Устройство управления приводом балансировочного стенда

 

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ БАЛАНСИРОВОЧНОГО СТЕНДА по авт.св. 1019396, отличаю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нек1 дополнительно установлены третий ключ и последовательно.соединенные нелинейный корректирующий блок, элемент И-НЕ и триггер, причем, первый выход эадатчика соединен с первым выводом первого резистора через третий ключ, управляющим входом подключенный к выходу триггера, установочивм входом подключенного к пятому выходу эадатчика, выход первого компаратора соединен с вторым входом элемента И-НЕ, выход операционного усилителя соединен с входом нелинейного корректирующего блока. Фие. 1 -i-

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 05 В 11/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

И ABTOPCHOMV СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1019396 (21) 3530256/24-24 (22) 29.12 ° 82 (46) 15.10.84. Бюл. Р 38 (72) В.И.Крупник, П.Н.Кудряшов, И.Б.Курбатов и Г.С.Кулаков (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 1019396, кл. G 05 В 11/01, 1982 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ БАЛАНСИРОВОЧНОГО СТЕНДА по авт.св. 9 1019396, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нем дополнительно установлены третий ключ н .последовательно соединенные нелинейный корректирующий блок, элемент

И-НЕ и триггер, причем первый выход задатчика соединен с первым выводом первого резистора через третий ключ, управляющим входом подключенный к выходу триггера, установочным входом подключенного к пятому выходу задатчика, выход первого компаратора соединен с вторым входом элемента

И-НЕ, выход операционного усилителя соединен с входом нелинейного корректирующего блока.

» 1 189с» 1

Изобретение относится к устройствам для виброиспытаний и гложет быть применено в качестве задатчикон электроприводов постоянного тока балансировочных стендов, По î-новному авт. св. 9 1019396 известное устройст o управления приводом балансировочного стенда, содержащее первый компара,on, последовательно соединенные задатчик, первый резистор, операционный усилитель и интегратор, неинвертирующим

)Д выходом через второй резистор подключенный к входу операционного усилителя, второй компаратор, и i;oT)c подключенный к управляющему входу первого ключа, выходом подключен) ного к управляющему входу регулируемого ограничителя, первым выводом соединенного с выходом операционного усилителя, датчик амплитуды вибраций,. второй ключ и усилитель, первым входом подключенный к выходу датчика амплитуды вибраций и к первым входам первого и второго компараторон, а выходом — к сигнальному входу первого ключа, второй третий и четвертый выходы задатчика соединены с вторыми входами соответственно усилителя, первого и второго компараторон, выход первого компаратора соединен с управляющим входом второго ключа, СОЕДИНЕННОГО ПЕРНЬ)) ВЫНОДОМ РСГУЛИруемого ограничителя, а вторым вы-водом — с нходом оп-зрационного усилителя (11 .

Недостатком известного у.тройстна является низкое быстродей. твие, -.,e. длительное воздействие на нс-.»ытуемый объект ))онь)шенных вибраций при достижении принодом балансироночно-о стенд»а заданной частоты вращения»распОлОженнОй вблизи резОнансной Об-- 4С ласти, что приводит i< I)OHèæeíèè ) d дежности виброиспытаний.

Цель изобретения — повышение бь)— стродействия путем сокращения времени воздействия повышенных вибраций,а 4 испытуемый элемент.

Указанная цель достигается тем, что в устройство управления приводом балансироночногс стенда дополнитель-но установлены третий ключ и псследонательно соединенный корректирующий блок, элемент И-НК и триггер,, при чем перный выход задатчика. соединен с первым выводом первого резистора через третий ключ» управляющим входом подключенный к выходу три= гор". у таноночным входом подключенного к пятому выходу задатчика,. вь)ход пер-. ного компаратора соединен с вторым входом элемента И-НЕ» выход операци-: онного усилителя соединен с входом нелинейного корректирующего блока.

На фиг.1 представлена структурна«; схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — эпюры выходных сигналов основных блоков устройства. устройство содержит перный 1 и второй 2 компараторы, суммирующий силитель 3, усилитель 4„ интегратор 5, задатчик 6, датчик 7 ампли уды вибраций, нелинейный корректирующий блок 8, элемент И-НЕ 9, триггер 10, первый 1.1, третий 12 и второй 13 ключи, регулируемый .ограничитель 14, первый 15 и второй 16 операционные усилители, первый 17, второй 18 и третий 19 резисторы, кон. денсатор 20, избирательный фильтр 21 усилитель-Ограничитель 22 и выпрямитель 23. Приняты следующие обозначения: U; -выходной сигнал -го функционального блока; 11; — сигнал на j -ом выходе i-го функциональногс блока; U»)> — уровень постоянного ограничения н цепи обратной связи первого операционного усилителя 15.

