Устройство для определения частотных характеристик систем автоматического управления

Сова Советскид СоЧиалистичеекик Республик(5)М. Кл. а 05 В 23/00 Государственяыя коиктет ССС Р яо дедам изобретений я открытия) Заявител осковский ордена Ленина авиацио им. Серго Орджоникидз 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГ УПРАВЛЕНИЯИзобретение относится к техническим средствам исследования и контроля систем автоматического управления и предназначено для анализа динамических свойств промышленных систем автоматики и их элементов.По основному авт.св. Р 758079 известно устройство определения амплитудно-фазовых частотных характеристик (АФЧХ) систем автоматического управления, работа которого основана на регистрации с помощью шлейфного осциллографа установившихся синусоидальных колебаний на входе и выходе исследуемого объекта 1).Однако для этого устройства характерна большая трудоемкость обработки полученных записей колебаний и необходимость в дополнительных вычислениях по ним.Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для измерения амплитудных и Фазовых частотных характеристик элементов и систем автоматического управления, содержащее генератор синусоидальных колебаний, выход которого соединен с первым входом Фазовращателя и входом исследуемого объекта, последовательно соединенные первый синхронный детектор, интегратор и первый блок умножения, соответствующий вход которого соединен с первым выходом Фазовращателя, выход связан с одним, а выход исследуемого объекта - с другим входом сумматора, второй синхронный детектор, первый вход которого соединен со вторым выходом фаэовращателя, выход связан через второй интегратор со вторым входом фаэовращателя и входом индикатора фаэочастотной характеристики, а выход первого интегратора подключен ко входу индикатора амплитудно- частотной характеристики. Кроме тбго, устройство содержит датчик частоты и последовательно соединенные блок зоны нечувствительности, блок коррекции коэффициента усиления и 2 О второй блок умножения, причем первыйвход первого синхронного детектора подключен к первому выходу фазовращателя, управляющий вход блока коррекции коэффициента усиления подключен к выходу первого интегратора, вход датчика частоты связан с выходом генератора синусоидальных колебаний, выход - с соответствующим входом второго блока умножения, вы- О ход которого подключен ко вторымвходам первого и второго синхронных детекторов, а вход блока эоны нечувствительности связан с выходом сумматора 12).Принцип действия устройства основан на автоматической компенсации установившейся реакции на выходе исследуемого объектаХЭ(С) =аА (со) 81 п (д+ (щ) ) (1) сягналом Х с выхода цепи компенсацииХк=аА з 3.п(щ Е+Ф), (2) О гдеа, щ амплитуда и частотасинусоидального воздействия на входеобъектаА(а),Ч Ь) " амплитудная и Фаэовая 15частотные характеристики объекта, подлежащие определению;А, - оценки амплитудной иФазовой частотных Щхарактеристик.В момент полной компенсации невязка Е, представляющая собой разность сйгналов с выхода исследуемой системы и с выхода цепи компенсациие = Хз(1)-х(1) (3) стремится к нулю.Однако вследствие погрешностей технической реализации устройства, а также в силу присутствия в невязке Е помех и постоянной составляющей, обусловленной, в частности, неточностью измерения сигнала Х ь на выходе объекта и отклонениями его Формы от синусоидальной, иа практике не происходит полйого обнуления невязки. 5 При фиксированной зоне нечувствительности, содержащейся в известном устройстве, процесс подстройки модели принудительно эаканчйвается при амплитуде невяэки (Е 1 = Ь, где ь - по О стоянная величина зоны нечувствительности. При этом величина относительной ошибки измерения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)1 А - , Аи). 45А(ц) фотносительное значение невяэки0: = з 1. пЕЕ А( ) = А(, ) з 9 пЕ50и абсолютная ошибка аЧфМ- ч (щ) связаны соотношением(4) вытекающем из Формулы (3) . Величины ойибок измерения АФЧХ в соответствии с выражением (4) находятся в пределахф сА 1 АЫбОАЪММ А )что при постоянной величине а приводит к зависимости относительной б 5 точности измерения от текущего значения А(ы), Кроме того, при наличиив выходном сигнале объекта постоянной составляющей по окончании процесса подстройки устанавливаются колебания с постоянной амплитудой какв канале подстройки фазы, так и вканале подстройки амплитуды. Кроменеудобств в отсчете показаний индикаторов, этн колебания являются источником погрешностей н .определениичастотных характеристик, вследствиечего возникает необходимость компенсации постоянной составляющей невяэки,Цель изобретения - повышение точности работы устройства для определения частотных характеристик.Указанная цель достигается тем,что устройство содержит интегратор,вход которого соединен с выходомсумматора, выход соединен с третьимвходом сумматора, управляющий входнелинейного элемента подключен к выходу интегратора канала подстройкиамплитуды.На Фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для определениячастотных характеристик элементов исистем автоматического управленияна Фиг. 2 - графики временных процессов в каналах подстройки беэ дополнительного интегратора; на фиг. 3графики временных процессов з каналах подстройки и на выходе дополнительного интегратора при его включении в схему.