Устройство для вычисления корневых годографов систем автоматического управления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик м 987584(22) Заявлено 25,08, 81(21) 3330011/18-24 РЦМК з с присоединением заявки Мо 0 05 В 23/02 Государственный комитет СССР о делам нзобретеннй н открытий(.088.8) Опубликовано 070183. Бюллетень М 1 Дата опубликования описания 0;0133(72) Авторы изобретения 1) Заявитель Минский радиотехнический инстит 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОРНЕВЫХ ГОДОГРАФО СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯва иевозневой чувемы автотор кос сист мин Изобретение относится к системам автоматического управления и вычислительной технике и может быть использовано для автоматизированного исследования динамических свойств систем автоматического управления.Известно устройство для построения корневых годографов автоматических систем и расчета коэффициента усиления по данным точкам годографа, со- держащее управляющую схему, блок ввода информации в виде планшета, на косм изображается комплексная плость с нулями и полюсами исследуемойемы, счетно-решающий блок, запоающее устройство и индикатор 11 3.Однако это устройство имеет ограниченные функциональные возможности.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вычисления корневых годографов систем автоматического управления, сбдержащее блок управления, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки памяти, блок постоянной памяти, арифметический блок, блок задания координат, блок сравнения и индикаторБлок управления этого устройства. включает в себя генератор импульсов, распределители синхросигналов, вентили, группы вентилей, схемы ИЛИ, триггеры, схемы задержки. К входу блока управления подключена шина запуска. Блок постоянной памяти предназначен для хранения значений фазовых углов. Арифметический блок состоит из сумматора и регистров, Блок .задания координат содержит схему задания координат и два счетчика. Индика тор, подключаемый к выходу устройства, представляет собой электроннолуче вую трубку 2.С помощью этого устройстможно вычислить функцию корствительности линейной систматического управления.цель изобретения - расширение фунК циональных возможностей устройства за счет возможности вычисления функции корневой чувствительности.Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее блок управления, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков памяти, блока постоян ной памяти, блока задания координат, арифметического блока, первый и вто987584 рой входы блока управления подключены соответственно к шине запуска и кпервому выходу арифметического блока, выходы первого, второго, третьего, четвертоГо, пятого блоков памяти,блока задания координат соединены. соответственно с вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым входами арифметического блока, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к вторым входам блока постоянной памяти, третьего и четвертого блоков памяти и к первому входу блока сравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно с входной шиной и с вторым входом блока задания координат, подключенного вторым выходом к первому входу индикатора, первый выход блока постоянной памяти соединен с вторым входом пятого блока памяти, содержит шестой и седьмой ф блоки памяти, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки регистров, первые входы которых соединены соответственно с девятым, десятым, одиннадцатым, двенадцатым, тринадцатым, 25 четырнарщатым и пятнадцатым выходами блока управления, вторые входы первого, второго, третьего, четвертого . и пятого блоков регистров подключены соответственно к третьему и четверто му выходам блока задания координат шестому, седьмому и восьмому выходам арифметического блока, первые выходы шестого и седьмого блоков памяти, первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков регистров соединены соответственно с,восьмым, девятым, десятым, одиннадцатым, двенадцатым, тринадцатым и четырнадцатым входами арифметического блока, второй 40 выход первого блока регистров соедиБлок 1 соединен с блоками 2-9, 11, 14-20. Выходы блоков 2-7, 14-20 соединены с блоком 9, выходы которого соединены с блоками 1,4,5,7,11,18-20. Второй выход блока 16 соединен с блоком.20, выходы которого соединены с блоками 9 и 16, Выходы блока 8 соединены с блоками Э, 16, 17 и индикатором 13, Блок 11 соединен с блоком 8. Выходы блока 7 соединены с блоками 6 и 18. Вторые выходы блоков 18 и 19 соединены с индикатором 13. Шина 10 запуска соединена с блоком 1, а входная шина 12 соединена с блоком 11.