Способ определения фазовых характеристик объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 801345 ц 511 4 С 01 к 25/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК ВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР496506, кл, С 01 К 25/00, 1973.Авторское свидетельство СССР423067, кл, С 01 К 25/04, 1972. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА(57) Изобретение может быть использовано для определения фазочастотных характеристик систем автоматического регулирования и управления, систем стабилизации и корректирующих устройств. Устройство, реализующее способ, содержит блок 1 постоянного напряжения, блок 2 постоянного смещения, источник 3 управляющего.напряжения, кнопки 4; - "Измерение", 5 - "Исходное положение", генератор 6 синусоидальных колебаний, исследуемыйобъект 7, измеритель 8 фазового сдвига, реле 9, нелинейные блоки; 13 -определения синуса и 14 - определения знака фазового сдвига, сумматоры 15 и 17, блок 16 умножения, блок 18 задержки, блоки 19 и 21 вычитания, блок 20 запоминания, нелинейные блоки: 22 -.формирования знака, 23 - формирования разности, 24 - сравнения, блоки 25 и 28.умножения, импульсный элемент 26 и реверсивный счетчик 27.Способ расширяет функциональные возможности реализующих его устройств а путем определения фазовых сдвиговЪФ между входньии и выходными синусоидальными сигналами и увеличения диапа- фф ф зона измерения фазовых сдвигов. 1 ил,Изобретение относится к Фазоизмерительнаи технике и может бьгть использовано при определении Фаэочастотных характеристик систем автомати 5 ческого управления и регулирования, систем стабилизации, корректирующих устройств и различных электрических цепей.Цель изобретения - расширение 10 Функциональных возможностей и диапазона определения Фазовых сдвигов.На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации способа,Устройство содержит блок 1 постоянного напряжения, блок 2 постоянного смещения, источник 3 управляющего напряжения, кнопку 4 "Измерение" кнопку 5 "Исходное положение", генератор б синусоидальных колебаний, ис следуемый объект 7; измеритель 8 первичного Фазового сдвига, реле 9, за-, поминающии блок 10, реле 11, запоминающий блок 12, нелинейный блок 13 определения синуса первичного Фазового сдвига, нелинейный блок 14 определения знака Фазового сдвига, сумматор 15, блок 16 умножения, сумматор 17, блок 18 задержки, блок 19 вычитания, запоминающий блок 20, блок 21 вычи тания, нелинейный блок 22 Формирования знака, нелинейный блок 23 Формирования разности, нелинеиный блок 24 сравнения, блок 25 умножения, импульсный элемент 26, реверсивный счетчик 27, блок 28 умножения и блок 29 постоянного смещения.Генератор 6 синусоидальных колебаний соединен с входами исследуемого объекта 7 и с первым входом изме рителя 8 первичного Фазового сдвига, выход исследуемого объекта 7 соединен с вторым входом измерителя 8 первичного Фазового сдвига, выход которого через нормально разомкнутые 45 контакты реле 9 соединен с входом запоминающего блока 10. Выход запоминающего блока 10 соединен с первым входом сумматора 17, входом блока 18 задержки, первым входом блока 21 вычитания, и через нормально замкнутые контакты реле 11 с входом запоминающего блока 12 и первым входом блока 19 вычитания, выход которого соединен с входом запоминающего блока 20, а выход последнего - с вторым входом блока 21 вычитания. Выход блока 18 задержки соединен с вторым входом блока 19 вычитания, Выход запоминающего блока 12 соединен с входом нелинейного блока 13, выход которого соединен с входом нелинейного блока 14, а выход последнего соединен с первым (зходом сумматора 15, выход блока 2 постоянного смещения соединен с вторым входом сумматора 15. Выход сумматора 15 соединен с первым входом блока 16 умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора 17, выход блока 1 постоянного напряжения соединен с вторым входом блока 16. умножения и с первым входом блока 28 умножения, выход которого соединен с третьим входом сумматора 1.Выход блока 21 вычитания соединен с входами нелинейных блоков 22 и 23, а выход последнего соединен с первым входом нелинейного блока 2, сравнения, выход блока 29 постоянного смещения соединен с вторым входом нели"нейного блока 24 сравнения. Выход нелинейного блока. 