Устройство для определения частотных характеристик динамических объектов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пп 978067(22) Заявлено 09. Об. 81(21) 3298538/18-21сприсоединением заявки Мо(23) Приоритет "Опубликовано 30,1182.Бюллетень Но 44Дата опубликования описания 30.11.82 И) М. Кл. Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЬЕКТОВ Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может бить использовано при создании устройств для определения параметров динамических объектов, а именно Фазочастотных и амплитудно-частотных характеристик.Известно устройство для определения частотных характеристик динамических объектов, содержащее генератор 1 О электрических колебаний, Фазоинвертор, два сумматора, два квадратора и индикатор. Устройство измеряет мнимую и действительную частотные характеристики динамического объекта 13.Недостаток известного устройства заключается в том, что для .получения амплитудной и Фазовой частотных характеристик необходимо полученные значения мнимой и действительной характе ристик возвести в квадрат, сложить; .из полученной суммы извлечь корень, а также вычислить обратно тригонометрические функции частного от деления указанных характеристик.Все это уменьшает точность, уве личивает время измерения и усложняет процесс измерения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения характеристик динамических объектов, которое содержит генератор электрических колебаний, блок регулируемого Фазового сдвига, усилитель с переключателем регулировки коэффициента усиле,ния и индикатор 21,Блок регулируемого фазового сдвига выполнен в виде двух сельсинов. Первый сельсин приводится в движение приводом с переменной скоростью, содержащимСервоусилитель и тахогенератор, второй сельсин механически связан с Фазовой шкалой Фазовращателя, а электрически - с одним из входов индикатора, выполненного в виде электронно-лучевой трубки, второй вход которого соединен с выходом динамического объекта.Поскольку первый вход электроннолучевой трубки является вертикальной разверткой луча, а второй вход - горизонтальной разверткой, то в этом случае на экране осциллографа индицируется Фигура Лиссажу с наложением на нее высокочастотными колебаниями. Для определения фазового сдвига поворачивают фазовую шкалу вместе с подвижным сельсином до тех пор, пока кривая на экране осциллографа не превратится в линию. Прн этом со шкалы50 непосредственно считывается Фазовыйсдвиг,Такое устройство позволяет осу"ществить непосредственно измерениефазового сдвига без производства дойолнительных расчетов, однако оно характеризуется недостаточной точностью(не выше 53) и ограниченным частотным диапазоном (порядка 0,1-10 гц)ввиду использования сельсинов в качестве задатчика Фазового сдвига, 10требующих точной механической юсти"розки и фильтрации модуляционногосигнала при измерении, а также увеличенным временем измерения из-заналичия модуляции сигнала на входеиндикатора и невозможностью измерения модуляции отношения амплитуд навходе и выходе динамического объекта,Кроме того, это устройство имеетсложную конструкцию.20Цель изобретения - увеличение точности, сокращение времени измеренияи упрощение конструкции,Указанная цель достигается тем,что в устройстве для определениячастотных хаюактеоистик динамическихобъектов, содержащем генератор электрических колебаний, блок регулируемого фазового сдвига, усилитель с переключателем регулировки коэффициентаусиления и индикатор, один из входовкоторого подключен к выходу генерато"ра электрических колебаний через последовательно подключенные указанныйусилитель и клеммы для подключенийисследуемого динамического объекта, 35а другой - через блок регулируемогоФазового сдвига, блок регулируемогофазового сдвига выполнен н виде последовательно подключенных задатчикавеличин фазового сдвига, сумматора, 40первого нелинейного элемента, первогосинусного преобразователя и первогофильтра, а между входной клеммой ис-следуемого динамического объекта игенератором электрических колебанийвключена цепь коррекции, состоящаяиз последовательно подключенных второго нелинейного элемента, второгосинусного преобразователя и второгофильтра.На фиг. 1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства; на Фиг, 2временные диаграммы, поясняюгчие работу устройства.