Блок 1 предназначен для выработки сигналов управления и тактирующих импульсов, в качестве его может использоваться микропрограммный автомат с жестким тактом.В качестве БП 4, 5, 6, 14 и 15 можно использовать блоки памяти с последовательным доступом. Блок 7 по.стоянной памяти предназначен для хранения агсй 9 углов и построен на ферритах. Арифметический блок 9 предназначен для умножения, деления, сложения, вычитания и извлечения квадратного корня. В качестве его можно использовать любое устройство, выполняющее умножение, сложение чисел, представленных в параллельном коде, извлечение квадратного корня иэ числа. В качестве БС 11 можно мспольэовать комбинационную схему сравнения, Индикатор 13. служит для визуального отображения координат исследуемой точки и состоит из преобразователей кода в напряжение и электроннолучевой трубки. В основу работы устройства положен следующий алгоритм, Линейная система автоматического управления с передаточной функцией разомкнутой цепиНа чертеженая схема преУ строй ствовых годографоуправления сония, первый,тый и пятый бмяти, блок 78 задания кооблок 9 шинусравнения, вхтор 13, шеста15 памяти, печетвертый и п19 и 20 регис представлена структурдлагаемого устройства. для вычисления корнесистем автоматического ержит блок 1 управле 5 орой, третий, четвероки 2, 3, 4, 5, 6 паостоянной памяти, блок динат, арифметический 0 запуска, блок 11 дную шину 12, индикаи седьмой блоки 14 ивторой, третий,блоки 16, 17, 18,вый,тыйров. нен с третьим входом пятого блока регистров, второй выход которого соединен с третьим входом первого блока регистров, второй выход блока постоянной памяти соединен с третьим входом третьего блока регистров, вторые выходы третьего и четвертого блоков регистров соединены соответственно с вторым и третьим входами индикаторГ(р) Г(р)-К ( -7 -г 2( - ) %( Р Р 1 Р Р 2ф Р Ро %(Р 1 где К - общий коэффициент усиления системы,р=хР+)оз - комплексная переменная, 2 " +) 2 Р д"Р 1 1 ор ф(р) и,п(р) - полиномы степенейи и в, причем о)е,фп (р) =а 1 р + апрд .ао М,(р) =Ьщр +Ьщ р"Ъопри наличии входного сигнала У 1, (фазового угла функции отображения плоскости собственных частот Р на плоскость свободного параметра К, равного К=- Фп.(р)/ Ю (р 1 исследуется сле дующим образом.Точки комплексной плоскости Р=Р начиная из полюсов Р, Р 2 Рг, систе ьы, исследуются на принадлежностькорневому годографу, который строит- Блок 6 служит для хранения нрйденных ся на основании соотношения (Фазового значений фазовых углов а 1 с 1 щ-ю И критерия Стрелкова-Эванса: ),в т ,ф.,н /(г."-г,)ргеИ(иф;и, )/(ф",.-,ь),Р 1 . СГСЬ (1)Ь,.-дР, где Оф, ы%, - соответственйо абс-" и значений степеней переменнойцисса и ордината р"= (д"+)щ)п .заданной исследуе- БП 14 служит для хранения коэффимой точки плоскости)О циентов ЬО,Ь 1Ь полинома 11,(р).собственных частот, Блок 15 служйт для хранения коэффиИз (1 ) вычисляется значение 1(. , циентов ао,аап полинома Фп(,р) .1которое сравнивается со значением фа- Блок 16 предназначей для промежуточ. зового угла У функции отображения, ного хранения абсциссы д"% исследуемойзадаваемой по входу. Если значения 15 точки. Блок 17 служит для промежуточ-; равны, то функция корневой чувстви- ного хранения значения ординаты ьтельности ж (р) для исследуемой точки исследуемой точки, Блок 20 служит дляР; определяется выражением промежуточного хранения чисел. Блокд 11 служит для сравнения фазового угж(р= .2 О ла 1; исследуемой точки с фазовым уГ(Р)ф (Р)Ю (Р) ф(р)1)1 (р)Г 1 лом Ч, задаваемым по входной шине12 Блок 8 служит для выд чигде фп(,р)и У (р) - производные поли- нат д%;м";очередной исследуемой точкиномов Ф ( р) и . плоскости собственных частот.Мп 1(р) по Р . устройство работает следующим образом.ф 1 (р)=а напр" + а (п)р" а 1,Перед началом вычисления устройстп и пво приводится в исходное состояние,Чп 1(р) Ь щр 1 Ь п 1 (п 1-1)р 1Ь 1 после чего вводится в блок 3 памятизначение абсцисс дР 1) полюсов и д 2и вычисляется в видеЗО нулей передаточной Функции разомкну. %с сР%,оф)=0(д%м;)+ЗЧ("юц 1 ъ 1) той цепи Г(р), в блок 2 заноситсяна плоскости р-д 1 ) и 1 функция ж значение ординат сора) полюсов и ш 2(11;, щ; ) может быть изображена нулей Г(р), в блок 15 вводится коэфвектором с началом в заданной точке фициенты аа 1аполинома,фр)Ф" ш 1 корневого годографа,иду и числа 1,п, в блок. 14 заносятся кощим по касательной к траектории и - эффициенты ЬО,Ь, ,Ь, полинома У(ф имеющим горизонтальную 0 (сР%,1";) и числа