объекта ступен-., чатого постоянного сигнала, что характеризует быстродействие исследуе- мого объекта. как одну иэ главных временных характеристик. Изменение частоты входного сннусоидального сигнала исследуемого объекта не влияет на величину зарядов как первого, так и: З второго интеграторов, так как их коэффициенты передачи изменяются с помощью переменных входных резисторов в соответствии с частотой генератора синусоидального сигнала. Это свиде тельствует о высокой точности измерения .не только сдвига фазы между двумя синусоидальными сигналами, но и пб правки переходной составляющей .при изменении частоты синусондальных 45 сигналов в широком диапазоне.На чертеже представлена Функцио,йальная схема Фазометра с изображением электрических схем ее блоков.Устройство содержит генератор 1 50 синусоидальных колебаний, исследуемую систему 2.автоматического управления или ее отдельное динамическое звено (исследуемый .объект), блок 3 включения, нуль-индикатор .,4, первый и вто рой интеграторы 5 и б., первый и второй отсчетные блоки 7 и 8,. индикаторы9 и 10 включения, Фиксатор 11 перио"да, чувствительные реле 12-15, реле-, повторители 16-19, тумблер 20 блока60 включения на два положения:"Измере-:. нием и фСбросф и три направления, источник 21 постоянного тока, вход-. ной постоянный резистор 22 интегратора б,.контакты 23-35 реле, входнйе 65 потенцногетры 36 и 37 интеграторов5 и б, соответственно, блоки 38 н39 развязки, двухобмоточный стрелочный лагометр 40.Влок 3 включения соединен с генератором 1, с индикатором 9 включения,с цепями обратных связей интеграторов 5 и б и через потенциометр 36с отсчетными блоками 7 и 8, а черезразвязывагщие блоки 38 и 39 с обмотками лагометра 40,соответственно.Выход исследуемого объекта 2 соединен с входом нуль-инлнкатора 4 и свходом фиксатора 11 периода, выходыкоторого подключены к индикатору10 включения и через параллельносоединенные между собой резистор 22и потенциометр 37 - к входу интегра-тора 6,.Подвижные хонтакты потенциометров 36 н 37 жестко соединены сэлементом настройки (установки) частоты генератора 1. Тумблер,20 блоха 3вхлвчения установлен в положение"Сброс". Все реле 12-19 находятсяв исходном (выключенном) положении.Индикаторы 9 и 10 выключены.Фаэометр работает следующим образом.При установке тумблера 20 блока3 включения в положение "Измерение"запускается в работу генератор 1,тах как снимается блокирующее постоянное напряжение с источника 21 иподается напряжение через раэиыхающий контакт 23 реле 17 и потенциометр 36 на вход интегратора 5 и через размыкающий контакт 23 на входиндикатора 9 включения. Кроме того,при установке тумблера 20 в положение "Измерение" подготавливаетсяцепь питания реле-.повторителей16-19 и отключаются шунтирующиеотрицательные. обратные связи интеграторов 5 и б,Сннусоидальные колебания заданнойчастоты и нулевой начальной фазы поступают на вход исследуемого объекта 2, обладающего, например, инвертирующим свойством и фазовым запаздыванием.Интегратор 5 накапливает заряд,величина которого прямо пропорциональна фазовому запаздыванию исследуемого объекта 2Частота синусоидального сигнала не влияет на точ-ность измерения сдвига фазы, таккак коэФФициент передачи интегратора5 изменяется одновременно с изгленением частоты настройки генератора 1с помощью переменного входного потенциометра 36.Индикатор 9 включения сигнализирует о тогл, что идет процесс ижмерения Фазы. Важность включения индикатора 9 состоит в том, что для инФранизких частот .процесс измерениясдвига фазы может длиться десятки,минут,510 15 25 фВыходной сигнал исследуемого объекта 2 поступает на вход нуль-индикатора 4, на вход фиксатора 11 периода и через размыкающие контакты 35 реле 19 и параллельносоединенные между собой резистор22 и потенциометр 37. - на входинтегратора б. Отрицательная полу-,волна выходного сигнала проходитчерез диод на вход чувствительногореле 12 нуль-индикатора 4, которое срабатывает и с помощью своихзамыкающих контактов 27 включаетв работу реле-повторитель 16, Релеповторитель 16 срабатывает, самоблокируется через замыкающие контакты 28 и с помощью замыкающихконтактов 24 подготавливает цепьпитания чувствительного реле 13.