專利名稱：動態(tài)信號分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種動態(tài)信號分析儀，屬于對控制系統(tǒng)動態(tài)信號測試分析儀器的改進(jìn)。
傳統(tǒng)的測試控制系統(tǒng)動態(tài)信號的分析儀，一般以硬件實現(xiàn)其功能。即使是傳統(tǒng)智能型的動態(tài)信號分析儀，也是一種基于硬件的數(shù)字式專用設(shè)備，不能擺脫單臺式，獨立使用，手動操作的模式。并且，由于控制系統(tǒng)動態(tài)信號的測試、分析比較復(fù)雜，因此，其儀器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積龐大，價格昂貴。受硬件結(jié)構(gòu)的限制，數(shù)據(jù)存儲和處理不靈活。
本實用新型的目的在于提供一種基于計算機(jī)的數(shù)據(jù)存儲和處理簡潔、靈活的虛擬動態(tài)信號分析儀。
本實用新型的目的可通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)動態(tài)信號分析儀包括計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，計算機(jī)通過ISA總線連接數(shù)據(jù)采集卡的ispLSI器件，ispLSI器件中的總線驅(qū)動器連接將計算機(jī)輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為正弦波的D/A，D/A輸出通過加法器直接連接到輸入接口，并通過A/D和數(shù)據(jù)多路器連接到計算機(jī)；D/A輸出的另一端接到被測系統(tǒng)的輸入端，被測系統(tǒng)的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡的另一路輸入接口以及A/D、數(shù)據(jù)多路器連接到計算機(jī)。
本實用新型也可通過以下技術(shù)路線實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的加法器的放大器U1(AD711)正輸入端輸入電阻R2在測試被測系統(tǒng)的頻響特性時接地；在測試被測閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)特性時，接入被測系統(tǒng)的反饋輸出端。
本實用新型對比于已有技術(shù)有以下優(yōu)點由于本實用新型采取在通用計算機(jī)上以軟件方式產(chǎn)生動態(tài)信號分析儀所必需的掃頻正弦信號，并以軟件的方式完成輸入輸出兩路時域信號的數(shù)據(jù)比較分析，因此使單獨用于該分析儀的硬件結(jié)構(gòu)大為減少。并且，由于本實用新型是一種基于計算機(jī)的開放系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)存儲量只受計算機(jī)硬盤大小的限制，數(shù)據(jù)的圖形輸出可利用計算機(jī)的監(jiān)視器及打印機(jī)接口，輸出非常靈活，并可方便地同時同外設(shè)，網(wǎng)絡(luò)及其它應(yīng)用連接，可重復(fù)利用。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。


圖1為本實用新型實施例的系統(tǒng)連接框圖。
圖2是本實用新型實施例數(shù)據(jù)采集卡的原理框圖。
圖3是本實用新型實施例組成數(shù)據(jù)采集卡的加法器的原理圖。
圖4是本實用新型實施例的頻響分析程序工作的流程圖。
圖5是本實用新型實施例的頻譜分析程序工作的流程圖。
如圖1所示，本實用新型由數(shù)據(jù)采集卡(3)通過ISA總線(2)連接通用的計算機(jī)(1)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集卡(3)同時連接被測系統(tǒng)(4)的輸入端(5)和輸出端(6)以及反饋輸出端(18)。
如圖2所示，數(shù)據(jù)采集卡(3)的ispLSI器件(7)與計算機(jī)的ISA總線(2)相連。ispLSI器件中的總線驅(qū)動器模塊(8)連接將計算機(jī)輸出轉(zhuǎn)換方正弦波的D/A(15)，D/A(15)的輸出連接到被測系統(tǒng)(4)的輸入端(5)，并通過加法器(17)連接到數(shù)據(jù)采集卡(3)的一路輸入接口(14)。
計算機(jī)(1)通過ispLSI器件(7)的數(shù)據(jù)多路器(12)連接A/D(13)，A/D(13)連接輸入接口(14)。
ispLSI器件(7)的另一路數(shù)據(jù)多路器(9)另一路A/D(10)連接，A/D(10)經(jīng)另一路輸入接口(11)連接到被測系統(tǒng)(4)的輸出端(6)。
本實用新型的軟件分為四大模塊主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，頻響分析模塊，頻譜分析模塊。其工作流程圖見圖4。程序開始，進(jìn)入主控模塊，完成數(shù)據(jù)采集卡的初始化。然后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模塊，程序通過人機(jī)界面接收設(shè)置的參數(shù)。并根據(jù)設(shè)置的參數(shù)計算出可編程定時器(16)對應(yīng)每個正弦波掃頻點的輸出頻率及正弦波的輸出電壓，然后由程序控制ispLSI器件(7)中譯碼器選通可編程定時器(16)，可編程定時器(16)輸出的經(jīng)分頻的方波信號分別輸出到A/D轉(zhuǎn)換器(10)、A/D轉(zhuǎn)換器(13)和數(shù)字多路器(9)。程序查尋數(shù)字多路器接口(9)，在方波的高電平時將正弦數(shù)組送入D/A(15)，D/A(15)連續(xù)接受正弦數(shù)組并轉(zhuǎn)換就得到輸出正弦波。
