Устройство для определения параметров объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) (gg 4 G 05 В 23/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ описание изопрктпни1 «. ; -- = и вас.скому саидьтельствм (21) 4258365/24-24 (22) 08.06.87 (46) 23.12.88. Бюл, й-. 47 (72) Ю.О. Штеренберг, А.В. Гусев и Б.В. Козловский (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1231489, кл. G 05 В 23/02, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1291932, кл. С 05 В 23/02, 1985.

Авторское свидетельство СССР

В 1228080, кл. G 05 В 23/03, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМКТР0В ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при синусоидальном входном воздействии.

Целью изобретения является повышение точности и устойчивости при одновременном расширении функциональных возможностей устройства. Входной и вы« ходной сигналы объекта 1 подвергаются фильтрации на фильтрах 3, 4, квад" рируются на квадраторах 5, 6 и поступают на входы сумматора 7. При этом отфильтрованный входной сигнал предварительно умножается в блоке 2 умножения на сигнал с выхода интегратора 8 и на блоке 14 умноженияна коэффициент корреляции R ><,(0), вычисленный на корреляторе 13. Благодаря умножению на коэффициент корреляции повышается точность определения коэффициента усиления объекта К, формируемого на выходе интегратора

8, который интегрирует разность квадрированных сигналов, поступающих с выхода сумматора 7. Одновременно с помощью блока t6 обратной пропорциональности, сумматора 17, блока 18 извлечения корня и масштабного усилите- З ля 19 определяется постоянная времени фу объекта T . Регистрация К и Т производится на индикаторах 12 и 21 соответственно в момент, когда среднее с значение разности квадрированных сигналов приближается к нулю. Этот момент фиксируется с помощью блока 9 усреднения, нуль-органа 10, блока

23 управления, ключей 11, 20 ° 3 ил. I446602 2

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам контроля, и может быть использовано в приборах, предназначенных для получения информации о коэффициенте усиления объектов преимущественно первого порядка в системах автоматического контроля, а также в самонастраивающихся системах с настройкой коэффициента усиления.

Целью изобретения является повышение точности и устойчивости при одновременном расширении функциональных возможностей устройства при синусоидальном входном воздействии.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — блок-схема блока управления и временная диаграмма его работы; на фиг. 3 — блок-схема интегратора.

Устройство (фиг. 1) содержит исследуемый объект 1, первый блок 2 умножения, первый фильтр 3, второй фильтр 4, первый 5 и второй 6 квадраторы, первый сумматор 7, интегратор 8, блок 9 усреднения, нуль-орган

10, первый ключ 11, первый индикатор

12, коррелятор 13, второй блок 14 умножения, третий квадратор 15, третий блок 16 вычисления обратно пропорционального значения, второй сумматор 17, блок 18 извлечения квадратного корня, масштабный усилитель

19, второй ключ 20, индикатор 21> второй блок 22 опорного напряжения, блок 23 управления, На блок-схеме блока 23 управления (фиг. 2) обозначены кнопка

"Пуск" 24, кнопка "Нач, сброс" 25, инверторы 26-28, триггер 29, усилитель 30, элемент И 31, одновибратор

32 и элемент ИЛИ 33.

На блок-схеме интегратора 8 .(фиг. 3) обозначены операционный усилитель 34 и реле 35, В качестве исследуемого объекта могут контролироваться различные устройства, объекты и блоки автоматического управления, фильтры, вычислительные и измерительные цепи ста-. тического, астатического или интегродифференцирующего типа.

В качестве фильтра может быть использовано апериодическое звено либо интегродифференцирующее:звено.

Коррелятор измеряет коэффициент корреляции R,,(0) - среднее значение произведения сигналов У, и

2, деленное на произведение их среднеквадратичных значений.

B к"ачестве индикатора ожет быть использован стрелочный или цифровой вольтметр, либо самописец.

Устройство для определения коэффициента усиления объекта работает следующим образом.

Входной синусоидальньп сигнал Х поступает одновременно на исследуемый объект 1 и фильтр 4.

