Устройство для определения параметров динамического звена второго порядка

,БО 1231 1) 4 С 05 В 23 САНИЕ И БРЕТЕН ОРСКОМУ СВИ ЕЛЬСТ В.В,Камаовский Я,до ЕДЕЛЕНИЯ ПАЗВЕНА ВТОРОГО тся к устроибыть испольустроис ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Рабкин Г,Л., Чередниченко Н,Черников В.Л, и Штеренберг Ю,О.Экспериментальное исследование сувых автоматических систем. Л.: Судстроение, 1966.Авторское свидетельство СССРВ 235831, кл, С 05 В 23/02, 1967.Авторское свидетельство СССРВ 3 18920, кл. С 05 В 23/02, 1970,Бабиков М.А. и Косиновский А,В,Элементы и устройства автоматики.М.: Высшая школа, 1975, с. 289,рис, 6,31.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОГОПОРЯДКА(57) Изобретение относиствам контроля и можетзовано для определения динамическихарактеристик приборов и тв автоматики, например следящих систем. Цель изобретения - повьппение быстродействия определения параметров передаточной Функции динамического звена при произвольном входном воздействии. Устройство содержит преобразователь входного сигнала, вход которого подключен к входу исследуемого объекта и выходу переключателя, и преобразователь выходного сигнала, вход которого подключен через нормирующий блок к выходу исследуемого объекта, а выходы - к входам двух делителей разностных сигналов, другие . входы которых подключены к выходамФ 2 преобразователя входного сигнала, а э выходы обоих делителей разностных сигналов подключены к входам двух блоков памяти, третьи входы которых С подключены к второму выходу блока управления, вход которого подключен,ф к третьим входам делителей разностных сигналов и выходу нормирующего пфф блока, а первый и третий дходы - к второму и третьему входам переключателя, на первый вход которого посту- ы пает произвольный входной сигнал.8 ил. дИзобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано в приборах и устройствах, предназначенных для идентификации элементов и объектов систем антоматичйского управления, например следящих систем,Цель изобретения - увеличениебыстродействия определения параметрон передаточной Функции исследуемо 1 Ого объекта второго порядка при произвольном входном сигнале,На Фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройствадля определения параметров динамичес 14;кого звена второго порядкана фиг,2 -преобразователи входного и выходногосигналов; на фиг. 3 - делитель разностных сигналов; на Фиг. 4 - блокуправления; на фиг, 5 - блоки памяти;на Фиг, 6 - блок задержкифна Фиг.7репе времени," на Фиг. 8 - блок деле -ния.Структурные схемы содержат исследуемый объект 1, первый переключа 25тель 2, нормирующий блок 3, преобразователь 4 входного сигнала, преобразователь 5 выходного сигнала, первыйделитель 6 разностных сигналов второй делитель 7 разностных сигналов,блок 8 управления, блок 9 памяти длявычисления первого коэффициента,блок 10 памяти для вычисления второго коэффициента, усилители 11 и 12постоянного тока, блок 13 вычитания, 35блок 14 деления, блок 15 вычитания,источник 16 тестового напряжения,второй переключатель 17, блок 18 задержки сигнала, кнопка "Сброс" 19 снормально замкнутыми контактами, 40кнопка "Отсчет" 20 с нормально разомкнутыми контактами, блок 21 формирования сигнала управления блоками памяти, реле 22 блокировки сигнапа управления блоками памяти, фиксатор 23 45нулевого уровня, дифференциатор 24,блок 25 вычитания, резистор 26, конденсатор 27, усилитель 28 постоянного тока, реле 29 управления блокамипамяти, реле 30 времени, инвертор 5 О31, схема 32 совпадения, транзистор33, конденсатор 34, резистор 35,блок 36 умножения, усилители 37 и 38постоянного гока, схема 39 сравненияреле 40, инвертор 41, блок 42 абра- узонания модуля, диоды 43 и 44,В устройстве для определения параметров динамического звена второго порядка в качестве исследуемого объекта 1 могут использоваться различные устройства систем автоматического упранления, у которых передаточную Функцию можно представить выражением:и(р)а р+ар +11К таким устройствам можно, например, отнести следящие системы, замкнутые обратной связью по положению,усилители, различные фильтры. Устройство наиболее приспособлено дляидентификации объектов, параметрыкоторых могут во время экспериментаизменяться. При исследовании следящих систем в качестве выходного сигнала используется сигнал, снимаемыйс датчика обратной связи, например.