Н состав суммирующего усилителя 3 входят ключ 13, регулируемый ограничите-.ü 14, операционный усилитель

15 и резисторы 17 и 18.

Нелинейный корректирующий блок 8 содержит избирательный фильтр 21„ усилитель-ограничитель 22 и выпрямитель 23.

Избирательный фильтр 21 служит для

"=.êäåëeHèÿ переменной составляющей с:-Гнала, поступающего на его вход.

В состан интегратора 5 нходят рг-зистор 19, конденсатор 20 и операционный усилитель 16.

Устройство работает следующим

НОС ОяННЫЕ C -Irналы Ц s )»» U 6 В

;,=.честне пороговых сигналон че-.вертого -.ре ;=его и второго выходов за— дат и„а 6 ":îñòóïàþò на вторые входы со зтнетстненно второго 2 и перОго 1 компаратрров и усилителя 4. .2

Be* ) ).») . IIopor os a c)Ir IIeI o)) U. с, U, за,.атчика. 6,станангинактся в ависи"iocTli OT выбора максимальнОГО и минималь))ого значений амплитуды c: тусмого объекта при соблюдении

;ледующих уелoBHA: .,,е U .. ; i" "— граничные значения амп-»)»а >, литуды нибраций исследуемого объекта.

Перед началом работы устройства триггер . 0 устанавливают в нулевое

cocToÿíèe. Для этой цели на уста:-.о-.с н — и »вход триг;ера 10 с пятого выхода задат -»ика 6 подается имлул) cHbIA

От=ицателънь)й сигнал 06 Обеспечиваю)))ий переход триггера )О в:)oложа» i ;» " . HPII TOM H»I ВЫХОДC TPHZ Гере 1 0 формиpуется сигнал U, =- 0 °

С первого выхода задатчика 6 на

СИ с;:аль НЬ)й вход КЛЮЧа 1 2 Под»аЕТСН вЂ ;с =To;)нный сигнал эадания Ц»» уровень кзторсго опрегеляет частоту враЩЕНИЯ, ДО КОтОРОй ССУ .ЕотНЛЯЕтСЯ Раэ1118962

2 ф

0 при Up U где U — уровень выходного сигнала компаратора 2;

U — выходной сигнал датчика 7 амплитуды вибраций.

На выходе усилителя 4 сигнал изменяется в соотнетствии с формулой 1 К5 lU6 1)7 1

2 где К вЂ” коэффициент передачи усили. теля 4.

Перед началом разгона привода балансировочного стенда при отсутствии сигналов на выходах компараторов 1 и

2 и установлении триггера 10 н нулевое состояние первый ключ 11 разомкнут, второй 12 и третий 13 ключи замк нуты, на выходе логического элемента

И-НЕ 9 присутствует сигнал 1 .

Сигнал задания U, частоты вращения балансировочного стенда привода с первого выхода задатчика 6 через замкнутый второй ключ 12 подается на первый вход суммирующего усилителя

3, являющийся одновременно инвертирующим входом первого операционного усилителя 15, который работает н режиме регулируемого ограничения, так как в цепь обратной связи первого операционного усилителя 15 с помощью замкнутого ключа 13 включается pery лируемый ограничитель 14, представляющий собой устройство с нелинейными элементами (например, диодную мостовую схему сравнения), изменяющее общее сопротивление цепи обратной связи R операционного ос усилителя 15 в зависимости от соотношения величин выходного сигнала

И „-операционного усилителя 15 и

35

45

БО

Б5 гон привода балансировочного стенда (не показан). Сигнал U, пропорциональный амплитуде вибраций исследуемого объекта в аналоговой форме, поступает с выхода датчика 7 амплитуды вибраций одновременно на первый вход усилителя 4, где сравнивается с пороговым сигналом задания U,,поступающим со второго выхода задатчика

6 на его второй вход и на первые входы компараторов 1 и 2, где сравни. 10 вается соответственно с пороговыми сигналами заданий Usè U, поступаю4. щими с третьего и четвертого выходов эадатчика 6 на их вторые входы.

При этом на выходе компаратора 1 15 сигнал устанавливается в соответствии с выражением:

U> при U< 7

0 при U< где У4 — выходной сйгнал компаратора 1;

U — выходной сигнал датчика 7

1 амплитуды вибраций.

На выходе компаратора 2 сигнал из меняется с выражением () pH Ц )

U выходного сигнала U первого ключа

11, н соответствии с выражением

Нос < если

R(|, если

Rgz если ствии

U 5 и(, Uя c Uop c U1>

U< U „, при отсутR ос где R q — сопротивление цепи обратной связи. первого операционного усилителя 15; (— сопротивление шунтирующих (цепей нелинейных элементов; уровень постоянного ограничения в цепи обратной связи первого операционного усилителя 15.

