Система управления вибровозбудителем

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕМ , содержащая блок усиления , связанньй выходом с вибровозбудителем , последовательно соединенные датчик положения подвижной части вибровозбудителя и блок дифференцирования , первый выход которого подключен . к первому входу блока усиления, последовательно соединенные первый квадратор , первьй регулируемьй усилитель и первый суммирующий блок, программньй блок, выходы которого подключены соответственно к второму входу первого суммирующего блока, первому входу второго регулируемого усилителя и к второму входу первого регулируемого усилителя, последовательно соединенные релейньй элемент и блок умножения, выход которого подключен к второму входу блока усиления, второй выход блока дифференцирования соединен с входом первого квадратора и с входом релейного элемента, а вход через второй квадратор - с третьим входом первого суммирующего блока и с вторым входом второго регулируемого усилителя, связанного выходом с третьим входом блока усиS fB ления , отличающаяся тем, что, с целью повьппения быстродейст (Л вия системы, она содержит последовательно соединенные блок Зона нечувствительности и второй суммирующий блок, подключенный выходом к второму входу блока умножения, причем выход первого суммируиицего блока соединен с входом блока Зона нечувствительности и с вторым входом второго суммирующего блока. Од 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)4 G 05 D 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬЯ ИЙ (21) 3703859/24-24 (22) 23.02.84 (46) 07.08.85. Бюл. Н- 29 (72) Г.П.Голодных и А.С.Востриков (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 623585, кл. В 06 В 1/04, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 1079071 кл. С 05 D 1 9/02, 1984. (54)(57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕМ, содержащая блок усиления, связанный выходом с вибровозбудителем, последовательно соединенные датчик положения подвижной части вибровозбудителя и блок дифференцирования, первый выход которого подключен . к первому входу блока усиления, последовательно соединенные первый квадратор, первый регулируемый усилитель и .первый суммирующий блок, программный блок, выходы которого подключены соответственно к второму входу первого суммирующего блока, „к первоÄÄSUÄÄ l 171763 A му входу второго регулируемого усилителя и к второму входу первого регулируемого усилителя, последовательно соединенные релейный элемент и блок умножения, выход которого подключен к второму входу блока усиления, второй выход блока дифференцирования соединен с входом гервого квадратора и с входом релейного элемента, а вход через второй квадратор — с третьим входом первого суммирующего блока и с вторым входом второго регулируемого усилителя, связанного выходом с третьим входом блока усиления, отличающаяся тем, что, с целью повьппения быстродействия системы, она содержит последовательно соединенные блок "Зона нечувствительности" и второй суммирующий блок, подключенный выходом к второму входу блока умножения, причем выход первого суммирующего блока соединен с входом блока "Зона нечувствительности" и с вторым входом второго суммирующего блока.

1171763

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления, в частности, электродинамическими, электромагнитными или электрогидравлическими 5 вибровозбудителями.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства путем уменьшения времени регулирования при сохранении его качества.

На фиг. 1 изображена функциональная схема системы; на фиг. 2 — экспериментально полученные фазовые траектории предлагаемой и известной сисTeM, на фиг. 3 — принцйпиальная схе- 15 ма блока дифференцирования; на фиг. 4 †. блок "Зона нечувствительности".

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит блок 1 усиления, последо- 20 вательно соединенные датчик 2 положения и блок 3 дифференцирования, последовательно соединенные первый квадратор 4, первый блок 5 умножения и суммирующий блок 6, последова- 25 тельно включенные релейный элемент 7 и третий блок 8 умножения, а также второй блок 9 умножения, второй квадратор 10, последовательно соединенные блок "Зона нечувствительности" 11 3р и второй суммирующий блок 12, про. граммный блок 13, вибровозбудитель 14.

В блок 1 усиления входят сумматор 15 и усилитель 16 мощности.

В качестве датчика 2 положения может быть использован любой серийно выпускаемый датчик линейного перемещения. Блок 3 дифференцирования может быть выполнен в виде двух блоков датчика скорости и датчика ус 40 корения, либо по схеме быстродействующего дифференцирующего фильтра (фиг. 3), представляющего собой аналоговое вычислительное устройство, решающее дифференциальное уравнение

p2. y + 1,4,и, у + у = х где и — постоянная времени у,у, у — оценки соответственно х, х, х.