потенциометра,Нормирующий блок 3 служит дляопрецеления статического коэффициента усиления К исследуемого объекта 1и получения необходимого уровня выходного сигнала и представляет собой усилитель постоянного тока с переменным коэффициентоМ передачи, чтодостигается за счет изменения еговходного сопротивления.В качестве первого переключателя2 могут использоваться любые контактные и бесконтактные переключатели,например реле,Преобразователи входного 4 и выходного 5 сигналов (фиг, 2) состоятиз двух параллельно включенных фильтрсв с попарно одинаковыми постоянными времени, т,е. постоянная временипервого Фильтра (выполненного наусилителе постоянного тока 11) преобразователя 4 входного сигнала равнапостоянной времени первого Фильтрапреобразователя 5 выходного сигнала,Постоянные времени фильтров определяются выражениеми выбираются так, чтобы их величины существенно различались, например2 Т 1,Сами значения Т определяются параметрами входного сигналаВ частности, при синусоидальном входном сигнале х(г.) = Аз 1.п,й постоянная0,3 времени первого Фильтра Тл 1Изменение постоянных времени фильтров осуществляется путем изменения сопротивления резистора КПервый 6 и второй 7 делители разностных сигналов (фиг. 3) идентичны 5 по структуре и состоят из двух блоков 13 и 15 вычитания и блока 14 деления, первый и второй входы которого подключены к выходам блоков 13 и 15 вычитания соответственно. Первый вход блока 13 вычитания подключен к первому входу блоков 6 и 7 деления разностных сигналов, второй вход которых подключен к вторым входам блоков 13 и 15 вычитания, а первый вход блока 15 вычитания подключен к третьему входу блоков 6 и 7, . выход которых подключен к выходу блока 14 деления.Блок 14 (фиг. 8) деления выполняет операцию деления двух знакопеременных напряжений в 4-х квадрантах и сохраняет работоспособность при прохождении делителя через ноль.25 Блок 14 деления содержит последовательно соединенные блоки 38, 36 и 37, выход которого является выходом блока 14, а также соединен с вторым входом блока 36 умножения, первый вход которого соединен .через схему 39 сравнения и диод с обмоткой реле 40, Вход блока 37 является первым входом (вход делимого), а также соединен с входом блока 42, выход которого через делитель напряжения, ин вертор 41 и диод 43 соединен с нормально замкнутым контактом реле 40, а через диод 44 - с нормально замкнутым контактом реле 40. Общий контакт реле 40 через делитель напряжения 40 соединен с входом блока 38 и вторым входом (входом делителя) блока 14. Схема 39 сравнения представляет собой обычный компаратор, выполненныйна триггере Шмидта, 45Блок 8 управления (фиг, 4) служит для управления процессом вычисления коэффициентов знаменателя передаточной функции исследуемого объекта 1 и статического коэффициента передачи. 50 Блок 8 управления состоит из источника 16 тестового напряжения, второго переключателя 17, блока 18 задержки сигнала, двух кнопок, с нормально замкнутыми 19 (кнопка "Сброс" ) и 55 нормально разомкнутыми контактами 20 (кнопка "Отсчет" ), реле 22, блока 21 формирования сигнала управления,дифференциатора 24 и фиксатора 23нулевого уровня,Источник 16 тестового напряженияпредназначен для подачи на вход исследуемого объекта 1 тестового напряжения заданного уровня при определении статического коэффициента передачи К в (1) .Переключатель 17 предназначен дляуправления режимами работы устройства: в положении 1 определяется только коэффициент К, а в 2 - коэффициенты а и а,. Блок 18 задержки служитдля задержки на время С момента получения первого результата на выходах блоков 9 и 10 с момента подачипроизвольного воздействия на исследуемый объект 1, Блок 18 задержки(фиг. 6) состоит из последовательновключенных реле 30 времени, инвертора 31 и схемы 32 совпадения, второйвход которой подключен к входу реле30 времени, Схема реле 30 времениприведена на фиг. 7 и собрана надвух транзисторах 33, коллектор одного из которых через конденсатор 34подключен к базе второго. Схема обеспечивает задержку появления сигналана его выходе на время сБлок 21 формирования сигнала уп-равления служит для выработки постоянного напряжения для управленияблоками 9 и 10 по первому импульсу,поступающему с выхода блока 23, посленажатия кнопки 20. Первый вход блока21 подключен через кнопку 9 "Сброс"блок 18 и переключатель 17 к источнику тестового напряжения и являетсяуправляющим входом блока 21, При снятии сигнала с первого входа блока 21сигнал на его выходе становится равным нулю. Блок 21 представляет собойстатический триггер, собранный надвух транзисторах, в базовые цепикоторых включены КС-цепочки,Дифференциатор 24 служит для получения производной от выходного сигнала исследуемого объекта, а фиксатор23 нулевого уровня - для определениямоментов перехода выходного сигналадифференциатора 24 через ноль и представляет собой нуль-орган, выполненный на триггере Шмидта.