Автоматическая система управления жесткостью упругого элемента гасителя колебаний

 

1. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТЬЮ УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ по авт.св. №1072012, отличающаяся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивосги и точности настройки, в нее введены два селективных фильтра и два блока частотной настройки, причем вход первого селективного фильтра соединен с выходом усилителя сигнала первого датчика вибраций, а выход - с первым входом первого сумматора, вход второго селективного фильтра соединен с выходом усилителя сигнала второго датчика вибраций, а выход - с вторым входом первого сумматора, входом частотного детектора и первым входом фазового детектора , вход каждого селективного фильтра соединен с первым входом i соответствующего блока частотной настройки, выход - с вторым входом (Л соответствующего блока частотной настройки, а управляемый вход связан с выходом соответствующего блока частотной настройки. / К) 1C СП 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ «(oe3ц,„

ОП

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ч,": "

К ASTOPCHOMV СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

Щ0 fQ, (6 I) 1072012 (21) 371 0943/24-24 (22) 11.03.84 (46) 23.12.85 Бюл.№ 47 (71) Николаевский ордена Трудового

Красного Знамени кораблестроительный институт им.адм.С.О.Иакарова (72) А.П.Гуров и В.Н.Корнован (53) 621.1-576.7.621-3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1072012, кл. G 05 D 19/02, 1982.

Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Перев.с нем./

Под ред.А.Г.Алексеенко. M.: Мир, 1982. (54) (57) 1. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕИА

УПРАВЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТЬЮ УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ по авт,св. №1072012, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехоÄÄSUÄÄ 1200258 Д (sory С 05 D 19/02 устойчивости и точности настройки, в нее введены дв а селе ктивных фильтра и два блока частотной настройки, причем вход первого селективного фильтра соединен с выходом усилителя сигнала первого датчика вибраций, а выход — с первым входом первого сумматора, вход второго селективного фильтра соединен с выходом усилителя сигнала второго датчика вибраций, а выход — с вторым входом первого сумматора, входом частотного детектора и первым входом фазового детектора, вход каждого селективного фильтра соединен с первым входом соответствующего блока частотной настройки, выход — с вторым входом соответствующего блока частотной настройки, а управляемый вход связан с выходом соответствующего блока частотной настройки.

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, блок частотной настройки каждого селективного .фильтра содержит последовательно соединенные частотный детектор и первый фильтр нижней частоты, а также последовательно соединенные фазовыи детектор, второй фильтр нижней частоты, сумматор и управляющий элемент, выход которого соединен с управляемым входом селективного фильтP y а при этом первый вход блока частотой настройки соединен с входом частотного детектора и первым входом фазового детектора, второй вход ко8 торого соединен с вторым входом блока .частотной настройки, а выход первого фильтра нижней. частоты соединен с вторым входом сумматора.

3. Система по п.2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью обеспечения линейности регулировочной характеристики селективного фильтра, в качестве управляющего элемента применена оптоэлектронная пара, содержащая источник излучения и фоторезистор, причем источник излучения подключен к выходу сумматора блока частотной настройки, а фоторезистор входит в состав селективного фильтра.

Ф

Изобретение относится к технике виброгашения и предназначено преимущественно для установки на виброактивное оборудование, амплитуда и частота колебаний которого изменяются

t во времени, а также на аМортизирован,кые приборы и устройства находящиеС.2 ся в зоне действия виброакТивного об ор удов ания >,, Цель изобр тейиа — повьциеиие помехо1 устойчивости системы,и точности ее настройки,и обеспфчение линейности регулировочной характеристики селективного фильтра. .На фиг. 1 изобрйкейа блок-схема автоматической сиЕ>темы управления жесткостью гасителя колебаний; на фиг;2 — принципиальная схема одного из вариантов выполнения селективного фильтра, Система (фиг. 1) включает в себя объект 1 виброзащиты, на котором установлен гаситель 2 колебаний, На объекте 1 виброзащиты и гасителе 2 колебаний закреплены первый 3 и второй 4 датчики вибраций, которые соединены соответственно с усилителями 5 и 6 сигналов датчиков вибрац аЪ.

Выходы усилителей подключены соответственно к входам первого 7 и второго 8 селективных фильтров и первым вхо" дам соответствующих блоков 9 и 10 частотной настройки, выходи которых соединены с управляемыми входами

2 соответствующих селективных фильтров

7 и 8. Выход первого фильтра 7 соединен с вторым входом блока 9 и первым неинвертирующим входом первого сумматора 11. Выход второго фильтра 8 соединен с вторым входом блока 10, вторым инвертирующим входом первого сумматора 11, первым входом. фазового детектора 12 и входом частотного де1О тектора 13. Выход первого сумматора

11 подключен к второму входу фазового детектора 12, выход которого через фильтр 14 нижней частоты соединен с первым неинвертирующнм входом второго сумматора 15 Выход частотного детектора 13 через фильтр 16 нижней частоты соединен с вторым неинвертирующим входом второго сумматора 15, выход которого через усилитель 17 постоянного тока подключен к гасителю 2.