При выборе и. (0,1 и)„„„, где Юмс,кс 5р максимальная рабочая частота системы, динамика дифференцирующего фильтра мало сказывается на динамике всей системы, и можно считать х у, х и у. 55

В качестве квадраторов 4 и 10 могут быть применены интегральные перемножители КР525ПСЗ. При этом входом квадратора являются объединенные входы перемножителя.

Суммирующий блок 6 и сумматор 12 могут быть выполнены по схеме многовходового сумматора на базе операционных усилителей серий К 140, К 153 или подобных.

В качестве реле иного двухпозиционного элемента 7 может быть применен операционный усилитель, например, серии К 140, включенный .без обратной связи. При этом на один вход усилителя подан нулевой потенциал, второй вход усилителя является входом реле, а выход усилителя— выходом реле.

В качестве блока 8 умножения может быть использован серийный, например, интегральный аналоговый перемножитель КР525ПСЗ.

Блок "Зона нечувствительности" 11 (фиг. 4) может быть выполнен, например, в виде последовательно соединен- ных двуханодного стабилитрона и усилителя. При этом ширина зоны нечувствительности определяется напряжением стабилизации стабилитрона.

Программный блок 13 прецставляет собой набор переменных резисторов, задающих коэффициенты передачи усилителей и потенциометрического делителя, формирующего напряжение, равное квадрату желаемой амплитуды колебаний, и поступающее на дополнительный вход суммирующего блока 6.

Предлагаемое устройство в совокупности с вибровозбудителем 14 представляет собой генератор синусоидальных колебаний вида

= А siII(d t (1) где х — сигнал на выходе датчика перемещения, А„ и — заданные амплитуда и частота колебаний.

На выходе блока 6 с помощью блоков 4, 5, 10 и 13 формируется разность квадратов действительной и за данной амплитуд колебаний в соответствии с уравнением

+у î А0

° 2 -2

= A (t)siII2ю и + A (t)cos u) t—

Ао А Ae (2) где у — оценка производной х;

A(t) - текущая амплитуда колебаний (ее мгновенное значение); и — сигнал на выходе блока 6.

1171763

Движение объекта по уравнению (4) при управлении, описанном равенством (3), и достаточно большом описы- . вается "вырожденным" уравнением

y+gpPf(d) +а) sign у +

+ cv х=0, (5) 55 соответствующим колебательному звену с частотой собственных колебаний равной И . Для анализа характера

Напряжение -Ао, пропорциональное квадрату заданной амплитуды колеба- ний, поступает на вход блока 6 из программного блока 13, который за- дает также коэффициент передачи м), 5 усилителя 5.

Для регулирования амплитуды колебаний с помощью блоков 7, 8, 11 и t2 организована обратная связь по первой производной сигнала х. Знак об- 10 ратной связи определяется знаком d.

Полный алгоритм управления, реализованный в предлагаемом устройстве, имеет вид

1 (у+",х+д j9(d) +

+ й3 sign y), (3) где k — коэффициент усиления блока 1;

u — сигнал управления (выходной сигнал блока l) пос- 20 тупающий на вход вибровозбудителя l4 у, у — оценки соответственно х, х, формируемые на выходе

-2» блока 3 дифференцирования,25 йà — коэффициент передачи усилителя 9, численно равный квадрату заданной частоты колебаний, /

Х вЂ” выходной сигнал датчи- 30 ка 2;о(.- "размах" выходного сигнала реле 7, (д) — выходной сигнал усилителя с зоной нечувстви- 5 тельности, Д вЂ” коэффициент передачи суммирующего блока 6.

Дифференциальное уравнение, описывающее объект управления (вибровоз- 40 будитель 14), может быть записано в виде х = f (x,х,х, t) + (Ь(х,*,x, t) u, (4) где f — нелинейная функция, b ) Π— коэффициент.

