Устройство для определения передаточной функции динамического звена

(51)4 С 05 В 23/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН д ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я КО Бюл. У 39ий политехнический етельство СССР 3 В 23/02, 1981, с ельство СССРЦ В 23/02, 1986. д аммируемый р троника - К 1-20, т е и инструкция л 13 035 008 ТО,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) Авторское свидВ 877478, кл. С 05Авторское свидеВ 1262454, кл. С 0Контроллер прогуниверсальный. ЗлеТехническое описанпо зксплуатации И1981.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ДИНАИИЧЕС ГО ЗВЕНА(57) Изобретение относится к автоматическому управлению и позволяет определить параметры передаточных функций динамических звеньев, например лектронных корректирующих блоков истем автоматического управления. ель изобретения - повьппение быстроействия и упрощение устройства. Устойство содержит управляемый генераор 1 тестовых сигналов, управяемый генератор 2 импульсов, риггер 3, делитель 4 частоты, аналого-цифровой преобразователь 5, на143 каплинающий сумматор 6, управляющевычислительный блок 7, входную 8 и выходную 9 клеммы, В процессе работы устройства упранляюще-вычислительный блок обеспечивает циклическую установку триггера н единичное состояние, чем создается возможность подачи на вход исследуемого динамического звена единичного управляющего сигнала и измерение ординаты его переход,;ной функции в момент формирования им" пульса на выходе управляемого генератора импульсов, интервалы между кото" рыми распределены по показательному 2466закону, Этим обеспечивается сброс триггера в исходное состояние с последующим снятием единичного управляющего сигнала с входа динамическогозвена и формированием временного интервала, достаточного для установления начальных условий, после чего установка триггера в единичное состояние означает начало нового измерительного цикла. Искомая передаточная функция вычисляется как зависимость от мнимой величины с коэффициентом, обратнымматематическому ожиданио измерительных интервалов. 4 ил, Изобретение относится к антомати 1 ческому управлению и может быть ис, пользовано для определения передаточ,ных функций динамических звеньев, например, электронных корректирующих 5блоков систем автоматического управления электроприводами.Цель изобретения - повьппение быстродействия и упрощение устройства,На фиг. 1 приведена структурнаясхема предлагаемого устройства; наФиг. 2 - структурная схема управляюще-вычислительного , блока; наФиг. 3 - блок-схема алгоритма измерения среднего значения ординатпереходной функции; на фиг. 4 - блоксхема алгоритма вычисления коэффициентов.Устройство для определения, передаточной функции динамического звена фиг. 1) содержит управляемый,генератор 1 тестовых сигналов, управляемый генератор 2 импульсов, триггер 3, делитель 4 частоты, аналогоцифровой преобразователь 5, накап"ливающий сумматор 6, управляюще-нычислительный блок 7, выходную 8 и входную 9 клеммы,Сущность управления генератора 1тестовых сигналов состоит в том, чтоЗОсигнал 1 (с.) на его выходе Формируется во время воздействия на его управляющий вход сигнала логической"1". Управление триггеров 3 осуществляется в моменты отрицательных перепадов сигналов на его входах. За" пись информации и накапливающий сумматор 6 осуществляется при отрицательном перепаде сигнала на его входе синхронизации, Управление работойблока 7 производится под воздействием положительных перепадов сигналонна его входах управления, а установка начального (нулевого) состояниятриггера 3, делителя 4 частоты и накапливающего сумматора 6 обеспечивается подачей на их входы установкиначальных условий сигнала низкогологического уровня,В качестве управляюще-вычислительного блока 7 использован стандартныйконтроллер (фиг. 2), Управляюще-вычислительный блок содержит группувыходов 10, первый 11 и второй 12выходы, информационные входы 13,первый вход 14 управления, второйвход 15 управления, центральный процессор 16, тактовый генератор 17,системный контроллер 18, интерфейсный буфер 19 адреса, интерфейсныйбуфер 20 данных, селекторы 21 и 22адреса, устройства 23 и 24 памяти,таймер 25, устройства 26 параллельного ввода - вывода, буферные элементы 27 интерфейса ввода - вывода,контроллер 28 прерываний, буфер 29адреса, буферы 30-33 данных нулы 34. В качестве группы выходов 10управляюще-вычислительного блока 7использованы выходы буферных злементон канала А устройства 26 параллельного ввода - вывода, работающихв режиме "Вьвод". Адреса передачиданных: Г 4 ; младший байт, ГО - старший байт,Первым выходом 11 управляюще-вы 5числительного блока 7 является вькодтаймера 25, в качестве второго выхода 12 использован младший разряд канала С буферного элемента 27 устройства 26 параллельного вводя - вывода с адресом Гб,Информационными входами управляюще-вычислительного блокаявляютсявходы 13 буферных элементов 27 каналов В устройств 26 ввода - вывода, 15работающих на ввод данных с: адресами:Г 5 " младший байт, Г встарший байт.Первым входом управления блока 7является вход 14 контроллера 28 прерываний, обладающий приоритетом 2. 