При этом величина выходного сигнала суммирующего усилитель 3 определяется в соответстниу с выражением

Г

-K„(U> — U<0, если U>< (U«у н если U««U, (Qv3

U > =сonst, если U ) Цр при отсутствии П« где K — коэффициент передачи операционного усилителя 15; выходное напряжение интегратора 5;

Uä„ вЂ” уровень постоянного ограни.чения в цепи обратной связи первого операционного усили теля 15.

Как только сигнал задания П по6 ступает на первый вход суммирующего усилителя 3, он перенодит его в режим ограничения с положительной или отрицательной величиной выходного сигнала н зависимости от направления вращения или режима работы привода балансироночного стенда (разгон или торможение). Выходной сигнал из суммирующего усилителя 3 интегрируется интегратором 5 с парафазными выходами, и привод балансировочного стенда разгоняется. Пока выходной сигнал интегратора 5 не достиг уровня сигнала задания U, поступающего через замкнутый ключ 12 с первого ныхода задатчика 6, обратная связь сум. мирующего усилителя 3, сигнал которого поступает на его второй вход, являющийся вторым суммирующим входом операционного усилителя 15, блокирована, При этом выходной сигнал из суммирующего усилителя 3 определяется установкой регулируемого ограничителя 14, включенного через замкнутый ключ 13 в цепь обратной связи первого операционного усилителя 15 °

B э-от момент времени сигнал Ug на выходе нелинейного корректирующего блока 8 отсутствует, так как постоянный сигнал иэ суммирующего усилителя 3 на вход усилителя-ограничителя 22 не проходит через избирательный фильтр 21, представляющий собой, например, разделительную цепь, 111896 . выполненную в виде разделительного конденсатора.

При работе привода балансироночного стенда вне области резонансных частот, характеризующейся малым уровнем выходного сигнала Ц7 датчика 7 5 амплитуды вибраций, пропорциональным амплитуде исследуемого объекта и сои отнетствующим условию Uy(U, сигнал на выходе второго компаратора 2 отсутстнует„ т.е. Б =О. В это время первый ключ 11 разомкнут и сигнал

У с выхода усилителя 4 не проходит на третий вход суммирующего усилителя 3, который является однонременно управляющим входом регулируемого < ограничителя 14. При этом выходной сигнал U3 суммирующего усилителя 3 определяется первоначальной установкой У0 регулируемого ограничителя 14, Сигнал на выходе интегратора 5 изменяется по линейному закону в соответствии с ыражениемс

U = -U 3 т 01 т5 где Т вЂ” постоянная нремени интегрирования интегратора 5;

t уровень постоянного ограничения в цепи обратной связи операционного усилителя 15.

Время интегрирования t интегратора 5, а следовательно, темп разгона привода балансироночного стенда может регулироваться изменением неличины уровня постоянного ограничения П „ н цепи обратной связи операционного усилителя 15.

Как только выходной сигнал Б интегратора 5 достигнет уровня си--нала задания U c первого выхода задатчика б, то вследствие того, что интегратор 5 и суммирующий усилитель 3 охвачены отриц-тельной об- 4Q ратной связью с коэффициентом передачи, равным 1, процесс интегрирова-ния н интеграторе 5 прекращается, Привод балансироночного стенда Bpdщается,с -постоянной частотой в соот- 45

f ветстнии с сигналом задания U6

В этот момент на выходе суычирую-. щего усилителя 3 появляется переменный.сигнал Ug с частотой и амплитудой, определяемыми настроечными пара-50 .метрами операционного усилителя 15, регулируемого ограничителя 14 и интел ратора 5, который через избирательный фильтр 21, вход ко= орого является вхо. дом нелинейного корректирующего блока.-,8, поступает на вход усилителя-ограни чителя 22, где усилинается до опре-деленного уровня, поддерживаемого постоянным. Переменный сигнал с постоянной амплитуцой с выхода усилителя-ограничителя 22 поступает на вход выпрямителя 23, представляющего собой блок выделения модуля со сглаживающим фильтром, в котором пе-ременный сигнал преобразуется в постоянный логический сигнал 1 . 1 аким образом, при достижении ! равенства сигналон П - U> Ha выходе нелинейного корректирующего блока 8 пс.янится постоянный логический сигнал 1, ко= îðíé по,ступает на один из нходон элемента И-НЕ 9. Однако на выходе элемента И-НЕ 9 логический сигнал 1 не изменяется, так как на его другой вход с выхода первого компаратора 1 приходит логический сигнал 0, При исчезновении сигнала задания с первого входа суммирующего усилителя 3 или снижения его уровня привод балансироночного стенда перехоцит в режим торможения. При этом выходной сигнал из суммирующего усилителя 3 под дейстнием сигнала своей обраríoé связи меняет сной знак.

Зто принодит к снижению уровня выход но.."о сигнала У„ интегратора 5 или

5 его неизменнои полярности на время торможения.