Зависимость f и Ь от отражает нестационарность характеристик вибровозбудителя и наличие возмущений. процесса установления колебаний дифференцируют уравнение (2) по

d+ 2хх + 2ы уу, О

С учетом равенства (5), предположив

1 х = у, х у, получаем

rL+ 2 оСpм 2I х/ I Ч (a)+dg = О (6)

Дифференциальное уравнение (6) описывает процесс стремления и О и следовательно A(t) - " А„.

Неидеальность характеристик квадраторов приводит к нарушению соотношений (2) и появлению в сигнале пульсаций. Это эквивалентно появлению в правой части уравнения (6) периодического возмущающего воздействия.

В известном устройстве (й) = О и уменьшение влияния возмущения может быть достигнуто уменьшением коэффициента усиления 5 суммирующего блока 6, что равносильно увеличению постоянной времени уравнения (6). Однако это существенно увеличивает время установления колебаний. Введение блоков ll и 12 позволяет повысить быстродействие устройства при больших и и тем самым уменьшить время установления колебаний. При Ic3 I (а, где а — ширина зоны нечувствительности усилителя !1, соответствующим выбором р можно обеспечить достаточно хорошую фильт" рацию возмущающего воздействия, присутствующего в сигнале Л, и тем самым добиться нужного качества воспроизведения синусоидального сигнала.

Ширина зоны нечувствительности определяется качеством примененных квадраторов. Скорость процесса установления колебаний зависит от коэффициента передачи усилителя с зоной нечувствительности.

Таким образом, снабжение известного устройства сумматором 12 и и блоком Зона нечувствительности" 11 позволяет повысить быстродействие устройства при больших отклонениях амплитуды колебаний от заданной, что приводит к уменьшению времени регулирования при сохранении качества регулирования..

Предлагаемое устройство .работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени х(0) = х, у-у = О, а выход блока 1 усиления отключен от входа вибровозбудителя 14. Программный блок 13 задает. коэффициенты передачи усилителей 5 и 9 и подает на дополнитель1171763 ный вход блока 6 напряжение, пропорциональное квадрату заданной амплитуды колебаний. При этом на выходе блока 1 формируется сигнал

u=-kQ x о о где k — коэффициент усиления блока 1; ш — коэффициент передачи усио лителя 9.

После подключения выхода блока 1 к входу вибровозбудителя 14 подвижный элемент последнего приходит в движение. Это влечет за собой изменение сигнала х на выходе датчика 2 положения и появление сигналов у, на выходах блока 3 дифференцирования. С помощью квадраторов 4 и 10 и усилителя 5 на выходе суммирунщего блока 6 формируется сигнал, пропорциональньй разности квадратов действительной и заданной амплитуд колебаний. Сигнал д с выхода блока 6 поступает на вход блока 12 и через блок 11 на второй вход суммирунщего блока 12. На выходе блока 8 умножения появляется сигнал в д""с(ада у, где о — "размах" выходного сигнала реле 7;

d сигнал на выходе сумматора 12.

На входы блока 1 усиления посту- пают сигналы у с первого выхода блока 3 дифференцирования, усиленный в и)о раз усилителем 9 сигнал с выхода датчика 2 положения и сигнал х с выхода блока 8 умножения.

В результатена выходеблока 1 формируется следующийалгоритм управления.

u = -k(u)zo x + y + о вi п y) который обеспечивает стремление амплитуды колебаний к заданному значению. При fh !7 а, где а — ширина зоны нечувствительностью, усилитель обеспечивает дополнительное усиление сигнала Д, что приводит к уменьшению времени установления колебаний на выходе вибровозбудителя 14. Невысокий коэффициент усиления блока 6 при д((а позволяет получить коле.бания хорошего качества и при неидеальных квадраторах 4 и 10.

Наиболее эффективная работа предлагаемого устройства обеспечивается при использовании блока 1 усиления с релейной характеристикой. В этом случае устройство работает в режиме скольжения, что позволит эффективно парировать нестационарность характеристик вибровозбудителя и действие возмущений при одновременном повышении КПД устройства и снижении стоимости усилителя мощности.

12 717бЗ

Фиа1

1171763

Фиг.2

1171763

Составитель Л.Цаллагова

Редактор .Н,Бобкова Техред Ж.Кастелевич Корректор E.Ñèðîõìàí, Заказ 4861/39 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий

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

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