Первый вход блока 9 частотной настройки соединен с входом частотного, детектора 18 и первьм входом фазово25 "го детектора 19, второй вход которого подключен к второму входу блока 9. а, Выход фазового детектора 19 через первый фильтр 20 нижней частоты соединен с первьм входом сумматора

21. Выход частотного детектора 18 через второй фильтр 22 нижней частоты соединен с вторым входом сумматора 21, выход которого через уп равляющий элемент 23 связан с выхоется по частоте входного сигнала и по разности фаэ на входе и выходе фильтра, которая при точной настройке в общем случае кратна — Г . Частотный сигнал, содержащий частотный де» тектор 18 и фильтр 22 нижней частоты, формирует сигнал, пропорциональный частоте входного сигнала. Фазовый канал, содержащий фазовый детектор 19

10 и фильтр 20 нижней частоты, формирует сигнал, пропорциональный разности . фаз на входе и выходе селективного фильтра 7. Полученные сигналы суммируются на аналоговом сумматоре 21

15 и поступают на управляющий элемент

23, В с атнческом режиме сигнал частотного канала имеет постоянную ве- личину„ я сигнал фазового капала равен О. При этом величина улравляе20 мого параметра фильтра (например, сопротивление фотарезистора) поддерживается неизменной. Таким образом„ селективный фильтр 7 настроен па частоту входного сигнала и пропуска25 ет" его без изменения.

При нарушении условия настройки сдвиг фаз колебаний объекта 1 и га/( сителя 2 отличен от — — — следова2 тельно, сигнал на выходе фазового детектора 12 отличен от О. Зтс приводит к изменению сигнала на выходе фильтра 14 нижней частоты и напряжения на выходе усилителя 17. При значительной расстройке изменение частоты колебаний объекта вызывает изменение уровня сигнала частотного канала (частотный детектор 13 и фильтр 16). Этот сигнал, суммируясь с сигналом фазового канала на аналоговом сумматоре 15, вызывает изменение напряжения на выходе усилителя

17. При этом ток в обмотках гасителя 2 колебаний изменяется, меняя

45 электромагнитную жесткость и частоту настройки. Изменение частотной настройки происходит до тех пор, пока фазовый сдвиг колебаний объекта 1 и (виброгасителя 2 не становится равным (l, а напряжение на выходе фазового детектора 12 — О. При этом напряжение на выходе частотного канала устанавливается на новом уровне соответ1 ствующем новому значению частоты ко55 лебаний объекта

В этом режиме селективные фильтры

7 и 8 работают следующим образом. При изменении частоты выходного сигнала

3 4200258 дом блока 9. Блок 10 выполнен аналогично.

Система работает следующим образом.

Максимальный эффект динамического гашения достигается.при равенстве парциальной частоты гасителя колебаний и частоты возбуждающего усилия.

При этом фазовый сдвиг колебаний объекта 1 защиты -и гасителя 2 .колеба

fl нии должен составлять — — — . Инфор«

2 мация о колебаниях объекта 1 защиты и гасителя 2 колебаний, получаемая с помощью датчиков 3 и 4 вибрации, поступает на усилители 5 и б сигналов соответствующих датчиков, обеспечивающих согласование датчиков с элементами схемы, а далее через селективные фильтры 7 и 8 HB. входы фазового 12 и частотного 13 детекторов, причем сигнал с выхода селективного фильтра 8 поступает на вход частотного детектора t3 и на первый вход фазового детектора 12, на второй вход которого подается с сумматора 11 разность сигналов на выходе селективных фильтров 7 и 8. В случае выполнения условия настройки, т.е.

1 в статическом режиме, напряжение на выходе фазового детектора 12 равно О.

При этом на выходе частотного детектора 13 формируется сигнап, пропорциональный частоте колебаний объекта

1 защиты.

Полученный сигнал проходит через фильтр 16 нижней частоты, где сглаживаются его высокочастотные составляющие, через сумматор 15, через усилитель 17 постоянного тока и подается на обмотки гасителя 2 колебаний, Ток в обмотках, пропорциональный напряжению на выходе усилителя

17 постоянного тока, поддерживает постоянную величину электромагнитной жесткости и частоту настройки гасителя 2 колебаний.