Одновременно отрицательная полуволна интегрируется интегРатором б, 20В момент изменения полярностисигнала с выхода исследуемого объекта 2 сработает чувствительное реле13, с помощью замыкающих контактов29 включит реле-повторитель 17,при срабатывании которого происходит отключение источника 21 питания от входа интегратора 5 и индикатора 9 включения. Отключение осуществляется с помощью размыкающих 30контактов 23. С помощью замыкающихконтактов 30 и 25 реле-повторителя17 осуществляется включение фиксатора 11 периода.Интегратор 5 прекРащает интегрирование. Индикатор 9 включения.отключается, сигнализируя о том, что процесс измерения Фазы завершен и можно снимать показания с отсчетногоблока 7, которые прямо пропорциональ ны заряду интегратора 5. Это выгодно отличает предлагаемый Фазометрот всех известных своей простотойи малым временем измерения. Обычнодля измерения сдвига Фазы инфраниз"ких частот в установившемся режиме 45(т.е. спустя 3-4 капебания) требуются десятки минут, что усложняетфазометры и увеличивает время измерения,Компенсация ошибки измерения, 50обусловленная переходными процессами, осуществляется с помощью Фиксатора 11 периода и интегратора б.после завершения измерения интегратором 5 включается чувствительное 55реле 14 фиксатора 11 периода, которое своими контактами 31 включаетреле-повторитель 18. Реле-повторитель18 срабатывает самоблокируетсяс помощью замыкающих контактов 32,а с помощью замыкающих контактов. 26подготавливает цепь для срабатывания чувствительного реле 15. Заряд на интегратор 6 начнет уменьшаться, так как выходной сигнал исследуемого объекта 2 изменяет свой знак.В момент смены знака сработает чувствительное реле 15, которое контактами 33 включит реле-повторитель 19. Реле.-повторитель 19 срабатывает самоблокируется с помощью переключающих контактов 34 и отключает выходной сигнал исследуемого объекта 2 от интегратора б.Отключение индикатора 10 включениясигнализирует о том, что процесс измерения поправки сдвига фазы завершен,При измерении положительного фазового сдвига работа фазометра неотличается от его работы при измерении отрицательного фазового сдвига, При этом поправку следует добав-.лять к показаниям первого отсчетного блока 7,Шкалы отсчетных блоков 7 и 8 должны быть симметричными с нулевым положением и проградуированы от +180до -180 и от +60 до -60,соответоственно.Для измерения сдвига фазы другойчастоты синусоидального сигнала необходимо привести в исходное состояние схему Фазометра путем установкитумблера 20 на блоке 3 включения вположение "Сбросф и на генераторе 1установить новую частоту. Элементнастройки частоты генератора 1 жестко соединен с подвижным контактомне только входного потенциометра 36интегратора 5, но и входного потенциометра 37 ийтегратора 6.С помощью развязывающих блоков 38 и 39 и стрелочного лагометра 40 определяется величина отношения зарядов интеграторов 5 и б, которая прямо пропорциональна постоянной времени исследуемого объекта 2. Это позволяет расширить Функциональные воэможности фазометра и измерять им не только частотные сдвиг фазы), но и временные параметры (постоянную времени) исследуемого объекта.Использование изобретения повышает на 3 точность измерения сдвига фазы между входным и выходным сигналами исследуемого объекта при изменении частоты сигналов на один порядок за счет повышения в 10 раэ точности определения йоправки с помощью дополнительно установленного переменного резистора, подвижный контакт которого жестко соединен с элементом настройки частоты генератора.1049 В 25 Составитель С. Морозоведактор О. Юрковецкая Техред А,Бабинец Корректор А.Зимокосо ПодписноеССР л, 4/5 илиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 8410/42 Тира ВПИПИ 1 осударственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра