Устройство для определения параметров объекта

(5 ц 4 С 05 В 2302 ЙОАНИЕ ЙЗОБРЕТ Е,:Ц ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(21) 4258365/24-24 (22) 08.06.87 (46) 23.12.88. Бюл, Мф 47 (72) Ю.О. Штеренберг, А.В. Гусев и Б.В. Козловский (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР У 1231489, кл. С 05 В 23/02, 1984.Авторское свидетельство СССР В 1291932, кл. С 05 В 23(02, 1985.Авторское свидетельство СССР В 1228080, кл. С 05 В 23/03, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при синусоидальном входном воздействии. Целью изобретения является повышение точности и устойчивости при одновременном расширении функциональных возможностей устройства. Входной и выходной сигналы объекта 1 подвергаются фильтрации на фильтрах 3, 4, квад" рируются на квадраторах 5, 6 и поступают на входы сумматора 7. Прич этом отфильтрованный входной сигналпредварительно умножается в блоке 2умножения на сигнал с выхода интегратора 8 и на блоке 14 умноженияна коэффициент корреляции к т.,(0),вычисленный на корреляторе 13. Благодаря умножению на коэффициент корреляции повышается точность определениякоэффициента усиления объекта К,формируемого на выходе интегратора8, который интегрирует разность квадрированных сигналов, поступающих свыхода сумматора 7. Одновременно спомощью блока 16 обратной пропорциональности, сумматора 17, блока 18 извлечения корня и масштабного усилителя 19 определяется постоянная времениобъекта Т . Регистрация К и Т производится на индикаторах 12 и 21 соответственно в момент, когда среднеезначение разности квадрированных сигналов приближается к нулю. Этот момент фиксируется с помощью блока 9усреднения, нуль-органа 10, блока23 управления, ключей 11, 203 ил.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам контроля, и может быть использовано в приборах,предназначенных для получения информации о коэффициенте усиления объектов преимущественно первого порядкав системах автоматического контроля,а также в самонастраивающихся системах с настройкой коэффициента усиления.Целью изобретения является повышение точности и устойчивости приодновременном расширении функциональных возможностей устройства при синусоидальном входном воздействии.На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - блок-схемаблока управления и временная диаграмма его работы; на фиг. 3 - блок-схема интегратора.Устройство (Фиг. 1) содержит исследуемый объект 1, первый блок 2 умножения, первый Фильтр 3, второйфильтр 4, первый 5 и второй 6 квадраторы, первый сумматор 7, интегратор 8, блок 9 усреднения, нуль-орган10, первый ключ 11, первый индикатор12, коррелятор 13, второй блок 14умножения, третий квадратор 15, третий блок 16 вычисления обратно пропорционального значения, второй сумматор 17, блок 18 извлечения квадратного корня, масштабный усилитель19, второй ключ 20, индикатор 21второй блок 22 опорного напряжения,блок 23 управления,На блок-схеме блока 23 управления (фиг, 2) обозначены кнопка.(фиг. 3) обозначены операционный усилитель 34 и реле 35,В качестве исследуемого объектамогут контролироваться различные устройства, объекты и блоки автоматического управления, фильтры, вычислительные и измерительные цепи статического, астатического или интегродифференцирующего типа,В качестве фильтра может бытьиспользовано апериодическое звенолибо интегродифференцирующее:звено,Коррелятор измеряет коэффициенткорреляции К (0) - среднее значение произведения сигналов 1, иЕ, деленное на произведение ихсреднеквадратичных значенийВ качестве индикатора ,ожет бытьиспользован стрелочный или цифровойвольтметр, либо самописец.Устройство для определения коэффициента усиления объекта работаетследующим образом,Входной синусоидальный сигнал Хпоступает одновременно на исследуемый объект 1 и фильтр 4.