Входной Х и выходной 7 сигналы объектов не обязательно должны asляться соответственно входным и выходным сигналом системы, в которую входит исследуемый объект. Необходима лишь возможность ввода этих сигналов в предлагаемое устройство, работа которого не влияет на функционирование системы, Входной Х и выходной У сигналы объекта фильтруются в фильтрах 3 и 4. Отфильтрованный входной сигнал на блоке 2 умножения умножается на сигнал К с выхода интегратора 8 и на блоке 14 умножения — на коэффициент корреляции R > (0) между сигналами с выходов фильтра 3 и блока 2, который измеряется с помощью коррелятора 13.

Сигналы с выходов фильтра 3 и блока 14 квадрируются на квадраторах 5 и 6 и в виде текущей мощности сигнала поступают на входы сумматора 7. На сумматоре, второй вход которого инвертирующий, формируется разность текущих значений квадратов сигналов.

Эта разность интегрируется интегратором 8 и напряжение на его выходе изменяется до тех пор, пока среднее значение разности не станет равным нулю, т.е. тогда, когда дисперсии сигналов на входе сумматора 7 станут равными. В этот момент, фиксируемый с помощью блока 9 усреднения, нульорганом 10, блоком 23 управления открывается ключ 11 и на индикаторе 12 регистрируется выходное напряжение интегратора 8, как определяемое значение коэффициента усиления объекта

Ко

Для объекта с передаточной функК цией M (P) = --- — —, на входе котороо 7 P+1 о го действует синусоидальный сигнал с з 1446602 частотой Qö, справедливо соотношение

R (1)

1 нЯ „ и коэффициент усиления объекта тождественно равен коэффициенту К „ теоретически при любом значении у„, т,е. К = К „.

Из (1) следует, что определение

R позволяет дополнительно опреде1 < лять постоянную времени объекта То.

Указанная возможность реализована в предлагаемом устройстве с помощью квадратора 15, блока 16 вычисления обратно пропорционального значения, сумматора 17, блока 22 опорного напряжения, блока l8 извлечения квадратного корня и масштабного усилителя 19: на выходе сумматора формируется величина Т И„, а на выходе масштабного усилителя, усиление которо1

ro выбирается равным —, — величина ч

То °

Одновременно с фиксированием величины К блоком 23 управления через управляющий вход открывается ключ 20 и на индикаторе 21 фиксируется величина Т

Точное измерение коэффициента усиления К,.и постоянной времени объекта

То обеспечивается в том случае, если передаточная функция цепи объектфильтр отличается от передаточной функции фильтра 4 на множитель

Ко 1 (скорость изменения К и

Кв 1+Т Р вч

R >, (О) значительно меньше, чем со1 прягающая частота — вЂ, и поэтому т на передаточную функцию сигнала в цепи Х практически не влияет). Поэтому в случае статического объекта оба фильтра реализуются на апериодических звеньях, в случае астатического объекта с передаточной функцией

Ко

Р/1+Т Р/ фильтр 3 реализуется иа интегродифференцирующем звене, а фильтр 4 — на апериодическом, а для интегродифференцирующего объекта фильтр 3 — на апериодическом, а фильтр 4 — на интегродифференцирующем звеньях.

П роцесс управления работой устройства определяется структурой блока

23 управления. B предлагаемом варианте (фиг. 2) после включения пита5 ния устройства нажимается кнопка

25 "Нач. сброс". При этом на выходе инвертора 27 формируется положительный импульс, передний фронт которого, пройдя элемент ИЛИ 32, поступает на вход 2 сброса триггера 29, в результате чего последний устанавливается в определенное (нулевое) состояние, Далее производится подключение устройства к объекту и подача сину" соидального тестового сигнала частоты Я„. После окончания переходных процессов во всех блоках устройства для производства измерения К и Т и о нажимается кнопка "Пуск" 24. Передний фронт положительного импульса на выходе инвертора 26 перебрасывает триггер 29 в единичное состояние. При этом на вход 2 элемента И 31 посту25 пает единичное напряжение и с помощью усилителя 30 по входу 1 блока 23 включается реле 35 интегратора 8 (фиг. 3). Реле 35 переключает интегратор из исходного положения в полоЗО жение "Работа" и интегратор начинает интегрировать сформированное на его входе напряжение.