Устройство состоит из генератора1 электрических колебаний, вырабатывающего электрический сигнал в видедвуполярного пилообразного напряжения постоянной амплитуды с регулируемой частотой, сумматора 2, первыйнход которого подключен к генератору 1, задатчика 3 электрических сигналов сдвига фаз, подключенного квторому входу сумматора 2. Устройствосодержит также первый нелинейный зле=мент 4, реализующий пилообразную фун кциональную зависимость. Выход первого нелинейного элемента 4 подключен ко входу двуполярного синусногопреобразователя 5, ныход которогочерез первый фильтр б с аттенюаторомамплитуды подключен к горизонтальным,(вертикальным) пластинам индикатора г 7выполненного в виде электронно-лучевой трубки. Выход генератора 1 одновременноподключен ко входу второго нелинейного элемента 8, реализующего пилообразную Функциональную зависимость,выход которого подключен ко входувторого синусного преобразователя 9.Причем выход второго синусного преобразователя через второй фильтр 10подключен ко входу исследуемого динамического объекта 11. Выход динамического объекта 11 подключен к входуусилителя 12, коэффициент усилениякоторого регулируется задатчиком 13,Выход усилителя 12 подключен к вертикальным (горизонтальным) пластинаминдикатора 7. Задатчик 3 электрических сигналов фазового сдвига, сумматор 2, первый нелинейный элемент 4,первый синусный преобразонатель 5и Первый фильтр б образуют блок регулируемого фазового сдвига 14,Устройство содержит также два градуироночных лимба (не показаны), которые механически связаны с задатчиком 3 фазы и задатчиком 13 коэффициента усиления усилителя 12 соответственно. Указанные лимбы находятсяна передней панели устройства.Устройство для своей работы можетиспользовать в качестве индикатора 7любой промышленный электронно-лучевойосциллограф, Нелинейные элементы 4и 8, синусные преобразователи 5 и 9и фильтры б и 10 попарно идентичны.При этом нелинейные элементы 4 и 8,а также синусные преобразователимогут иметь различное конструктивноевыполнение,Нелинейные элементы 4 и 8 реализуются путем использования кворум-элемента устройства, выделяющего на вы"ходе средний сигнал по величине изтрех действующих на его вход. Этитри сигнала, поступающие на входкворум-элемента, формируют из основного входного сигнала путем смещенияего на постоянную величину и изменения его полярности.Благодаря принципу работы кворумэлемента и коррекции входных сигналов на выходе кворум-элемента, являющегося выходом нелинейного звена,Формируется сигнал с кусочно-линейной зависимостью, т,е. такое выполнение нелинейного звена позволяетполучить нелинейную характеристику,а следовательно, и изменение сигнала,на выходе треугольной Формы.Измерение отношения амплитуд становится возможным благодаря тому,что блок фазового сдвига не изменяетамплитудывходного сигнала при любыхфазовых сдвигах.Так, результаты испытаний показывают, что ввиду отсутствия в блокефазового сдвига предлагаемого устройства электрических конденсаторов ииспользования компенсационного метода измерения, когда нет необходимости ждать окончания периода колебанийдля получения результата измерения,время измерения фазовых сдвигов имодуля инфранизких частот резко сокращается. Полученный на выходе нелинейных элементов 4 и 8 сигнал треугольной Формы преобразуют посредством синусных преобразователей 5 и 9, выполненных, например, в виде двухквадратного синусного элемента с полевыми транзисторами, диодами и резисторами, . в сигнал синусоидальной формы.Определение частотных характеристик предлагаемым устройством произ" водят следующим образом. 10 1 енератор 1 вырабатывает двухполярное электрическое напряжение пило,образной формы и постоянной амплитуды, которое подают на один иэ входовсумматора 2 и на вход нелинейногоэлемента 8. При этом на второй входсумматора 2 подается электрическоенапряжение с эадатчика 3.,В качестве задатчика 3 может бытьиспользован любой источник регулируемого постоянного напряжения, например переменный резистор, движок которого электрически связан с сумматором 2, а механически - с лимбом (непоказан), проградуированном в величинах фазового сдвига.Перед началом измерений задатчик 3устанавливают в нулевоеположение,что соответствует нулевому значениюэлектрического напряжения и нулевомуфазовому углу.