Устройство для измерения параметров динамического объекта

и ц УОБ 9 Ф ОЙ ИСАЙ ЙЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Ссоетскнх Социалистических Республик. Кл.з 6 018 29/О с присоединением заявки3) Приоритет3) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень4 5) Дата опубликования описания 07,11.80 сударстееннык комите СССР53) 21,317,7088,8) делам изобретении открыт угунов, Д. А. Решетников, Б. ф, Комаров и Н. В, Бепель 71) Заявитель(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТАИзобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано для измерения фазовых сдвигов между сигналами на входе и выходе динамических объектов, отношения амплитуд этих сигналов, времени переходных процессов и частоты колебаний.Известно устройство для измерения параметров динамических объектов, содержащее генератор периодических колебаний, формирующий синусоидальный и косинусоидальный сигналы, которые подаются на два параллельно включенных блока умножения. Один из этих сигналов подается на вход исследуемого динамического объекта. Сигнал с выхода объекта через входной преобразователь подается на вторые входы блоков умножения. К выходу каждого блока умножения через интегрирующие усилители подключены два индикатора, один из которых измеряет мнимую, а другой действительную составляющие амплитудно-фазовой частотной характеристики динамического объекта.Недостаток данной схеность измерения фазовогошения амплитуд входных иналов и значительная погрний.(72) Авторы изобретения Л. П. Руссин, О,Известен также прибор для измерениясдвига фаз и амплитуд, содержащий два сельсина, у которых обмотки статоров соединены. Ротор одного сельсина приводится л в движение приводом с переменной скоростью, содержащим сервоусилитель и тахо- генератор. Ротор приводного сельсина возбуждается извне от сети следящей системы при использовании исследуемой системы 10 регулирования переменного тока и от внутреннего осциллятора для генерирования низкочастотных сигналов при исследовании систем постоянного тока, К валу вращающегося сельсина прикреплен синхронизиру ющий переключатель, который пропускаетпилообразный сигнал.Прибор также содержит усилитель несущей частоты, ко входу которого подключен выход второго сельсина, механически свя занного с фазовой шкалой измерительноголимба, и усилитель выходного сигнала, соединенный с индикатором величины амплитуды осциллографом.Недостатком прибора является низкаяпомехозащищенность и ограниченный диапазон измеряемых частот.Целью изобретения является повышениеточности, сокращение времени и упрощение измерений,3Иель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор электрических колебаний, индикатор и регулируемый фазовращатель, механически связанный с лимбом для отсчета фазового сдвига, введены второй регулируемый фазовращатель, блок мажоритарной логики, два инерционных блока, два блока выделения первой гармоники, лимб для отсчета двух величин постоянной времени, частоты и коэффициента усиления соответственно, эталонное фазосдвигающее звено, блок регулировки усиления, два инвертора, сумматор, блок выделения переменного сигнала, блок детектирования, блок сглаживания пульсаций и шесть коммутаторов, при этом генератор электрических колебаний подключен к одному из входов устройства, соединенного с входами эталонного фазосдвигающего звена и первого блока выделения первой гармоники, выход которого соединен с тремя входами первого коммутатора, первый выход которого соединен с входом второго регулируемого фазовращателя, механически связанного с лимбом для отсчета величины частоты, второй выход упомянутого коммутатора соединен с входом первого регулируемого фазовращателя, а третий выход коммутатора соединен с входом первого инерционного блока, механически связанного с первым лимбом для отсчета величины постоянной времени, причем второй вход устройства через второй коммутатор соединен с одним из входов второго блока выделения первой гармоники, механически связанной через второй лимб для отсчета величины постоянной времени с первым блоком выделения первой гармоники, а другой вход упомянутого блока через третий коммутатор подключен к выходу эталонного фазосдвигающего звена, при этом выход второго блока выделения первой гармоники через блок регулировки усиления, механически связанный с лимбом для отсчета величины коэффициента усиления, подключен к первому входу четвертого коммутатора непосредственно, а через