Входной Х и выходной У сигналыобъектов не обязательно должны являться соответственно входным и выходным сигналом системы, в которуювходит исследуемый объект. Необходима лишь возможность ввода этихсигналов в предлагаемое устройство,работа которого не влияет на функционирование системы,Входной Х н выходной У сигналыобъекта фильтруются в фильтрах 3и 4. Отфильтрованный входной сигнална блоке 2 умножения умножается насигнал К с выхода интегратора 8и на блоке 14 умножения " на коэффициент корреляции В.(О) между сигналами с выходов фильтра 3 и блока 2,который измеряется с помощью коррелятора 13,Сигналы с выходов фильтра 3 и блока 14 квадрируются на квадраторах 5и 6 и в виде текущей мощности сигналапоступают на входы сумматора 7. Насумматоре, второй вход которого инвертирующий Формируется разностьтекущих значений квадратов сигналов.Эта разность интегрируется интегра"тором 8 и напряжение на его выходеизменяется до тех пор, пока среднеезначение разности не станет равнымнулю, т.е, тогда, когда дисперсиисигналов на входе сумматора 7 станутравными, В этот момент, фиксируемыйс помощью блока 9 усреднения, нульорганом 10, блоком 23 управления открывается ключ 11 и на индикаторе 12регистрируется выходное напряжениеинтегратора 8, как определяемое значение коэффициента усиления объектаКофДля объекта с передаточной функКцией М (Р) =в в , на входе котороТ Р+1о го действует синусоидальный сигнал сз 1446602 частотой Яц, справедливо соотноше- ние 1Я (1)3 1-Я и коэффициент усиления объекта тож" цественно равен коэффициенту Ктеоретически при любом значении у, т,е. К = К .Из (1) следует, что определение Епозволяет дополнительно опреде 1лять постоянную времени объекта То.Указанная возможность реализована в предлагаемом устройстве с помощью квадратора 15, блока 16 вычисления обратно пропорционального значения, сумматора 17, блока 22 опорного напряжения, блока 18 извлечения квадратного корня и масштабного усилителя 19: на выходе сумматора Формируется величина Т И, а на выходе масштабного усилителя, усиление которо 1го выбирается равным в , - величинач аОдновременно с Фиксированием величины К блоком 23 управления через управляющий вход открывается ключ 20 и на индикаторе 21 Фиксируется величина ТТочное измерение коэффициента усиления К ,.и постоянной времени объекта То обеспечивается в том случае, если передаточная функция цепи объект- фильтр отличается от передаточной функции фильтра 4 на множитель Ко 1(скорость изменения К и КР 1+Т 4 Рвч К , (О) значительно меньше, чем со 1прягающая частота - в , и поэтомутна передаточную функцию сигнала в цепи Х практически не влияет). Поэтому в случае статического объекта оба фильтра реализуются на апериодических звеньях, в случае астатического объекта с передаточной функцией КоР/1+т,оФильтр 3 реализуется иа интегродифференцирующем звене, афильтр 4 - на апериодическом, а дляинтегродифференцирующего объектафильтр 3 - на апериодическом, афильтр 4 - на интегродифференцирующемзвеньях. П роцесс управления работой устройства определяется структурой блока23 управления. В предлагаемом варианте (Фиг. 2) после включения питания устройства нажимается кнопка25 "Нач, сброс". При этом на выходеинвертора 27 формируется положительный импульс, передний фронт которого, пройдя элемент ИЛИ 32, поступаетна вход 2 сброса триггера 29, в результате чего последний устанавливается в определенное (нулевое) состояние, Далее производится подключениеустройства к объекту и подача сину"соидального тестового сигнала частоты Я. После окончания переходныхпроцессов во всех блоках устройствадля производства измерения К и То онажимается кнопка "Пуск" 24, Передний фронт положительного импульсана выходе инвертора 26 перебрасываеттриггер 29 в единичное состояние, Приэтом на вход 2 элемента И 31 посту пает единичное напряжение и с помощью усилителя 30 по входу 1 блока 23включается реле 35 интегратора 8(Фиг. 3), Реле 35 переключает интегратор из исходного положения в положение "Работа" и интегратор начинаетинтегрировать сформированное на еговходе напряжение.