С выхода сумматора 2 электрическийсигнал через нелинейный элемент 4,реализующий треугольную зависимость,сивусный преобразователь 5 и Фильтр б, 35подключен к одному иэ входов, например горизонтальным пластинам индикатора 7, выполненного в виде электронно-лучевой трубки. Второй входиндиктаора, например вертикальные 40/пластины, соединен:, при этом черезпоследовательно соединенные усилитель 12, динамический объект 11, второй фильтр 10, второй преобразователь9 с выходом второго нелинейного элемента 8, имеющего треугольную зависимость.При этом на экране электроннолучевой трубки индикатора 7 будетнаблюдаться эллипсообразная криваяЛиссажу для линейных сигналов илитипа петли гистерезиса для нелинейных сигналов.С помощью задатчика 3 сдвига фаэ,выполненного, напримеР и виде пере 55менного резистора, устанавливают такое напряжение на его выходе, прикотором Фигура Лиссажу, наблюдаемаяна экране электронно-лучевой трубкииндикатора 7, превращается в однулинию. Для линейных систем - этопрямая линия, а для нелинейных "кривая или линия с изломом.Превращение эллипсообраэной фигуры в одну линии говорит о равенствефаз сигнала исследуемого динамичес кого объекта 11 и блока регулируемого Фазового сдвига.Значение Фазового сдвига считывается с лимба, проградуированного в величинах фазового сдвига.Для подавления шумов и выделения первой гармоники при исследовании нелинейных динамических объектов в устройстве предусмотрены Фильтры б и 10, имеющие одинаковую передаточную функцию, благодаря чему не требуется коррекции результатов измерений. При измерении отношения амплитуд динамического объекта 11, которое производят после замера Фазового сдвига при выставленном положении движка переменного резистора задатчика 3 фазового сдвига соответствующего фазовому сдвигу динамического объекта 11, сигнал с динамического объекта через инвертируищий вход усилителя 12 подключен к вертикальным (горизонтальным) пластинам индикатора 7, а горизонтальные (вертикальные) пластины укаэанного индикатора 7 остаются подключенными к выходу фильтра б.При этом на экране индикатора 7 наблюдается прямая линия. Изменяя коэффициент усиления инвертирующего усилителя 12 посредством задатчика 13 коэффициента усиления, механически связанного с лимбом (не показан), проградуированным в отношениях амплитуды, добиваются превращения прямой линии в точку, что соответствует равенству амплитуд с выхода усилителя 12 и динамического объекта 11. Значение отношения амплитуд считывается с лимба, эадатчика 13 величин коэффициентов усиления усилителя 12. Кроме того, на 20 увеличивается точность, достигая значения 0;5, и значительно упрощается конструкция ввиду отсутствия в предлагаемом уст ройстве множительно-делительных устройств, счетчиков импульсов интвгра" торов и других элементов.Формула изобретения Устройство для определения частотных характеристик динамических объектов, содержащее генератор электрических колебаний, блок регулируемого фазового сдвига, усилитель с переклю. чателем регулировки коэффициента уси ления и индикатор, один из входов которого подключен к выходу генератора электрических колебаний через последовательно подключенные указан .ный усилитель и клеммы для подключения исследуемого динамического объекта, а другой - через блок регулируемога фазового сдвига, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности, сокращения времени измерения и упрощения конструкции, блок регулируемого фазового сдвига выполнен в виде последовательно под ключенных задатчика величин фазового сдвига, сумматора, первого нелинейного элемента, первого синусного преобразователя й первого фильтра, а 5 между входной клеммой исследуемогодинамического объекта и генератором электрических колебаний включенацепь коррекции, состоящая из последовательно подключенных второго нелиней його элемента,второго сийусного преобразователя и второго фильтра. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе .1. Соколов В. Я Фаэовые измерения. М., "Энергия", 197 Э, с. 63-67.2. Арендт В. Р , Сэвент К. Д. Прах- тика следящих систем. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 481-488.9780 б 7 Составитель В. АфанасьевН. Безродная Техред Л.Пекарь Корректор Г. Огар лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 09/61 ВНИИПИ Госу по делам 113035, Моск-35 Подписноего комйтета СССРий и открытийаушская наб., д. 4/5