первый инвертор - к второму и третьему входам упомянутого коммутатора, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены с выходами первого и второго фазовращателей и выходом первого инерционного блока соответственно, а первый и второй выходы упомянутого коммутатора подключены к первому входу сумматора, два других входа которого соединены с пятым и шестым выходами упомянутого коммутатора, его третий и четвертый выходы соединены с первым и вторым соответственно входами блока мажоритарной логики, третий вход которого через последовательно соединенные второй инерционный блок и второй инвертор соединен с выходом блока мажоритарной логики и с четвертым входом сумматора, выход которого соединен с двумя входами пятого коммутатора, первый йь 1- ход которого через блок выделения переменного сигнала соединен с вторым выходом пятого коммутатора и с двумя входами б шестого коммутатора, первый выход которого через последовательно соединенные блок детектирования и блок сглаживания пульсаций подключен к одному из входов индикатора, соединенного упругим входом 10 с вторым выходом шестого коммутатора,На чертеже представлена блок-схема устройства.На схеме изображены генератор электрических колебаний 1, первый блок выделе-. ния первой гармоники 2, первый коммутатор 3, первый инерционный блок 4, первый лимб для отсчета величины постоянной времени 5, первый и второй фазовращатели 6 и 7, лимб для отсчета величины частоты 8, лимб для отсчета фазового сдвига 9, динамический объект 10, второй коммутатор 11, второй блок выделения первой гармоники 12, третий коммутатор 13, эталонное фазосдвигающее звено 14, блок регулировки усиления 15, лимб для отсчета величины коэффициента усиления 16, сумматор 17, четвертый коммутатор 18, первый инвертор 19, блок мажоритарной логики 20, второй инерционный блок 21, второй инвертор 22, пятый и шестой коммутаторы 23 и 24, инЗддикатор 25, блок выделения переменного сигнала 26, блок детектирования 27 и блок сглаживания пульсаций 28, второй лимб для отсчета величины постоянной времеЗ 5 ни 29.Устройство работает следующим образом.При измерении фазового сдвига сигналовна входе и выходе динамического объекта 10 сигнал с генератора электрических колебаний 1 поступает на вход А, а снимается сигнал с входа Б. Первый коммутатор 3 находится в положенииб, а четвертый коммутатор 18 - в положениях в и г, При этом лимб 9, с которым механически связан фазовращатель 6, выведен на нуль.Сигнал с динамического объекта 10 через второй коммутатор 11, второй блок выделения первой гармоники 12, блок регулировки яо усиления 15 и инвертор 19 поступает наодин вход блока мажоритарной логики 20, а сигнал с фазовращателя 6 - на другой.На третий вход блока мажоритарной логики 20 поступает сигнал с выхода второго инерционного блока 21, вход которого связан через второй инвертор 22 с выходом блока мажоритарной логики 20 цепью положительной обратной связи.Свойство блока мажоритарной логики 20 60 таково, что в каждый момент времени онсравнивает три поступающих на вход сигнала и формирует на выходе блока сигнал, который является средним в данный момент времени. Логическая операция, осу ществляемая блоком мажоритарной логики10Поэтому в случае, когда фазовый сдвигдинамического объекта 10 не равен фазовому сдвигу фазовращателя 6, выходной сигнал с блока мажоритарной логики 20 будетотличен от нуля. Этот сигнал поступит на 15второй вход сумматора 17, а далее на индикатор 25. Если сигнал с генератора электрических колебаний 1 имеет низкую частоту, т. е. амплитуда колебания стрелки индикатора 25 достаточна для наблюдения и если в сигнале с динамического объекта 10 отсутствует постоянная составляющая, тогда сумматор 17 соединен синдикатором 25 непосредственно; при этомпятый и шестой коммутаторы 23 и 24 находятся в положении б,При этом стрелка индикатора 25 будетсовершать колебания относительно нулевого положения,По мере уменьшения фазового сдвига З 0между сигналами с динамического объекта10 и фазовращателя 6 посредством увеличения фазового сдвига фазовращателя 6,которое осуществляется с помощью лимба9, уменьшается и амплитуда колебаний 35стрелки индикатора 25. Лимбом 9 устанавливают такое значение фазового сдвига,при котором стрелка индикатора 25 имеетамплитуду колебаний, близкую к нулю. Этоговорит о равенстве фаз указанных сигналов. При этом фазовый сдвиг, считываемый с лимба 9, будет равен фазовомусдвигу сигнала на выходе динамическогообъекта 10,В случае, когда сигнал с генератора 45электрических колебаний 1 имеет высокуючастоту колебаний, т, е, стрелка индикатора 25 практически не отклоняется, необходимо шестой коммутатор 24 перевести вположение а, При этом блок детектирования 27 и блок сглаживания пульсаций 28обеспечат формирование постоянного сигнала, пропорционального амплитуде сигнала на выходе сумматора 17.