Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ОЦЕНКИ АМПЛИТУДНОЙ И ФАЗОВОЙ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ - Патент РФ 2191420
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОЦЕНКИ АМПЛИТУДНОЙ И ФАЗОВОЙ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
СПОСОБ ОЦЕНКИ АМПЛИТУДНОЙ И ФАЗОВОЙ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

СПОСОБ ОЦЕНКИ АМПЛИТУДНОЙ И ФАЗОВОЙ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для оценки частотных характеристик систем управления. Технический результат заключается в повышении быстродействия оценки частотных характеристик инерционных систем управления. Сущность предлагаемого способа: задание системе управления за счет установления в ней соответствующих начальных условий собственной запасенной энергии, которая при возбуждении системы гармоническим сигнальным воздействием компенсирует в выходном сигнале переходную составляющую, что делает возможным наблюдение сразу же вынужденного гармонического колебания на выходе системы, амплитуда и фаза которого являются искомыми параметрами.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2191420
Класс(ы) патента: G05B23/02
Номер заявки: 2000126007/09
Дата подачи заявки: 18.10.2000
Дата публикации: 20.10.2002
Заявитель(и): Военная академия ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого
Автор(ы): Утробин Г.Ф.
Патентообладатель(и): Военная академия ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого
Описание изобретения: Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для оценки частотных характеристик систем управления.
Известен способ измерения частотных характеристик по зарегистрированным колебаниям на входе и выходе исследуемого объекта (Вавилов А.А., Солодовников А. И. Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, с.96.). Реализован он с помощью использования источника синусоидальных колебаний и записывающего устройства, регистрирующего в виде графиков на бумаге или в виде осциллограмм колебаний с выхода и входа исследуемой системы.
Недостатком данного способа являются достаточно большое время, необходимое для определения частотных характеристик, и неудобство, связанное с аналитической обработкой результатов, полученных в виде графиков (там же, с. 100).
Известен также способ определения частотных характеристик, основанный на Фурье-преобразовании с измерением вещественной и мнимой составляющих частотных характеристик исследуемой системы управления (там же, с.107).
Недостатком данного способа является сравнительно низкое быстродействие, вызванное необходимостью последовательного измерения вещественной и мнимой составляющих частотной характеристик.
Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки частотных характеристик систем управления с помощью воздействия на нее на время эксперимента сигнала специального генератора синусоидальных колебаний (Автоматизация настройки систем управления. Под ред. Ротача В.Я. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.96).
Генератор вырабатывает сигнал вида
XBX(t) = Asinωt.
В качестве регистрируемого выходного сигнала системы выбирается установившееся изменение регулируемой величины
XВЫХ(t) = AВЫХsin(ωt+ψ),
тогда в результате эксперимента будет получен вектор частотной характеристики системы
Ф(jω) = (AВЫХ/ABX)ejψ.
Сущность способа состоит в следующем.
На время сеанса измерения ординат амплитудной и фазовой характеристик системы на заданной частоте к системе управления, с установленными в ней нулевыми начальными условиями, подключают генератор синусоидальных колебаний единичной амплитуды и заданной частоты, ожидают установившийся режим вынужденного выходного гармонического сигнала, неоднократно измеряют его амплитуду и фазу и затем усредняют их.
Способ имеет существенный недостаток - низкое быстродействие, обусловленное необходимостью ожидания установившегося гармонического режима на выходе инерционных систем. Кроме того, по этой причине ни один из способов не позволяет оценить частотные характеристики систем, находящихся на апериодической или колебательной границах устойчивости, и тем более неустойчивых систем.
Цель изобретения - увеличение быстродействия оценки частотных характеристик инерционных систем управления и расширения его возможностей за счет расширения возможностей оценки частотных характеристик находящихся на границе устойчивости и неустойчивых систем.
Указанная цель достигается тем, что на каждом сеансе измерения ординат амплитудной и фазовой характеристик системы на заданной частоте измеряют первый экстремум выходного сигнала и первый временной угол (фазовый сдвиг) между выходным и входным сигналами исследуемой системы, прерывают сигнальное воздействие и останавливают систему, из значения измеренного первого экстремума выходного сигнала и первого измеренного временного угла (фазового сдвига) вычитают соответствующие значения этих же величин на предыдущей процедуре измерения, причем на первой итерации вычитают нулевые значения, модули полученных значений сравнивают с допустимыми значениями и при превышении допуска хотя бы одного из параметров вычисляют на основе текущих измерений экстремума и временного угла новые начальные условия для системы, устанавливают их в ней и снова подключают генератор синусоидальных колебаний единичной амплитуды и заданной частоты, после выполнения обоих неравенств сеанс измерений частотных характеристик на заданной частоте останавливают, в качестве измеренных ординат амплитудной и фазовой характеристик исследуемой системы выбирают соответственно измерения на последней итерации первого экстремума и первого временного угла (фазового сдвига) между выходным и входным сигналами системы.
Сущность предлагаемого способа оценки частотных характеристик заключается в задании системе управления за счет установления в ней соответствующих начальных условий собственной запасенной энергии, которая при возбуждении системы гармоническим сигнальным воздействием компенсирует в выходном сигнале переходную составляющую, что делает возможным наблюдение сразу же вынужденного гармонического колебания на выходе системы, амплитуда и фаза которого являются искомыми параметрами.
Анализ научно-технической литературы показал, что до даты подачи заявки отсутствовали способы оценки амплитудной и фазовой частотных характеристик систем управления с указанной совокупностью признаков. Следовательно, предложенный способ отвечает требованиям новизны.
Кроме того, требуемый результат достигается вновь введенной совокупностью существенных признаков, что соответствует критерию "изобретательский уровень".
Способ реализуется следующим образом. При воздействии на исследуемую систему сигналом вида
XBX(t) = sinω0t,
сигнал на выходе будет иметь вид
ХВых(t) = XВ(t) = XB(t)+ХС(t)+ХП(t), (1)
где ХВ(t) - вынужденная составляющая выходного сигнала;
ХС(t) - составляющая, характеризующая собственное движение системы и зависящая от начальных условий;
Хп (t) - переходная составляющая.
Вынужденная составляющая Хв(t) по виду повторяет входной сигнал и отличается величиной амплитуды AВЫХ0), а также сдвинута по фазе на некоторый временной угол ψ(ω0):
XB(t) = AВЫХ0)sin(ω0t+ψ(ω0)), (2)
где AВЫХ0) и ψ(ω0) - измеряемые ординаты амплитудной и фазовой характеристик системы на заданной частоте ω0.
Собственное движение описывается выражением