Т,щ, в блоке 11 задается пои вертикальную Ч (д" 111%) составляю- входной 1 аине 12 значение фазового1щие. угла УкВычисление годографа модуля функ О Запуск устройства осуществляется ции корневой чувствительности подачей сигнала по шине 10 на входблока 1Согласно алгоритму Функционирования на первом этапе вычислений1и фазовой характеристики корневой устройство выполняет нахождение М; чувствительности 45 по формуле(1), Для этого блок выда тЧ Р% %) сигналы, по которым производится выборка из блока 3 значения д)первого)(1 Р; )полюса и из блока 8 значения абсциссы дает полную инФормацию для построения д"% первой исследуеьюй точки в блоке векторов корневой чувствительности .в 9, где находится разность др 1) каждой точке корневого годографа. которая заносится в блок 4. ЗатемРассмотрим назначение отдельных по очереди в (и) вычислениях нахо% блоков устройства. дится разность значений абсциссы ддля хранения значений ординат по- . с абсциссами остальных полюсов и ана-ов щ ,) и ординат нулей 1112 пере" логично в п 1 вычислениях поочередноОчной Функции Г(р) служит блок 2, находится разность значений сМ с абс 55Блок 3 служит для хранения абсцисс циссами У 2 всех нулей, ВО втором полюсов Ф и нулей сР функции цикле по сигналам блока 1 посылаются Г( ). Блок служит для хранения най- из блоков 2 и 8 соответственно зна- .Р "2,о.р% % денных значений разности абсцисс дф - чения ординат юР) полюсов и ы в д" сМ-Р и вещественных частей фо блок 9, где находится разность м-ОэР полинОмОв фр ф) "ф 1 п 1 (Р) ф фп (Р ) фР 1) ф; - 2 Скбторая заносится в блок 5. Затем по(р) . Блок 5 служит для хранения очереди в (и) вычислениях находитвычисленных значений разности ординат ся разность значений ординат ..% .с ы%-М), Ы+ -Ю 2 и мнимых частей ординатами остальных полюсов и ана.полиномов фр(р), У,п(Р), фп(Р), 111 п 1(р) . 65 логично в гп вычислениях находится е люс датразность значений оз" с ординатами швсех нулей. Затем по сигналам блока 1 поочередно выбираются изблоков 5 и 4, ранее вычисленные значения разностей оф - ю и бф".-двблок 9, где происходит делениеа"-арф 5/д".-д, ). По значению частного от деления из блока 7 извлекается значение =сгсЬщ-ю д)/(бф-ф, ,которое зано"сится по сигйалу блока 1 в блок б.Аналогично этому процессу поочередно 10в вычислениях находятся значения фазовых углов рстальных полюсов,МЧи значения Фазовых углов 8 нулей.В третьем цикле по сигналу блока 1выбираются в блок 9 для суммирования 35значения фазовых углов Ч) и е,и иэи , пблока б. Суммыц и ) 8 заносятся:)в блок б, которые затем извлекаются в блок 9, где происходит вычитаниеи, 6 . Е - у . Полученная разность У;Рпосылается на вход блока 11 для сравнения с, значением фазового угла У),25 Функции отображения. В случае, если значения не равны, то по сигналу блока 1 в блок 8 выбираются абсцисса и ордината очередной точки плоскости, и весь процесс вычислений повторяется 30 снабжала. В случае равенства значений срабатывает блок 11 и сигналом блока 1 посылаются координаты исследуемой точки дфоп , ю" плоскости в индикаторе 13 на экран электроннолучевой, 35 трубки ) и заносится значение "1" в блок 16. Начинается этап вычисления функции корневой чувствительности согласно формуле 2 ).В первом цикле происходит вычис- щ ление значения полиномаФ(Р) в комплексной Форме. Для этого в первом такте по сигналу блока 1 заносится из блока 15 коэффициент ац в блок 4В следующем цикле - цикле вычисления второго слагаемого ( О р ) сигналами блока 1 посылаются из блока 16 и блока 8 соответственно значения "1" и Фф в блок 9, где происходит их умножейие. Произведение (сР") за-, носится в блок 20После этого посылаются из блоКа 17 и блока 8 соответственно значения "0" и ы" в блок 9, где происходит умножение, Полученное произведение "О" .вычитается иэ значения У" , которое извлекается из блока 20 в.блок 9. Разность У" за.носится в блок 20, Затем сигналами блока 1 извлекается полностью значение "1" из блока 16 и посылается вместе со значением юф и блока 8 в блок 9 для умножения. Одновременно извлекается из блока 20 значение Фф в очищенный блок 16, а ранее вычисленное произведение оф посылается 65 из блока 9 в блок 20. Затем производится выборка из блока 17 и блока 8соответственно значений "0" из д"в блок 9, где происходит умножение.Полученное произведение д"ф суммиру-.;ется со значением о)", которое извлекается из блока 20 в блок 9Результат сложения оф заносится вблок 17, Затем сигналами блока 1 вблок 9 для умножения посылаются изблока 15 коэфФициент а и значение д"из блока 16, которое сохраняется вблоке после операции до цикла вычисления следующего слагаемого полинома.