D/A(15)輸出的正弦波作為被測系統(tǒng)(4)的輸入信號連接到被測系統(tǒng)(4)的輸入端(5)。D/A(15)的輸出同時經(jīng)加法器(17)，A/D(13)數(shù)字多路器(12)連接到計算機(jī)(1)。被測系統(tǒng)(4)的輸出經(jīng)另一路輸入接口(11)，A/D(10)，數(shù)字多路器(9)連接到計算機(jī)(1)。A/D(10)和A/D(13)在中斷被響應(yīng)后同時啟動，獲取被測系統(tǒng)(4)的輸出信號和數(shù)據(jù)采集卡(3)給予被測系統(tǒng)(4)的輸入信號的數(shù)字量。通過不斷響應(yīng)中斷，程序采集所有掃頻點的數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)以文件的方式存儲。
然后，程序進(jìn)入頻響分析模塊，通過人機(jī)對話打開數(shù)據(jù)文件，分別調(diào)出每個頻率點的兩路時域數(shù)據(jù)，通過FFT變換，得到頻率特性。并比較被測系統(tǒng)(4)的輸出信號與輸入信號得到被測系統(tǒng)在該頻率點的響應(yīng)特性。將所有頻率點的特性值連成曲線，得到被測系統(tǒng)的頻率特性。通過計算機(jī)還可對曲線的顯示方法進(jìn)行選擇，可分別顯示BODE圖，Nyquist圖，Nich圖。還可選擇對曲線進(jìn)行傳遞函數(shù)擬和，得到近似的傳遞函數(shù)。
本實用新型可采用如圖5所示的另一測試路線主控模塊控制選擇進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模塊和頻譜分析模塊。在數(shù)據(jù)采集模塊，通過人機(jī)對話，確定采樣頻率和樣本長度，程序根據(jù)設(shè)置修改可編程定時器(16)的輸出控制方波頻率，以方波低電平同時觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換器(10)和A/D轉(zhuǎn)換器(13)在固定的頻率下可同時采集被測系統(tǒng)(4)的隨機(jī)信號輸出，數(shù)據(jù)采集完成后，以文件方式存儲。然后進(jìn)入頻響分析模塊，通過人機(jī)對話打開文件，可對隨機(jī)信號以FFT變換，進(jìn)行一定范圍的頻譜特性分析。并可通過修改窗函數(shù)調(diào)整分析結(jié)果。所有分析結(jié)果圖形可打印輸出。
如圖3所示，加法器(17)包括放大器AD711U1，跟隨器AD712U2、U3。放大器AD711 U1的負(fù)輸入端經(jīng)R3接地；其正輸入端連接電阻R1、R2。入電阻R1與D/A(15)連接。輸入電阻R2在一般測量時接地，可測試閉環(huán)系統(tǒng)的頻響特性。在須測試閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)特性時，輸入電阻R2接入被測系統(tǒng)(4)的反饋輸出端(18)。此時加法器(17)的輸出作為被測系統(tǒng)(4)的輸入誤差信號(標(biāo)準(zhǔn)正弦信號源減去反饋信號)。數(shù)據(jù)采集卡(3)的輸入接口(14)采集被測系統(tǒng)的輸入誤差信號。數(shù)據(jù)采集卡(3)的輸入接口(11)采集被測系統(tǒng)的反饋信號，程序?qū)陕沸盘柾瑫r采集，比較分析其幅度和相位關(guān)系得到的就是閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)特性，加法器中，輸入電阻R1＝R2＝R3。
權(quán)利要求1.一種動態(tài)信號分析儀，包括計算機(jī)(1)和數(shù)據(jù)采集卡(3)，其特征在于計算機(jī)(1)通過ISA總線(2)連接數(shù)據(jù)采集卡的ispLSI器件(7)，ispLSI器件(7)的總線驅(qū)動器(8)連接將計算機(jī)輸出轉(zhuǎn)換為正弦波的D/A15；D/A15的輸出通過加法器(17)直接連接輸入接口(14)并通過A/D(13)和數(shù)據(jù)多路器(12)連接到計算機(jī)(1)；D/A15的另一路輸出連接到被測系統(tǒng)(4)的輸入端(5)，被測系統(tǒng)(4)的輸出端(6)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡的另一路輸入接口(11)以及A/D(10)、數(shù)據(jù)多路器(9)連接到計算機(jī)(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)信號分析儀，其特征在于其數(shù)據(jù)采集卡的加法器(17)的放大器U1AD711的正輸入端的輸入電阻R2在測試被測系統(tǒng)(4)的頻響特性時接地；在測試被測閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)特性時，R2接入被測系統(tǒng)(4)的反饋輸出端(18)。
專利摘要一種動態(tài)信號分析儀,包括計算機(jī)以及和計算機(jī)相連的數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡由A/D,D/A,加法器及ispLSI(大規(guī)模在線可編程陣列器件)組成。數(shù)據(jù)采集卡將計算機(jī)的數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)換成掃頻正弦波輸出到被測系統(tǒng),同時將被測系統(tǒng)的輸出采集到計算機(jī)。計算機(jī)處理采集數(shù)據(jù),顯示打印分析結(jié)果,包括Bode圖,Nyuist圖,Nichols圖,功率譜圖等。本實用新型可利用計算機(jī)完成對控制系統(tǒng)動態(tài)信號的測試,不需要購置專門的傳統(tǒng)型動態(tài)信號分析儀。
文檔編號G06F13/38GK2492883SQ0024437
公開日2002年5月22日 申請日期2000年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月6日
發(fā)明者陳科, 付承毓 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所