22 соединен с первым входом, а выход нелинейного блока 24 сравнения соединен с вторым . входом блока 25 умножения, выход которого соединен с входом импульсного элемента 26, а выход последнего соединен с входом реверсивного счетчика 27. Выход реверсивного счетчика 27 соединен с вторым входом блока 28 умножения.Выход источника 3 управляющего напряжения через нормально разомкнутые контакты кнопки 4 "Измерение" соединен с обмотками управления реле 9 и реле 11, а через нормально замкнутые контакты кнопки 5 "Исходное положение" - с входами сброса запоминающих блоков 10, 12 и 20, реверсивного счетчика 27 и через нормально разомкнутые контакты реле 11 с его обмоткой управления.Способ осуществляется следующим образом.На первой Фиксированной частоте г счетчик полного числа оборотов Фазового вектора устанавливают в нулевое положение (И=О), Первую Фиксированную частоту Ы, задают значительно меньшей частоты среза системы автоматического управления, При этом Фазовый сдвиг выходного сигнала системы автоматического управления по модупю не превосходит 180, Если при этом в системе автоматического управления на частоте г преобладают инерцион3 13 ные свойства, то выходной сигнал отстает от входного, его фазовый сдвиг отрицателен и равен первичному фазовому сдвигу; если в системе автоматического управления преобладают форсирующие свойства, то выходной сигнал упреждает входной сигнал, первичный Фазовый сдвиг определяется в диапазоне от в 80 О до -360 , а истинный Фазовый сдвиг равен= Ч +360 , где Ф - первичный фазовый сдвиг на частоте ы,; 9 - действительный Фазовый сдвиг на частоте ж, .Положение фазового вектора на Фазовой плоскости определяет знак синуса первичного Фазового сдвига. Если знак синуса первичного фазового сдвига равен +1, то фазовый вектор находится в верхней полуплоскости, а если он равен -1, то Фазовый вектор находится в нижней полуплоскости фазовой плоскости. Отсюда.эддчение действительного Фазового сдвига определяется выражениемР = Ч+1+1 хя 3.8 п(яхп Ч )1 х 180дПри изменении частоты малому приращению ее соответствует малое приращение фазового сдвига. Однако, если при малом изменении частоты первичный Фазовый вектор пересекает положительное направление действительной оси Фазовой плоскости, то наблюдается разрыв непрерывности и приращение первичного Фазового сдвига по модулю стремится к 360 . Если при этом знак приращения первичного фазового сдвига равен +1, то фазовый вектор переходит из верхней полуплоскости в ниж - нюю и действительный Фазовый сдвиг определяется выражениемт = 1,+ 11+1 хя дп(я 1 п ) х 180=збО.Если при этом знак приращения первичного фазового сдвига равен - 1, то фазовый вектор переходит из нижней полуплоскости в верхнюю, и действительный Фазовый сдвиг определяется выражением, = Ч + 1+1 хяхдп(яп 9,)1 х 180+360.В общем случае при переходе фазового вектора через положительное направление действительной оси Фазовой плоскости значение счетчика числа полных оборотов Фазового вектора необходимо изменить на величину +1 в зависимости от знака приращения первичного Фазового сдвига, а величина действительного фазового сдвига опре. делается выражением 45136 49; = Ч;+1+1 хя 1 дп(я 1 п ,) х 180-360 х х 11 ф где М - число полных оборотов фазового вектора; 5ОО, если ; - Ч;, 1(180 1 хяц,п(У, - Ч), если 1 ; - ; 1) 180 10 Измерение фазового сдвига междувыходным и входным синусоидальнымисигналами при определении частотныххарактеристик систем автоматическогоуправления проводят на серии фиксированйьк частот и;(1=1,2,), причемы; с ы,(ы Формируют сигнал И числаполных оборотов фазового вектора, присваивают ему нулевое значение и запоминают. На первой фиксированной 20 частоте Ы определяют первичный фазовый сдвиг " определяют знак синусаэтого угла, формируют вспомогательный сигнал М, равный углу 180, умноженному на сумму единицы и сигналазнака синуса первичного Фазовогосдвига, и запоминают его. Затем определяют действительное значение фазового сдвига Ф равного алгебраической сумме первичного Фазового сдвига 30 и вспомогательного сигнала Л, запоминают значение первичного фазовогосдвига Ч