После срабатывания нуль-органа 10(достижение равенства дисперсий сигналов обоих каналов) на первый вход, 35элемента И 31 также поступает единичное напряжение, которое проходит навыход элемента и запускает одновибратор 32. Сигнал на выходе одновибратора через второй выход блока 23 открывает ключи 11 и 20 и на индикато"ры "2 и 21 поступают напряжения, пропорциональные соответственно К и Т.Одновибратор держит ключи в открытом 45 состоянии заданное время, необхо"имое для регистрации информации, поле чего он сбрасывается. Задний фронтсигнала одновибратора после прохождения инвертора 28 и элемента ИЛИ 33 50сбрасывает триггер 29 в нулевое состояние и приводит интегратор 8 в исходное положение, Для производствапоследующего измерения необходимонажать кнопку 24 и т.д.55При укаэанном режиме работы устройства исключена возможность его ложных срабатываний как в момент еговключения, так и при повторных прохождениях разности дисперсий (напри5 144 мер, н результате шумов или помех) через нулевой уровень.Таким образом, измерение коэффициента корреляции между отфильтрованными сигналами на входе и выходе объекта К, (О) и умножение сигнала в цепи входного сигнала объекта на этот коэффициент позволяет компенсировать ошибку измерения коэффициента усиления при синусоидальном входном сигнале, связанную с неучетом динамических свойств исследуемого объекта, Благодаря измерению К, расширены функциональные возможности устройства " одновременно с коэффициентом усиления объекта определяется его постоянная времени,Кроме того, структура предлагаемого устройства позволяет повысить устойчивость устройства и расширить класс исследуемых объектов.Указанные преимущества важны для систем автоматического контроля со строго лимитированным временем контроля. Формула изобретения Устройство для определения параметров объекта, содержащее первый сумматор, первый вход которого через -последовательно соединенные первые фильтр и квадратор подключен к выходу объекта, второй фильтр и второй кнадратор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, первый блок умножения, первый вход которого соецинен с выходом интегратора и с информационным входом первого ключа, выход которого соединен с входом первого индикатора, к выходу сумматора подключены последовательно соединенные блоки усреднения и нуль 6602. 6,орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности, ус"тойчивости и расширения функциональных возможностей устройстьа при синусоидальном входном воздействии засчет определения постоянных времениобъекта, в него введены второй блокумножения, коррелятор, третий квад 10ратор второй сумматор, блок опорногоУнапряжения, блок вычисления обратнопропорционального значения, блок извлечения квадратного корня, масштабный усилитель, второй ключи второй15 индикатор, блок управления, первыйнход второго блока умножения черезвторой фильтр подключен к входу объекта, первый вход коррелятора соединен с выходом первого и с первым вхо 20дом второго блока умножения, второй вход коррелятора соединен с ньгходом первого фильтра, а выход - свторым входом второго блока умножения и с входом третьего квадратора,выход второго блока умножения подключен к входу второго квадратора, выход третьего квадратора через блоквычисления обратно пропорциональногозначения соединен с первым входомЗОвторого сумматора, второй вход которого соединен с блоком опорного напряжения, выход второго сумматора через блок извлечения корня и масштабный усилитель подключен к информационному входу второго ключа, выходЗ 5 которого соединен с входом второгоиндикатора, а управляющий вход - суправляющим входом первого ключа и свторым выходом блока управления, входкоторого соединен с выходом нуль-ор 4 агана, а первый выход - с управляющимвходом интегратора, информационныйвход которого подключен к выходу первого сумматора.1446602 Составитель А. ЛащевТехред И. ВересК тор В. Вутя дактор А. Ворович П Заказ 6745/ сно енно-полиграфическое предприятие, г. Узтород, ул. Проектная Проиэв фж ч Ве,1 О фЖ 2 Тирах ВНИИПИ Государствепо делам нзобрет 3035, Москва, Ж,ного комитета ССний и открытийРаушская наб д