После срабатывания нуль-органа 10 (достижение равенства дисперсий сигналов обоих каналов) на первый вход .

35 элемента И 31 также поступает единичное напряжение, которое проходит на выход элемента и запускает одновибратор 32. Сигнал на выходе одновибратора через второй выход блока 23 открывает ключи 11 и 20 и на индикато" ры "2 и 21 поступают напряжения, пропорциональные соответственно К и Т .

Одновибратор держит ключи в открытом

45 состоянии заданное время, необхо" имое для регистрации информации, поле чего он сбрасывается. Задний фронт сигнала одновибратора после прохождения инвертора 28 и элемента ИЛИ 33

50 сбрасывает триггер 29 в нулевое состояние и приводит интегратор 8 в исходное положение. Для производства последующего измерения необходимо нажать кнопку 24 и т.д.

При укаэанном режиме работы устройства исключена возможность его ложных срабатываний как в момент его включения, так и при повторных прохождениях разности дисперсий (напри5 144 мер, в результате шумов или помех) через нулевой уровень.

Таким образом, измерение коэффициента корреляции между отфильтрованными сигналами на входе и выходе объекта К, (О) и умножение сигнала s цепи входного сигнала объекта на этот коэффициент позволяет компенсировать ошибку измерения коэффициента усиления при синусоидальном входном сигнале, связанную с неучетом динамических свойств исследуемого объекта. Благодаря измерению К, расширены функциональные возможности устройства - одновременно с коэффициентом усиления объекта определяется его постоянная времени.

Кроме того, структура предлагаемого устройства позволяет повысить устойчивость устройства и расширить класс исследуемых объектов.

Указанные преимущества важны для систем автоматического контроля со строго лимитированным временем контроля.

Формула изобретения

Устройство для определения параметров объекта, содержащее первый сумматор, первый вход которого через

-последовательно соединенные первые фильтр и квадратор подключен к выходу объекта, второй фильтр и второй квадратор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, первый блок умножения, первый вход которого соецинен с выходом интегратора и с информационным входом первого ключа, выход которого соединен с входом первого индикатора, к выходу сумматора подключены последовательно соединенные блоки усреднения и нуль6602. 6, орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, устойчивости и расширения функциональных возможностей устройстьа при синусоидальном входном воздействии за счет определения постоянных времени объекта, в него введены второй блок умножения, коррелятор, третий квад10 ратор второй сумматор, блок опорного

У напряжения, блок вычисления обратно. пропорционального значения, блок извлечения квадратного корня, масштабный усилитель, второй ключ и второй

15 индикатор, блок управления, первый вход второго блока умножения через второй фильтр подключен к входу объекта, первый вход коррелятора соединен с выходом первого и с первым вхо20 дом второго блока умножения, второй вход коррелятора соединен с вьгходом первого фильтра, а выход — с вторым входом второго блока умножения и с входом третьего квадратора, выход второго блока умножения подключен к входу второго квадратора, выход третьего квадратора через блок вычисления обратно пропорционального значения соединен с первым входом

ЗО второго сумматора, второй вход которого соединен с блоком опорного напряжения, выход второго сумматора через блок извлечения корня и масштабный усилитель подключен к информационному входу второго ключа, выход

З5 которого соединен с входом второго индикатора, а управляющий вход — с управляющим входом первого ключа и с вторым выходом блока управления, вход которого соединен с выходом нуль-ор1а гана, а первый выход — с управляющим входом интегратора, информационный вход которого подключен к выходу первого сумматора.

1446602

ФжХ .

Составитель А. Лащев

Техред И. Верес. Корректор В. Вутяга

Редактор А. Ворович

Тирах 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6745/52

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4