и переходят на следующеезначение фиксированной частоты и;(1=2,3,). На каждой последующей З 5, фиксированной частоте определяютпервичный фазовый сдвиг Ю;, формируют сигнал разности 3 Ч первичныхфазовых сдвигов на заданном значении фиксированной частоты и; и на 40 предыдущем значении фиксированнойчастотыи; , Формируют сигнал модуля разности первичных фазовых сдвигов, затем сравнивают его с угломо180 и, если сигнал модуля разности 45 первичных Фазовых сдвигов большеугла 180, формируют сигнал Б знакаразности первичных фазовых сдвигови на его величину изменяют значениесигнала Х числа полных оборотов фа зового вектора. Затем Формируют сигнал действительного фазового сдвига91, равного алгебраической сумме первичного Фазового сдвига Ч , вспомогаОтельного сигналаи угла -360, ум ноженного на сигнал М числа полныхоборотов Фазового вектора. После этого запоминают значение первичногофазового сдвига Ч; и переходят наследующие значения Фиксированных час 1345136тот, повторяя процесс до конечнойФиксированной частоты.Устройство, реализующее способ,работает следующим образом.При нажатии кнопки 5 Исходноеи5положение разрывается цепь источника 7 управляющего напряжения, обнуляются запоминающие устройства 10,12, 20 и реверсивный счетчик 27,обесточивается обмотка управленияреле 11. Устройство готово к функционированию.На генераторе 6 синусоидальных колебаний задаются колебания на первойфиксированной частоте, Измеритель 8первичного Аазового сдвига известнымспособом измеряет первичный Аазовыйсдвиг между синусоидальными сигналамина входе и выходе исследуемого объекта.Нажатием кнопки 4 "Измерение"запитываются обмотки управления реле 9 и 11, замыкаются нормально разомкнутые контакты реле 9 заломинающие блоки 10 и 12 фиксируют значение первичного Аазового сдвига,размыкаются нормально замкнутые контакты реле 11, отключая запоминающийблок 12 и первый вход блока 19 нычи- Зртания от выхода запоминающего блока 10, реле 11 через свои нормальноразомкнутые контакты и кнопку 5"Исходное положениеп становится насамоблокирову. Нелинейный блок 13определяет синус первичного фазовогосдвига, нелинейный блок 14 определяет знак синуса первичного Фазовогосдвига, На выходе блока 16 умноженияформируется и Аиксируется вспомога Отельный сигнал 3, равный произведению угла 180и суммы единицы и знака синуса первичного фазрвого сдвига.На первой Фиксированной частотевыходной сигнал блока 21 вычитанияравен нулю, Следовательно, и следующие за ним блоки 22 - 28 находятсян исходном обнуленном состоянии. Действительное значение фазового сдвигаформируется на выходе сумматора 17и на первой фиксированной частоте,равно сумме первичного Аазового сдвигаи вспомогательного сигнала 3 .При отпускании кнопки 4 "Измерение" обесточивается обмотка управления реле 9, и его нормально разомкнутые контакты отключают выход измерителя 8 первичного фазового сдвига отвхода запоминающего блока 10. При этом измеренное значение первичного фазового сдвига с запоминающего блока 10 через блок 18 задержки и блок 19 вычитания фиксируется запоминающим блоком 20, не изменяется при очередном нажатии кнопки 4 "Измерение" ивыполняет роль предшествующего значения первичного Фазового сдвига по отношению к очередному. При этом многократное нажатие и отпускание кнопки 4 Измерение на данной фиксированной частоте не приводит к изменению действительного Аазового сдвига на выходе сумматора 17.Далее на генераторе 6 синусоидальных колебаний устанавливают следующее значение Аиксиронанной частоты и по окончании переходных процессов н исслецуемом объекте 7 нажимают кнопку 4 "Измерение". При этом срабатывает реле 9 и своими нормально разомкнутыми контактами подключает выход измерителя 8 первичного фазового сдвига к входу запоминающего блока 10, с выхода которого значение первичного фазового сцнига поступает на вход блока 18 задержки и,на первый вход блока 21 вычитания, на второй вход которого поступает предыдущее значение первичного Фазового сдвига; на выходе блока 21 вычитания формируется разность текущего и предыдущего значений первичных Фазовых сдвигов и передается на входы нелинейных блоков 22 и 23. Нелинейный блок 22 Формирует знак, а нелинейный блок 23 Формирует