Стрелка индикатора при этом не будет 55совершать колебаний, а будет отклонятьсяна постоянную величину, которую посредством фазовращателя 6 уменьшают донуля.Далее фазовый сдвиг динамического объекта 10 определяется аналогично режимуизмерений на низких частотах,В случае наличия в измеряемом сигналепостоянных составляющих пятый коммутатор 23 необходимо установить в положении 65 200 для трех входов, может быть записанав виде: х = макс 1 мин(х,х,), мин(х,х,),мин (х,х,)1 где хь хг, хз - сигналы на входе блока мажоритарной логики 20; Хвых - СИГНаЛ На ВЫХОДЕ ЭТОГО блока, а, что обеспечит выделение переменной составляющей посредством блока выделения переменного сигнала 26, После измерения фазового сдвига фазовращатель 6 ос тается в положении минимального отклонения стрелки, и производят измерение отношения амплитуд сигналов на выходе и входе динамического объекта 10, Для этого необходимо первый коммутатор 3 оставить в том же положении, что и при измерении фазовых сдвигов, а четвертый коммутатор 188 перевести в положение б и г. Приэтом лимб 16, который механически связан с блоком регулировки усиления 15, первоначально выведен на нуль,Далее измерение отношения амплитуд навыходе и входе динамического объекта 10 производят аналогично измерению фазового сдвига, т, е, с помощью индикатора 25 фиксируют сигнал с выхода динамического объекта 10, а затем подбирают с помощью лимба 16 такое значение коэффициента усиления, при котором стрелка индикатора возвращается к нулю, В этом случае величина коэффициента усиления, считываемая с лимба 16, равна отношению амплитуд на выходе и входе динамического объекта 10.Если сигналы с выхода динамического объекта 10 имеют нелинейную форму, необходимо с помощью лимба 29, механически связанного с блоками выделения первой гармоники 2 и 12, установить в соответствии с частотой надлежащее значение постоянной времени, которая обеспечивает выделение первой гармоники. Так как постоянные времени изменяются одинаково, как по первому, так и по второму блоку выделения первой гармоники 2 и 12, соответственно, то введение этих блоков в канал измерения не требует дополнительных пересчетов параметров динамического объекта 10.При измерении частоты первый коммутатор 3 переводят в положение а, а четвертый коммутатор 18 - в положения в и д, Посредством третьего коммутатора 13 замыкают цепь между выходом эталонного фазосдвигающего звена 14 и вторым входом блока выделения первой гармоники 12, а посредством второго коммутатора 11 размыкают цепь между выходом динамического объекта 10 и первым входом блока выделения первой гармоники 11. Далее измерение частоты производят аналогично измерению фазового сдвига, но вместо фазовращателя 6 используют фазовращатель 7, с которым механически связан лимб 8, проградуированный в величинах частоты.Так как фазовый сдвиг фазовращателя 7 зависит от частоты и постоянной времени Т, а эталонное фазосдвигающее звено 14 имеет, в нашем примере, постоянный фазовый сдвиг 90 на всех частотах, то для каждой измеряемой частоты имеется вполне определенная постоянная времени фазовращателя 7, при которой фазовый сдвигравен 90. Между частотой и постоянной времени фазовращателя 7 существует определенная зависимость при фазовом сдвиге190, а именно 1"= . Поэтому уравнивани 2 ПТем фазовых сдвигов фазовращателя 7 и эталонного фазосдвигающего звена 14 мы определяем частоту колебаний, которую считываем с лимба 8.При измерении быстродействия динамического объекта 10 на вход блока вьтделения первой гармоники 2 и вход динамического объекта 10 подают периодический сигнал прямоугольной формы с выхода генератора электрических колебаний 1. Первый коммутатор 3 переключают в положение в, а четвертый коммутатор 18 - в положение б и е. При этом второй коммутатор 11 замкнут, а третий коммутатор 13 разомкнут, пятый и шестой коммутаторы 23 и 24 находятся в положении а.Лимб 5, механически связанный с инерционным блоком 4, введен на нуль, Меняем постоянную времени инерционного блока 4 с помощью лимба 5 до тех пор, пока сигнал с выхода индикатора 25 не станет равным минимальному значению, т. е. пока стрелка индикатора не возвратится к нулю.