Блоки 9 и 10 памяти идентичны посвоей структуре (фиг. 5) и служатдля запоминания на выходах значенийсигналов, равных значениям коэффициентов а, и а соответственно.Они состоят из блока 25 вычитания, усилителя 28 постоянного тока, на входе которого и в обратнои связи включены одинаковые КС-цепочки, и реле 29, нормально замкнутые контакты которого включены на входе усилителя 28 постоянного токаБлоки 9 и 10 отличаются только коэффициентами передачи блока 25 вычитания.Для блока 9 памяти коэффициенты передачи по первому и второму входам блока 25 вычитания устанавливаются равнымик =- - Ь - , кТ - Т 2 Т - Т1 2 а для блока 10 памяти коэффициенты передачи устанавливаются соответственно2, г т,т 3 Т - Т т т Т - Т 1 г 1 г10 20 Устройство для определения параметров динамического звена второго порядка работает следующим образом,При установке переключателя 17 в первое положение на управляющий вход переключателя 2 поступает сигнал, Переключатель 2 срабатывает и подклю чает второй вход, на который поступает тестовое напряжение с выхода источника 16 тестового напряжения к входу исследуемого объекта 1, Исследуемый объект 1 отрабатывает этот 35сигнал и на его выходе появляется сигнал. Путем изменения коэффициента передачи нормирующего блока 3 сигнал на его выходе устанавливается равным величине сигнала, подаваемого 40 с источника 16 тестового напряжения, Тогда, зная коэффициент передачи блока 3(К ), статический коэффициент передачи исследуемого объекта1 45 К = . При этом коэффициент переммздачи цепи, состоящей из блоков 1 и 3, равен 1.Затем переключатель 17 устанавливается во второе положение, при этом 50 снижается сигнал с третьего входа переключателя 2 и подключает его первый вход, на который поступает произвольный сигнал, к входу исследуемого объекта 1, Одновременно потенциал 55 1 скачком через переключатель 17 подается на вход блока 18 задержки сигнала. При поступлении ступенчатого сигнала на вход реле 30 времени (фиг, 7) открывается первый транзистор 33, конденсатор 34 оказывается подключенным параллельно эмиттернобазовому переходу второго транзистора 33 положительно заряженной обкладкой к базе. Второй транзистор 33 запирается и находится в закрытом состоянии до тех пор, пока конденсатор 34 не разрядится через резистор 35. Когда кончится процесс разрядки конденсатора 34, снова появится базовый ток второго транзистора 33, последний откроется и сигнал на его входе не буцет, Таким образом, задержка времени зависит от величины конденсатора 34 и резистора 35, Включение реле 30 времени совместно с логическими элементами обеслечивает появление сигнала на выходе блока 18 и на кнопке 20 "Отсчет" с запаздыванием на время г, Сигналы с выхода переключателя 2 и масштабного блока 3 поступают на входы преобразователей входного 4 и выходного 5 сигналов соответственно. В результате прохождения этих сигналов через фильтры на первых и вторых выходах блоков 4 и 5 формируются сигналы, равные Ыр , р , которые подаются на1 2соответствующие входы блоков первого 6 и второго 7 делителей разностных сигналов, на третьи входы которых поступает сигнал с выхода нормирующего блока 3.Сигналы на выходах блоков 6 и 7 вычисляются по формулам (2) с учетом равенства К = 1(2)Для предотвращения перегрузок на выходах блоков 6 и 7 в моменты времени, когда У к 0 р, т.е. при делении на малое напряжение, в том числе на ноль, в блок 14 деления введено переменное по уровню ограничение снизу абсолютного значения делителя. Блок 14 работает, как известный блок деления, однако при малых значениях делителя на. вход блока 38 подается напряжение через диоды 43 или 44, знак которого определяется знаком делителя, для чего в блок 14 введена схема 39 сравнения. Резисторы подбираются таким образом, чтобы диоды были заперты до тех пор, пока напряРжение на выходе усилителя 38 неуменьшится до величины, равной 1/Иот текущей величины делимого, гдеМ - максимальное абсолютное значение,частного, соответствующее шкале бло" 5ка 14, При уменьшении делителя одиниз диодов 43 или 44 открывается,напряжение на выходе усилителя 38поддерживается равным Ы д )с 1/И. Придостижении абсолютного значения дели теля до величины 11/К части отабсолютного значения деленного блок14 без переходного процесса продолжает нормальное функционирование.