Устройство для определения частотных характеристик содержит генератор1 синусоидальных колебаний, соединенный своим выходом со входом исследуемого объекта 2 и с одним из двухвходов Фазовращателя 3, первый выход которого подключен к первомувходу блока 4 умножения и к первомувходу синхронного детектора 5,а второй выход - к первому входу синхронного детектора б,Фаэовращатель 3 сдвумя входами и двумя выходами, причем Фаза колебаний второго выходасдвинута на уголпо отношению кпервому, и блок 4 умножения образуютцепь компенсации выходного сигналаисследуемого объекта, причем ошибкакомпенсации (невязка) Формируется навыходе сумматора 7, входы которогосоединены с выходами исследуемогообъекта 2 и блока 4 умнОжения. Выход сумматора 7 через последовательно соединенные нелинейный элемент 8,блок 9 коРРекции коэффициента усиления и блок 10 умножения подключенко вторым входам синхронных детекторов 5 и 6, выходы которых через интеграторы 11 и 12, снабженные индикаторами 13 и 14 амплитудной и фазовой частотных характеристик, соединены соответственно со вторыми входами блока 4 умножения и фазовращателя 3. Для введения информации о частоте синусоидального воздействия в каналы подстройки амплитуды 15 и фазы 1 б выход датчика 17 частоты подключен ко второму входу блока 10 умножения. С целью компенсации постоянной составляющей невяэки устройство содержит интегратор 18, подключенный своим входом к выходу сумматора 7, а выходом - к третьему входу сумматора 7. Для введения информации об амплитуде компенсирующего сигнала выход интегратора 11 канала 15 подстройки амплитуды соединен с управляющим входом блока 9 коррекции коэффициента усиления и управляющим входом нелинейного элемента 8.При наличии постоянной составляющей Ао, а также компенсирующего, сигнала Ао невязка на выходе сум. иатора 7 принимает вид"Ьых"к+Ао Ао (5) и становится равной нулю в случае, если - " А(ш) уЧ (а)О Аоф т.е. настраиваемые параметры А и 1 цепи компенсации действительно представляют собой оценки амплитудной и фазовой частотных характеристик, а величина постоянной составляющей А невязки компенсируется сигналом 1 о . Алгоритм автоматической подстройл ки параметров А, М и Ао до нужных значений может быть получен градиентным методом по известному соотношениюУ = - Лугад Я (У), где Л положительный коэффициент; 0(У)=Е (У) - критерий качестваработы системы; У=А,Ч,Ао) - вектор настраиваемых параметров.Переходя к скалярной форме и учитывая уравнение (5), получим алгоритм настройки модели Й=-Й - -=Л айз 1 о(ц 1 фФ), Ж ВА цф Я =лбЬсоз(ц+Ж 1 (ь)И Ао:-Л:- Щ, ае д где Л = 21.Наличие в алгоритме подстройки фазы величины А в качестве сомножителя приводит к усложнению технической реализации алгоритма, Этого мож. но избежать, используя алгоритм 1- ЮЯ 1 и(ц)Ь), 1= Юсова,щ , Ао=- М, работоспособность которого подтверждается цифровым моделированиемПри полной компенсации постояннойсоставляющей Ао погрешности измерения АФЧХ определяются величиной невязки Е, при которой заканчиваетсяпроцесс подстройки модели, Наличие 5 на выходе сумматора 7 нелинейногоэлемента с зоной нечувствительности,регулируемой по законуо=А(в), (7)где- заданная относительная точность измерения, позволяет принудительно заканчивать процесс подстройки модели при относительном уровненевяэки Ф , не зависящим от величиЕны измеряемой амплитуды А(м). В этом 1 ЕА(щ) АБТв откуда, учитывая (7), имеем20 1 о"1= 3.Поскольку величина А(и) подлежитопределению и является неизвестной, точная реализация в виде (7) закона подстройки зоны нечувствительности 25 невозможна. Однако, учитывая, что пофлокончании процесса измерения А и А(и), возможна его приближенная реализация в видеЬ= у А(Ц.Технически этот закон реализованв изобретении путем введения на управляющий вход нелинейного элемента типу зоны нечувствительности сигнала А(1) с выхода интегратора канала З подстройки амплитуды. Предлагаемая компенсация постоянной составляющей, а также регулирование зоны нечувствительности нелинейного элемента позволяет повысить точность устройства для определения частотных характеристик. Использование изобретения в инженерной практике позволит сократить сроки проектирования, отладки и различного рода контрольных испытаний систем автоматического управления (например, приемно-сдаточных, ресурсных и др.), что дает определенный экономический эффектФормула изобретения Устройство для определения час. тотных характеристик систем автоматического управления по авт.св.9 758079, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точнос"ти устройства, оно содержит интег- . ЬО ратор, вход которого соединен с выходом сумматора, выход соединен стретьим входом сумматора, управляющий вход нелинейного элемента подключен к выходу интегратора канала под стройки амплитуды.892419 18 У Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Вавилов А.А и др. Экспериментальное определение частотных харак теристик автоматических систем.М.-Л Госэнергоиздат, 1963, с.15-17,2, Авторское свидетельство СССРР 758079, кл. С 05 В 23/00, 1978892419 4 фф л ЯаА Об едактор И, Юрковец каз 11257 7 ноеР илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ВНИИПИ по дел 13035, Мосоставитель А, Лащевехред И. Гайду Корректор В. БУт Подпикомитета ССи открытийкая наб., д. Тираж 943осударственногоам изобретенийва, Ж, Раушс