В статическом режиме селективные фильтры 7 и 8 с блоками 9 и 10 частотной настройки соответственно работают следующим образом. Сигнал с выхода усилителя 5 сигнала датчика 3 вибрации поступает на вход фильтра 7 и первый вход блока 9. Сигнал с выхода фильтра 7 подается на второй вход блока 9. Блок частотной настройки выполнен по комбинированно му принципу — настройка осуществля00258

55

5 12 усилителя 5, т.е. в динамическом режиме, соответствующим образом изменяется напряжение на выходе частотного канала (частотный детектор 18, фильтр 22 блока 9 частотной настройки. На выходе фазового канала (фазовый детектор 19, фильтр 20) появляется напряжение, отличное от О. Это объясняется тем, что при изменении частоты входного сигнала изменяется и разность фаз на входе и--выходе селективного фильтра 7, настроенного на предыдущую частоту. Напряжения обоих каналов суммируются на аналоговом сумматоре 21, поступают на вход управляющего элемента 23.

Величина управляемого параметра фильтра при этом изменяется до тех пор, пока собственная частота фильтра не становится равной новой частоте входного сигнала. При дальнейшем изменении частоты входного сигнала селективный фильтр 7 продолжает работать в следящем режиме.

Селективный фильтр 8 с блоком 10 частотной настройки работает аналогично. При неизменной частоте входного сигнала селективные фильтры не. входят в статический режим, а автоматическая система управления жесткостью упругого элемента гасителя работает аналогично указанному, В случае наличия помех в сигнале с датчиков вибрации (например, выс их гармонических составляющих) селективный фильтр пропускает без изменения основной сигнал той частоты, на которую настроен и обеспечивает затухание остальных составляющих спектра. При изменении частоты основного сигнала селективный фильтр следит за его эволюциями,:по-прежнему обеспечивая затухание остальных частот. Параметры блока частотной настройки выбираются так, что селективный фильтр отслеживает медленные изменения частоты основного сигнала и возможно меньше отслеживает сравнительно быстрые изменения результирующего входного колебания, обусловленные действием шума.

Таким образом, наличие в системе селективного фильтра с блоком частотной настройки обеспечивает выделение основного сигнала из шума и нормальное функционирование автоматической системы управления жесткостью упругого элемента гасителя колебаний как при наличии шума, так и при его отсутствии.

С целью обеспечения линейности регулировочной характеристики селектинного фильтра в качестве управляющего элемента может быть применена, например, оптоэлектронная пара. Ойа содержит источник излучения и фоторезистор, входящий в состав фильтра.

Источник излучения подключен к вы4 ходу сумматора блока частотной настройки. При изменении частоты сигнала на входе фильтра, например при ее увеличении, увеличивается уровень напряжения на выходе сумма тора 21 блока 9. Это вызывает увеличение интенсивности свечения источника излучения оптоэлектронной пары, что приводит к уменьшению величины сопротивления фоторезистора. Резонансная частота селективного фильтра изменяется обратно пропорционально изменению сопротивления фоторезистора, входящего в его состав. Это из25 менение происходит до тех пор, пока новое значение резонансной частоты фильтра не становится равным новому значению частоты входного сигнала.

На схеме (фиг.2) обозначены сдвоенная оптоэлектронная пара 24 и 25, транзистор 26, резисторы 27 - 42, конденсаторы 42 и 43, операционные усилители 44 — 48. При этом вход 1 является сигнальным, вход 2 - yrrpas35 ляющим фазового канала, вход 3 — управляющим частотного канала.

В фильтре в качестве управляющего элемента применена оптоэлектронная пара. Линейность регулировочной ха46 рактеристики при этом обеспечивается по следующей причине. Выражение для .собственной частоты селективного фильтра имеет вид f =. 1/2НКС, где

R — сопротивление оптрона; С вЂ” емкость конденсатора. Для поддержания резонансного режима собственная частота фильтра f+ должна совпадать с основной частотой входного сигнала f.

Отсюда следует, что при изменении входной частоты сопротивление оптрона должно изменяться по закону R =

1/2 jifC, т.е. обратно пропорционально частоте. Характеристики детекторов, частотного и фазового, являются линейными. Зависимость сопротивления оптрона от подводимого напряжения

R = F(U) также обратно пропорциональна.

+ see

Составитель N.Ëåâèíà

Редактор С.Саенко Техред C.Мигунова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 7866/53 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303Ь» Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

7 12002

Таким образом, для получения линейной. регулировочной характеристики фильтра необходимо только подобрать постоянные коэффициенты в характеристиках R = F(f) и R = F(U). Использование любого другого управляющего элемента (например, с линейной характеристикой К = Р(У)) не может обеспечить линейность регулировочной характеристики в рабочем диапазоне и 10 удовлетворительную точность настройки фильтра.

Наличие в автоматической системе управления жесткостью упругого эле- 15

58 8 мента гасителя колебаний селективных фильтров с блоками частотной наСтройки повышает точность настройки и улучшает помехоустойчивость системы.

Это увеличивает эффективность виброзащиты механизмов и тем самым повышает общий срок их службы, уменьшает вероятность выхода из строя.

Гасители колебаний с предлагаемой автоматической системой управления жесткостью упругого элемента могут быть использованы на любых системах и механизмах, уровень вибрации которых превышает допустимый, в различных областях техники.