При рабо-..å привода балансировочного стенда на рабочих частотах нблизи резонансной зоны исследуемого объекта, как только амплитуда выбраций объекта превысит уровень сигнала U<, определяемый устанОвкОй за

М датчика б, срабатывает компаратор 2, выходной сигнал Ug которого замыкает перный ключ li, и на третий вход суммирующего усилителя 3 с выхода усилителя 4 поступает сигнал Оч, сграничивающий выходной сигнал суммирующего усилителя 3, который изменяется ь соотнетстнии с выражением.

П,,= Уч = К,, (Ц -:-. U1j .

Темп нарастания выходного сигнала инте:-.ðà:..ора 5 при этом снижается в соответствии с формулой вызыная замедление разгона привода балансиронсчного стенда.

Так как н зоне рабочих частот исследуемого объекта выполняется условие Пт (t) <.Бь, то разгон привода балансироночного стенда,цо заданной чa;-.таты вращения и вращение с постоянной астотой в соотнетстнии задающим сиГHaJIOM Ug происходит IIpH От-утстнии сигнала П; на выход первого компаратора 1. Сигнал 1 на ныхоце элемента И-НЕ 9 в это нремя не меняется, При работе привода балансировочно го стенда на резонансных частотах, ;опронождающихся повышенно уровнем амплитудЫ вибраций, превьыающим уровень сигнала П., определяющий допустимый уровень безопасных вибраций, сраб тывает первый компаратор 1, На е1 О выходе появляется cHI HdJI П р кОторый, воздействуя на четвертый вход суж;ирующего усилителя 3- являющийся одновременно управляющим входом клю1118962 ча 13, переводит его в режим насыщения, так как в это время разрывается цепь обратной связи операционного усилителя 15.

Темп нарастания выходного сигнала

U< интегратора 5 при этом значительно увеличивается в соответствии с выражениегд

U =-U

Т где U . — выходной сигнал суммируюЧ щего усилителя 3 в режиме насьацения, т.е. работающего в режиме компаратора (U >) U<, ), вызывая резкое ускорение разгона привода балансироночного стенда по линейному закону.

В соответствии с требованиями технологии испытаний объекта выбор максимальной рабочей частоты вращения, соответствующей уровню сигнала задания UI,, до которой происходит разгон привода балансировочного стен да, выбирается вне области резонансных частот его вращения.

Если по каким-либо причинам заданная частота вращения, до которой осуществляется разгон привода балансировочного стенда, оказалась вблизи резонансной частоты исследуемого объекта, то вращение привода с постоянной частотой в соответствии с уровнем сигнала задания U сопровождается повышенным уровнем вибрации исследуемого объекта, превышающим порог У, определяющий предел з безопасных йспытаний.

Однако в это время, как только выходной сигнал Б интегратора 5 достигнет заданного уровня U<, на выходе суммирующего усилителя 3 появится переменный сигнал, воздействующий на вход нелинейного корректирующего блока d, на выходе которого появится постоянный логический сигнал .1, поступающий на один из входов элемента И-НЕ 9. На другой вход элемента И-НЕ 9 логический сиг. нал 1 поступает еще раньше в тот момент, когда на первом входе компаратора 1 сигнал вибрации превысил пороговый сигнал U6 с треЭ тьего выхода задатчика 6, на выходе компаратора 1 появится сигнал U, соответствующий логическому сигналу

I11Ф!

1О При установлении равенства сигналов 1г = U; в зоне вращения пРивода балансировочного стенда, сопровождаю щегося повышенным уровнем вибрации объекта, превышающем уровень сигнаf5 U6, на счетный вход триггера 10

5 с выхода логического элемента И-НЕ 9 приходит логический сигнал 0, переводящий триггер 10 в единичное состояние. Сигнал U<д на выходе триггеРа 10 подается на управляющий вход ключа 12 и размыкает его. С этого

I момента сигнал U. c первого выхода задатчика 6 не проходит на первый вход суммирующего усилителя 3 и привод балансировочного стенда отключается.

Таким образом, введение блоков

8, 9, 10 и 12, обеспечивающих прохождение сигнала задания Б. с первого выхода задатчика 6 на первый вход суммирующего усилителя 3 в зави. симости от уровня вибраций объекта на заданной частоте вращения, т.е. от уровня выходного сигнала Uy дат35 чика 7 уровня вибраций, позволяет примерно в 15 раз повысить быстродействие предлагаемого устройства по сравнению с обычным задатчиком частоты вращения привода балансиро40 вочного стенда ДБВ-50, принятым за базовый объект, что в свою очередь позволяет примерно в шесть раз повысить надежность виброиспытаний.

1118962

Составитель Ю.Гладков

Редактор Л,Пчелинская Техред Т.Фанта Корректор М.Максимишинец

Заказ 745)./34 Тираж 841 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул,Проектная, 4