где Ci и Cjk - константы интегрирования, зависящие от начальных условий;
Pi - некратные корни характеристического уравнения;
pjk - кратные корни характеристического уравнения;
r - количество некратных корней;
m - количество кратных корней;
νк - кратность корня.
Порядок дифференциального уравнения, описывающего исследуемую систему, равен (r+m(νк)).
При нулевых начальных условиях собственное движение отсутствует. Переходная составляющая Хп(t) характеризует инерционные свойства системы и описывается выражением вида (3):

Однако константы интегрирования Ci* и Сjk * в выражении (4) зависят от вида входного сигнала. Таким образом, если задать начальные условия системе такие, что Сi=-Ci* и Cjk=-Сjk* (i=1,r; j=0, νк; k=1,m), то, воздействуя на систему гармоническим сигналом вх(t) =sinω0t, на выходе ее сразу же получим XB(t) (2). Из анализа выражений (1) и (2) следует, что для компенсации переходной составляющей необходимо задать следующие начальные условия:
XВЫХ(0) = AВЫХ0)sin(ψ(ω0)),
d/dt(XВЫХ)(0) = AВЫХ00cos(ψ(ω0)),
d2/dt2(XВЫХ)(0) = -AВЫХ020sin(ψ(ω0)), (5)
d3/dt3(XВЫХ)(0) = -AВЫХ030cos(ψ(ω0)),
. . . . . . . . . . .

Знак в последнем выражении и вид тригонометрической функции зависит от порядка дифференциального уравнения. Соотношения (5) обеспечивают равенства:
C1=-Ci* и Сjk=-Cjk*, (i=1,r; j=0, νк, k=1,m),
а значит и компенсацию переходной составляющей. В силу того, что Авых и ψ(ω0) заранее неизвестны, поэтому в предлагаемом способе применена итерационная процедура на сеансе измерения, где в качестве первых приближений Авых и используются измерения первого экстремума выходного сигнала и первого временного угла между выходным и входным сигналами.
Формула изобретения: Способ оценки амплитудной и фазовой частотных характеристик непрерывной системы управления с помощью сигнального воздействия, состоящий в подключении на время сеанса измерения ординат амплитудной и фазовой характеристик системы на заданной частоте к системе управления с установленными в ней нулевыми начальными условиями генератора синусоидальных колебаний единичной амплитуды и заданной частоты, отличающийся тем, что на каждом сеансе измерения ординат амплитудной и фазовой характеристик системы на заданной частоте измеряют первый экстремум выходного сигнала и первый временной угол между выходным и входным сигналами исследуемой системы, прерывают сигнальное воздействие и останавливают систему, из значения измеренного первого экстремума выходного сигнала и первого измеренного временного угла вычитают соответствующие значения этих же величин на предыдущей процедуре измерения, причем на первой итерации вычитают нулевые значения, абсолютные величины полученных значений сравнивают с допустимыми значениями и при превышении допуска хотя бы для одного из параметров вычисляют на основе текущих измерений экстремума и временного угла новые начальные условия для системы, устанавливают их в ней и снова подключают генератор синусоидальных колебаний единичной амплитуды и заданной частоты, после выполнения обоих неравенств сеанс измерений частотных характеристик на заданной частоте останавливают, в качестве измеренных ординат амплитудной и фазовой характеристик исследуемой системы выбирают соответственно измерения на последней итерации первого экстремума и первого временного угла между выходным и входным сигналами системы.