Произведение ад"фзаносится в блок 4,После этого в блок 9 для умноженияподаются из блока 15 коэффициент аи из блока 17 зиачение ьоф, котороесохраняется в блоке 17 после операции.Произведение ом+, т.е. мнимая частьвторого слагаемого полинома заноситсяк блок 5,Затем устройство вычисляет следующее слагаемое аР полинома Фп Р) вЯпорядке возрастания степеней комплексной переменной р в виде действительной и мнимой части. Цикл вычисленияэтого слагаемого аналогичен циклувычисления второго слагаемого полинома, Сигналами блока 1 посылаютсяв блок 16 и блок 8 соответственнозначения д" и Ф" в блок 9, гдепроисходит умножение. Произведениед+посылается в блок 20. Затем производится выборка из блока 17 и блока8 значений щ" и ы" . Полученное.произведение юф вычитается из знауй.чения Ф , которое извлекается изуйблока 20 в блок 9. Разность Уф-юф заУ %носится в блок 20, после чего сигналами блока 1 посылается из блока 16значение д, которое извлекаетсяполностью из блока 16, из блока 8 -значение + в блок 9, где происходит их умножение.Одновременно извлекается из блокар р20 значение арф - соф блок 16, а проиэведение а"юф заносится из блока 9 вблок 20. Затем посыпаются из блоков17 и 8 соответственно значения ц+ им1о в блок 9, где происходит их умножение. Произведение сумчируетсясо значением офсо"из блока 20, которое извлекается в блок 9. Результатсложения 2 си заносится в блок 17,после чего сигналами блока 1 посылаются из блока 15 коэффициент а изначение д"-софиз блока 16, котороесохраняется в блоке 16 после операции, в блок 9, где происходит их умножение. Произведением д -ш вещественная часть слагаемого 4 р заносится в блок 4, После этого посылаются из блока 15 коэффициент а и зна 987584 12вой чувствительности как сильно изменяются характеристики качества системы, в частности степень устойчивости, колебательность при изменении варьируемого параметра.Формула изобретенияУстройство для вычисления корневых годографов систем автоматического управления, содержащее блок управления, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков памятиблока постоянной памяти, блока задания координат, арифметического, блока, первый и второй входы блока управления подключены соответственно к шине запуска и к первому выходу арифметического блока, выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого блоков памяти, блока задания координат соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым входами арифметического блока, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к вторым входам блока постоянной памяти, третьего и четвертого блоков памяти и к первому входу блока сравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно с входной шиной и с вторым входом блока задания координат, подключенного вторым выходом к первому. входу индикатора, первый выход блока постоянной памяти. соединен с вторым входом пятого блока памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оносодержит шестой и седьмой блоки памяти, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки регистров, первые входы которых соединены соответственно с девятым, десятым, одиннадцатым, двенадцатым, тринадцатым, четырнадцатым и пятнадцатым выходамиблока управления, вторые входы пер 10 вого, второго, третьего, четвертогои пятого блоков регистров подключенысоответственно к третьему и четвертому выходам блока задания координат,шестому, седьмому и восьмому выходам15 арифметического блока, первые выходышестого и седьмого блоков памяти,первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков регистров соединены соответственно с восьмым, девятым,;щ десятым, одиннадцатым, двенадцатым,тринадцатым и четыренадцатым входамиарифметического блока, второй выходпервого блока регистров соединен стретьим входом пятого блока регист 25 ров, второй выход которого соединенс третьим входом первого блока регистров, второй выход блока постоянной памяти соединен с третьим входомтретьего блока регистров, вторые выЗО ходы третьего и четвертого блоковрегистров соединены соответственнос вторым и третьим входами индикатора,35 Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство сссРР 275545, кл С 06 Г 15/20, 1970.2. Авторское свидетельство СССРР 408313 кл, О 06 Г 15/34, 1973/5 илиал ППП ент 0301/35 ВНИИПИ по д 113035ираж 872 Государстве аи нэобрет Москва, Ж. Куэиирь Корректор Г.Рещети Подписиого комитета СССРнй и открытийРаушская наб.,Ужгород, ул.Проект