При этом обеспечивается работоспособ ность блока 14 при прохождении делителя через нулевое значение,Сигналы П, и 1) поступают на первый и второй входы блоков памяти 9и 10, где на выходе блока 25 вычитания из них образуются разностные сигналы: для блока 9 Е, = К,В, - К Вдля блока 10 2 = К О, - К В, кото( 1.рые без искажений поступают на выходы блоков 9 и 10 памяти,25Сигнал с выхода нормирующего блока 3 поступает через вход блока 8управления и дифференциатор 24 навход фиксатора 23 нулевого уровня,сигнал на выходе которого скачком ме няется с -11 на +Ц в моменты перехода его входного сигнала через ноль.Сигнал с выхода фиксатора 23 нулевого уровня поступает на нормально разомкнутые контакты реле 22,35При нажатии кнопки 20 "Отсчет"происходит срабатывание реле 22, которое одним своим нормально разомкнутым контактом блокируется, а при замыкании второго сигнала в виде прямоугольных импульсов с выхода фиксатора 23 нулевого уровня подается навход блока 21 формирования сигналауправления блоками памяти. При приходе на второй вход блока 21 первого д 5импульса, он срабатывает и на е.о выходе появляется постоянный по вели.чине сигнал, который поступает наобмотку реле 29. Реле 29 срабатываети размыкает свои нормально замкнутые 50контакты, при этом на выходе усилителя 28 постоянного тока фиксируютсясигналы, которые были на выходахблоков 9 и 10 памяти в момент размыкания контактов реле 29, т,е, в 55момент, когда производная от выходного сигнала равна О. В этот моментсигналы на выходах блоков 9 и 10 памяти равны коэффициентам а и а1в (1), т.е.7 ч =о = а 2 гЧ о = агПри нажатии кнопки 19 "Сброс" сигнал с реле 22 снимается, оно размыкает свои контакты и снимает сигнал с второго входа блока 21 формированчя сигнала управления блоками памяти, кроме того, на его первом входеснимается сигнал, который переводитблок 21 в исходное состояние, Сигналы с выхода блоков 21 и обмотки реле22 снймаются и схема устройства готова к новому определению коэффициентов передаточной функции исследуемого объекта 1, при этом при повторныхОтсчетах выдержка времениот 1сутствует,Таким образом, в устройстве дляопределения параметров динамического звена второго порядка происходитсначала определение статическогокоэффициента усиления К исследуемогообъекта, а затем при произвольномвходном сигнале при одном съеме показаний определяются коэффициенты знаменателя передаточной функции, Приэтом по сравнению с известными устройствами уменьшается время одногоопределения коэффициентов а и а и1 гпоявляется возможность оперативноопределять значения а, и а в любыемоменты времени с последующим осреднением результатов, что повьппаетточность и надежность получаемых результатов и, кроме того позволяетисслецовать объекты с существеннонестационарными параметрами передаточной функции,ф о р м у л а и з обретенияУстройство цля определения параметров динамического звена второго порядка, содержащее переключатель, выход которого служит для подключения к входу динамического звена, первый вход является входом устройства,а второй вход соединен с первым выходом блока управления, и нормирующий блок, вход которого служит для поцключения к выходу динамического звена, а выход подключен к входу преобразователя выходного сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения быстродействия определения параметров передаточнойфункции исследуемого объекта, оносодержит преобразователь входногосигнала, два блока деления разностныхсигналов и два блока памяти, первыевыходы преобразователей входного ивыходного сигналов подключены соответственно к первому и второму входампервого блока деления разностных сиг-налов, вторые входы - соответственно к первому и второму входам второго 10блока деления разностных сигналов,выход которого подключен к первым входам блоков памяти, вторые входыкоторых подключены к выходу первогоблока деления разностных сигналов,а третьи входы - к второму выходублока управления, вход которого подключен к третьим входам блоков деления разностных сигналов и выходу нормирующего блока, а третий выход - ктретьему входу переключателя, выходкоторого подключен к входу преобразователя входного сигнала, выходыблоковпамяти являютсявыходами устройства.