При этом внутреннее значение постоянной времени инерционного блока 4, считываемой с лимба 5, равно быстродействию динамического объекта 10, т, е. времени переходного процесса в секундах.В данном устройстве точность индикации и измерение фазовых сдвигов и частоты не зависят от формы и амплитуды сигналов, что позволяет применять его для исследования линейных и нелинейных объектов, подверженных деиствию большого уровня шумов.Кроме того, наличие инерционной положительной обратной связи блока мажоритарной логики 20 через инерционное звено 21 и инвертор 22 с единичным коэффициентом усиления позволяет повысить точность и чувствительность устройства в присутствии больших постоянных составляющих посредством запоминания сигнала на выходе блока мажоритарной логики 20 в течение каждого полупериода, то позволяет проводить динамический анализ источников тока, а также ускоряет процесс измерения.Формула изобретенияУстройство для измерения параметров динамического объекта, содержащее генератор электрических колебаний, индикатор и первый регулируемый фазовращатель, механически связанный с лимбом для отсчета фазового сдвига, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, сокращения времени и упрощения измерений, в него введены второй регулируемый фазовращатель, блок мажоритарной логики,два инерционных блока, два блока выделения первой гармоники, пять лимбов для отсчета двух величин постоянной времени, частоты фазового сдвига и коэффициентауси ления соответственно, эталонное фазосдвигающее звено, блок регулировки усиления, два инвертора, сумматор, блок выделения переменного сигнала, блок детектирования, блок сглаживатцтя пульсации и шестт.том мутаторов, при этом генератор электрических колебаний подключен к одному из входов устройства, соединенного с входами эталонного фазосдвигающего звена и первого блока выделения первой гармоники, 15 выход которого соединен с тремя входамипервого коммутатора, первый выход которого соединен с входом второго регулируемого фазовращателя, механически связанного с лимбом для отсчета велтпптны часто ты, гторои выход упомянутого коммутаторасоединен с входом первого регулируемого фазовратцателя, а третий выход коммутатора соединен с входом первого инерционного блока, механически связанного с первым 25 лимбом для отсчета величины постояннойвремени, причем второй вход устройства через второй коммутатор соединен с одним из входов второго блока выделения первой гармоники, механически связанного через 30 второй лимб для отсчета величин постоянной времени с первым блоком выделения первой гармоники, а другой вход упомянутого блока через третий коммутатор подключен к выходу эталонного фазосдвигаю тдего звена, при этом выход второго блокавыделения первой гармоники через блок регулировки усиления, механически связанного с лимбом для отсчета величин коэффициента усиления подключен к первому вхо ду четвертого коммутатора непосредственно, а через первый инвертор - к второму и третьему входам упомянутого коммутатора, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены с выходами первого тл второго 45 регулируемых фазовращателей и с выходом первого инерционного блока соответственно, а первый и второй выходы упомянутого коммутатора подклточеньт к первому входу сумматора, два других входа которого соединены с пятым и тцестым выходами упомянутого коммутатора, а его третии и четвертый выхо,ды соединены с первым и с вторым соответственно входами блока мажоритарной логики, третий вход которого чецез последовательно соединенные второй инертттлонньтй блок и второй инвертор соединен с выходом блока мажоритарной логики и с четвертым входом сумматора,выход которого соединен с двумя входами 60 пятого коммутатора, первый выход которого через блок выделения переменного сигнала соединен с вторым выходом пятого коммутатора и с двумя входами шестого гммута ора, первый выход которого через последовательно соединенные блок детекти777599 10 соединенного другим входом с вторым выходом шестого коммутатора,Составитель Л. МурановРедактор Б. Федотов Техред А. Камышникова Корректор А, Галахова каз 2418/11 Изд.558НПО Поиск Государственного комитета ССС113035, Москва, Ж.35, Рау Типография пр. Сапунова,рования и блок сглаживания пульсаций подключен к одному из входов индикатора,Тираж 1033по делам из ая наб., д. 4 Подписно етений и открытий