Системы автоматизированного проектирования и мониторинга состояния элементов газонефтепроводов. Учебно-методическое пособие

2. ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ

Врамках данного задания требуется вычислить выходной сигнал, генерируемый пассивной линейной схемой в измерительной цепи системы автоматики контроля состояния узлов и агрегатов системы нефте- и теплогазоснабжения.

Важно подчеркнуть, что входящий сигнал представляет собой заданную периодическую последовательность импульсов. Выходной сигнал схемы необходимо установить двумя способами: во временной области и в частотной области. Для достижения этой цели необходимо определить как спектральные параметры входного сигнала, так и частотные характеристики самой схемы.

На основе полученных характеристик требуется установить спектральные параметры выходного сигнала, а затем, используя их, восстановить временную зависимость выходного сигнала.

Врамках расчетной работы также проводится анализ временных характеристик схемы и устанавливается взаимосвязь с её частотными характеристиками. Выходной сигнал схемы при воздействии периодической последовательности прямоугольных импульсов определяется методом временного анализа.

Студенты выполняют расчётную работу по своим индивидуальным заданиям, которые различаются между собой схемами цепей и действующими на них сигналами.

Обобщенная схема (рис. 2.1) и табл. 2.1 с параметрами цепи и параметрами входных сигналов являются исходными данными для выполняемого расчета пассивной цепи теплогазоснабжения.

Втабл. 2.1 указан характер сопротивлений Z1, Z2 ,…,Z5 , , а также

приведены значения параметров элементов обобщенной пассивной схемы для различных вариантов, R указано в омах, L – в микрогенри, С – в нанофарадах.

Временная диаграмма сигнала, приложенного к цепи, приведена на рис. 2.2. Входной сигнал f1(t) может быть как u1(t), так і i1(t).

11

Рис. 2.1. Обобщённая схема пассивной цепи

Рис. 2.2. Обобщённая временная диаграмма входного сигнала

Рис. 2.3. Временная диаграмма последовательности прямоугольных импульсов

12

В табл. 2.1 приведены числовые значения уровней А, В, …, а также временные интервалы входного сигнала.

Для f1(t) = u1(t) уровни А, В, … указаны в вольтах, а для f1(t)= i1(t) – в миллиамперах. Вид входного импульсного сигнала изменяется в зависимости от числовых значений уровней и временных интервалов. Продолжительность импульса u, а также t1 – указаны в микросекундах, а период Т – в миллисекундах.

Временная диаграмма периодической последовательности прямоугольных импульсов приведена на рис. 2.3. Значения t1, u, Т необходимо взять из табл. 2.1. Амплитуду импульсов Н положить равной А, если А = 0, то Н = В. Для f1(t) = u1(t) уровень Н соответствует вольтам, для f1(t) = і1(t) – миллиамперам.

1.1. Порядок выполнения контрольной работы

Этапы расчётной работы целесообразно выполнять в следующей последовательности:

–начертить схему цепи для своего варианта. Затем необходимо найти комплексный коэффициент передачи цепи (отклик и входной сигнал заданы в табл. 2.1);

–найти аналитическое выражение фазо-частотной и амплитудночастотной характеристик цепи;

–рассчитать АЧХ и ФЧХ и построить графики для двух значений

параметра R i R , заданных в табл. 1.1, определить полосу пропускания;

– создать временную диаграмму для заданного входного сигнала, следуя указаниям, представленным на рис. 2.2 и в табл. 2.1. Определить границы периода повторяющейся последовательности импульсов. Вычислить и

спектральный метод анализа. Рассчитать и построить спектры амплитуд Anвих и

фаз nвих для n гармоник выходного сигнала. Рассчитать отклик,

аппроксимируя его n гармониками. Построить временную диаграмму отклика;

–найти аналитическое выражение временных характеристик цепи;

–рассчитать временные характеристики и построить их графики для двух значений параметра R и R , определить постоянную времени цепи. Установить связь между предельными значениями частотных и временных характеристик, а также между полосой пропускания и постоянным временем цепи;

- определить временную реакцию цепи на периодический ряд прямоугольных импульсов (согласно рис. 2.3) для заданного значения параметра, визуализировать результат в виде графика.

13

14

Продолжение табл. 2.1

15

Продолжение табл. 2.1

16

Продолжение табл. 2.1