2 ОВторым входом управления управляющевычислительного блока 7 является вход15 контроллера 28 прерывания, обладающий приоритетом 3.Устройство работает следующим 25образом.В процессе подготовки устройствак работе вход исследуемого динамического звена подключают к выходнойклемме 8, а его выход - к входной 3 Оклемме 9 и устанавливают заданныйуровень сигнала 1(й) на выходе управляемого генератора 1 тестовых сиг, налов, В память управляюще-вычислительного блока 7 записывает значениядвоичных кодовых комбинаций, соответствующих заданным значениям математических ожиданий частот следованияимпульсов на выходе управляемого генератора 2 импульсов а также двоичного кодового сигналй, определяющегоинтервал времени Т, достаточный дляустановления на вькоде исследуемогодинамического звена начальных условий после снятия сигнала 1 с еговыхода.Двоичная кодовая комбинация, соответствующая первому значению математического ожидания частот следования импульсов, с первых выходов управляющего-вычислительного блока 7 50поступает на соответствующие входыуправляемого генератора 2 импульсов.Затем на третьем вькоде управляюще"вычислительного блока 7 формируетсяотрицательный импульс, устанавливающий триггер 3, делитель 4 частоты инакапливающий сумматор 6 в исходноесостояние При этом на первом выходе триггера 3, выходах делителя 4 частоты и накапливающего сумматора 6формируются сигналы логического нуля. По окончании импульса на третьем выходе управляюще"вычислительного блока 7 устанавливается сигнал логичес" кой "1", после чего отрицательный импульс формируется на его втором выходе. В результате триггер 3 устанавливается в , что полагает начало измерительного цикла.Появление сигнала логической "1" на первом выходе триггера 3, подключенном к входу управления генератора 1 тестовых сигналов, обеспечивает формирование на выходе последнего сигнала 1(С), поступающего на вход исследуемого динамического звена, На выходе динамического звена формируется сигнал, соответствующий его переходной функции У(С), который будучи пропорционально преобразованным в двоичные кодовые комбинации Е, поступает с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 на входы накапливающего сумматора 6Случайный импульс, сформированный на выходе управляемого генератора 2 через время , после подачи сигнала 1(й) на вход динамического звена, возвращает триггер 3 в исходное состояние. Отрицательный перепад сигнала на первом выходе триггера 3 приводит к увеличению на единицу содержимого делителя 4 частоты и записи в накапливающий сумматор 6 двоичного сигнал Е соответствующего текущему значению переходной функции У(С) в моментГот начала подачи управляющего сигнала 1(г) . Одновременно положительный перепад сигнала на втором выходе триггера 3 воздействует на второй вход управления управляющевычислительного блока 7, инициируя . формирование на его втором выходе положительного импульса длительностью Т.Поскольку воздействие на вход управления генератбра 1 тестовых сигна-. лов сигнала логического нуля с.первого выхода триггера 3 приводит к запрету формирования управляющего сигнала 1, за время Т сигнал на выходе исследуемого динамического звена принимает нулевое значение, По истечению времени Т на втором выхо" де управляюще-вычислительного блока 7 формируется отрицательный им(2) 5 14324 пульс, вновь устанавливающий триггер 3 в единичное состояние, Этим обеспечивается следующий цикл подачи На вход исследуемого динамического5 анена управляющего сигнала (1) . В момент возврата триггера 3 и исходНое состояние по приходу очередного "лучайного импульса с выхода управляемого генератора 2 импульсов осуществляются очередное увеличение на единицу содержимого делителя 4 часоты, запись н накапливающий суммаор 6 соответствующего значения двоного эквиналента 2(С) переходной ункции У(С) в момент С = 6 и запет формирования 1 на выходе геератора 1 тестовых сигналов. В этих словиях на выходе накапливающего умматора б формируется двоичный сиг- нал В то же время на втором выходеравляюще-вычислительного блока 7 новь формируется положительный имульс, обеспечивающий задержку ща ремЫ Т очередной установки триггера 3 в единичное состояние, и т.д,Таким образом, в процессе работы устройства на выходе накапливающего сумматора 6 формируется двоичный сигнал 66 6ляюще-вычислительного блока 7 обеспечивается обнуление накапливающего сумматора 6 и делителя 4 частоты (триггер 3 уже обнулен сигналом с выхода генератора 2). После этого устройство произнодит серию из двух измерений ординат переходной функции динамического звена, в результате чего новое значение усредненного двоичного сигнала записывается в память управляюще-нь 1 числительного блока 7, и т,д,После того, как произведены нсе псерий измерений при соответствующихзначениях математического ожиданиячастот , следования случайных импульсов, управляюще-вычислительныйблок вычисляет коэффициенты функцийР(м)(ь 3аппроксимирующей полученную табличную зависимость 2(со).