модуль разности первичных фазовых сдвигов. На выходе нелинейного блока 24 сравнения Аормируется сигнал, равный единице, если модуль разности первичных Фазовых сдвигов больше 180 (блок 29 постоянного смещения), в протцнном случае выходной сигнал ранен нулю. Блок 25 умножения осуществляет логическое умножение выходного сигнала нелинейного блока 24 сравнения на знак разности первичных Аазовых сдвигов, Сигнал с выхода блока 25 умножения поступает на вход импульсного элемента 26 и, если он не равен нулю, на выходе импульсного элемента 26 Аормируется импульс соответствующего знака, который передается на вход реверсивного счетчика 27 импульсов, соответствующим образом изменяя значение его выходного сигнала на единицу. Блок 28 умножения осуществляет умножение выходного сигналаСоставитель М.КатановаРедактор Л.Повхан Техред И.Попович Корректор М.Демчик Заказ 4915/44 Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытИй 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 7 13451 реверсивного счетчика импульсов 27 на 360и передает его на третий вход сумматора 17, на первый вход которого поступает значение первич 5 ного Фазового сдвига с запоминающего блока 10, а на второй - вспомогательный сигнал ) с выхода блока 16 умножения, определенный на первой фиксированной частоте, На выходе сумматора 17 формируется значение действительного фазового сдвига на заданной фиксированной частоте.Далее на генераторе 6 синусоидальных колебаний устанавливается следующее фиксированное значение частоты и процесс измерения фазовых сдвигов продолжается,Использование предлагаемого способа позволяет расширить функциональные возможности путем определения знака фазовых сдвигов между выходными и входными синусоидальными сигналами при определении частотных характеристик систем автоматического управления 2 Б или элементов с учетом их реальных физических особенностей, а также расширить диапазон измеряемых фазовых сдвигов между выходными и входными синусоидальными сигналами реальных З 0 систем автоматического управления. Формула изобретения Способ определения фазовых харак 35 теристик объекта, включающий преобразование входного и выходного синусоидальных сигналов объекта в прямоугольные, формирование сигнала фазового интервала, сигнала инвертированного фазового интервала, суммирование преобразованных входного и вы-. ходного сигналов объекта, последующее умножение на сигнал фазового интервала и сигнал инвертированного фазового 4 б интервала и суммйрование результатов умножения с противоположными алгеб 36.8раическими знаками, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расши" рения функциональных воэможностей и диапазона определения фазовых сдвигов, генерируют последовательно серию испытательных сигналов на фикси рованных частотах, причем на первои фиксированной частоте формируют сигнал числа полных оборотов фазового вектора, равный .нулю, измеряют первичный фазовый сдвиг, формируют вспомогательный сигналЗ, равный произведению угла 180 и суммы единицы и сигнала знака первичного фазового сдвига, запоминают и формируют его, формируют сигнал действительного фа зового сдвига, равный алгебраической сумме первичного фазового сдвига и вспомогательного сигнала 1, запоминают значение первичного фазового сдвига, затем последовательно переходят на последующие фиксированные частоты, на каждой из которых определяют первичный фазовый сдвиг, формируют сигнал разности первичного фазового сдвига на заданной фиксированной частоте и первичного фазового сдвига на предшествующей фиксированной частоте, формируют сигналы модуля разности первичных фазовых сдвигов, знака разности первичных фазовых сдвигов, затем, если сигнал модуля разности первичных фазовых сдвигов превышает угол 180 , изменяют сигналочисла полных оборотов фазового вектора на величину сигнала знака разнос" ти первичных фазовых сдвигов, формируют сигнал действительного фазового сдвига, равный алгебраической сумме первичного фазового сдвига, вспомогательного сигнала М и угла -360 умноженного на сигнал числа полных оборотов фазового вектора, запоминают значение первичного фазового сдвига и продолжают процесс до конечной фиксированной частоты.