При достаточно больших значенияхИ = 2" числа измерений н. серии среднее значение измеряемых ординат У;(С)сигналов на выходе динамическогозвена равно математическому ожиданию непрерывной случайной величины,которой в рассматриваемом случае является фиксируемая в каждом циклеподачи управляющего сигнала 1(1) ордината У переходной функции, Математическое ожидание результата измерения может быть представлено в виде(4) поэтому усредненное значение ординат У;(",), измеренных при постоянстве математического ожидания интервалов М = ы = сопзй, может бытьпредставлено выражением где Б - число срабатывания тригге"ра 3.40После того, как число срабатываний триггера 3 составит 2 " О. - разряд ность делителя 4 частоты), на выходе делителя 4 частоты формируется сигнал нысокого логического уровня, по которому содержимое М. старших раз 45 рядов накапливающего сумматора 6 записывается в память управляюще-вычислительного блока 7. После этого последний устанавливает на управляющих входах генератора 2 импульсов новый двоичный кодовый сигнал, обеспечивающий формирование на его выходе случайного импульсного потока с математическим ожиданием частоты следования импульсов мДля проведения новой серии. измерений 2 при ы= о отрицательным Импульсом на третьем выходе управгде Й(й) - плотность распределениявероятности интерваловмежду подачей единичногоуправляющего сигнала и моментом измерения;У(С) - текущее значение переходной функции исследуемогодинамического звена,При показательном законе распределения интервалов между импульсами на ныходе генератора 2 плотность распределения вероятностей раннаХ(с) = ь 1 е, (5)14324 Ю)7):м 1 Те" д, (6)оПо определению передаточная функция Ч(Б) динамического звена связана 5 со значениями его переходной функции У(С) преобразованиемк(Я) = Б т(с)е ас. (7)10Совокупность точек У. (ы), полученных в результате проведения серий измерений при различных значениях математического ожидания интервалов М, = ы ., принадлежит функции У(сг)фявляющейся решением интеграла (6) . В свою очередь, последний по виду полностью совпадает с записью интегрального преобразования (7), опреде ляющего значения передаточной функции динамического звена. Следовательно, параметры функции(8) аппроксимирующей полученную табличную зависимость Е (ы), являющуюся конкретным представлением У Ь), однозначно соответствуют искомьщ.При определении коэффициентов передаточной функции динамических зве-, ньев с априорно известным видом И(Я) отдельно выделены звенья И(Б) = ------- . (9) 35КнП (Т 8+1). В этом случае при вычислении коэффициентов системы методом наименьших квадратов принимаюте (ы;) = е Ьо.), (1 О) после чего указанным методом находят коэффициенты полинома Р (м), причем в рассматриваемых условиях 40 Таким образом, постоянные времени Т л равны по величине значениям, обратным корням характеристического .уравнения Р (ы) = О, а коэффициентНпередачи К; - Р;, Па, что сви 55 детельствует о резком сокращении выполняемых вычислительных операций.В условиях, когда вид И(Я) неизвестен либо определен частично, уп 6 б 8равляюще-вычислительный блок 7 осуществляет перебор вариантов пошаговым увеличением порядка синтезпруемых многочленов. Критерием завершения итерационного процесса является удовлетворение заданного уровня погрешности; Р,У1:оПри этом таблица эксперименталь" ных данных 7,(ы ) интерполируется, полиномом Р(и) степени не выше седьмой, что обеспечивает поиск в широком диапазоне,. достаточном для бсльшинства практических случаев,Формула изобретенияУстройство для определения передаточной функции динамического звена,содержащее выходную клемму для подключения к входу исследуемого звена,входную клемму для соединения с выходом исследуемого звена, подключенную к вхопу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами накапливающего суммато,ра, соединенного выходами с соответствующими информационными входами управляюще"вычислительного блока,группа выходов которого соединена свходами управляемого генератора жпульсов, выход которого соединен спервым входом триггера, первый выходкоторого соединен с входом синхрони-.зации накапливающего сумматора ивходом делителя частоты, выход которого соединен с первым входом управления управляюще-вычислительного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в неговведен управляемый генератор тестовых сигналов, выход которого соединен с выходной клеммой устройства, авход управления подключен к первомувыходу триггера, второй выход которого соединен с вторым входом управле;,ия управляюще-вычислительногоблока, первый выход которого соединен с вторым входом триггера, входсброса которого соединен с гходамиустановки начальных условий делителя частоты и накапливающего сумматора и вторым выходом управляюще-вычис;лительного блока, 14324 бб1432466 идО М/(5)/(/)(7 а 5 ф/)л 1 й /ц): ф й (м/) Расчет козррис/центод екдцйментноцюег сч е оклной 1 орокИ дачцглнце орней система нетодон о 0 ра тнойподстоноо оид м(5) к ю (т 5+/) л/оичисдение корнец аровтеОистииесного црабнения Рки О 7,/О/ К РкО/а / кн ыт:/ак/, т /а / к,Ф. о/ае//Ю /а/ сл Ф ф КонеЧ Составитель А, ЛащевТехред Л.Сердюкова Корректор М. Васильева Редактор И. Горная Тираж 866 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5,л(; )й(к/)ца" О.к ро кнориленой 1 исюнлне)ада наин. кЮодре Расчст коэррцццсн ецкгцной сцстет ф л Ф Ф Р Е Рв(/фЕсоюл)д 3. фф .о лл олиис//ение корнецсороктеристциегмицраоненцйсЕфим:О; аок л1 л ЕОУ 4ле/