Устройство для управления вибровозбудителем

 

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) Я (11) 9 2 (5114 С 05 D 19/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ описании изоьгят ния "" д(H АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ (21) 3772596/24-24 (22) 06.07.84 (46) 07.01.86. Бюл. М- 1 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Г.П.Голодных (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

II9 1079071, кл. G 05 D 19/02, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕМ, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, усилитель мощности и вибровозбудитель, последовательно соединенные датчик положения подвижного элемента вибровозбудителя, блок диффе-. ренцирования, квадратор, второй сум- матор и первый блок перемножения, выход которого соединен с первым . входом первого сумматора, второй выход блока дифференцирования соединен с вторым входом первого сумматора, а первый выход через двухпозиционное реле — с вторым входом первого блока перемножения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные третий сумматор и второй блок перемножения, последовательно соединенные компаратор и формирователь импульсов, а также блок сброса, задатчик кода, счетчик, блок памяти и три цифроаналоговых преобразователя, причем выходы счетчика и задатчика кода соединены с соответствующими адресными входами блока памяти, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналоговых преобразователей, выход первого цифро— аналогового преобразователя связан с первым входом компаратора, выход формирователя импульсов подключен к счетному входу счетчика, к установочному входу которого подключен блок В сброса, выход второго цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом второго блока перемножения С и с третьим входом первого сумматора, выход третьего цифроаналогового пре- Я образователя соединен с первым входом .третьего сумматора, выход второго блока перемножения соединен с вторым входом второго сумматора, а выход датчика положения подвижной части вибровозбудителя — с вторым входом третьего сумматора и с вторым входом компаратора.!,3 ).;(,(."Ã(>r:)ji>;.. ГI!;)r,i 1 (:1! !; 01),(а(jl r fr () - . l I . )(О, ",>.i: ", ".. ;, If)1 ji

: * " : " f> !\f1 !1r) ЛЛЯ \)f(PВВГ>3(()()( I:- 1(i);;,i.1 "; -i!> "c",-тми., ;л(:ктро (и;((за 1 ! " 1 С(()f;»(!1 !,1(!(",:!r " P(:М . .:.(jr T Ы(Ч(! . И!)

f3 0 ã 03;;;,; .; ):- } rj:>.! 1 )1((,,"В(I (ДТ, - ;IЯ((1 )10", Н т) (> r !- r)--: :, Г У > (1, Е . 1>>10 ГС 1(",i!1;(!

rr;1-, ::r;,r(- Г, в,, 1 с:: : 1, Г Г . : (, ", 1 с ш}1(i; "111

r >, " > r rf" ((» (я rl}0prj((1)i)!3(?, 1(1,.! 1> i, l" » .:> 1 }:i.i;i l! I>(ll!; >r)r)",К

Q1/ Вд к третьему вхоцу сумматора 1 и ос Гавшемуся входу блока 19 перемножеи:.я, выход которого подсоединен к в fopoj вЂ, входу сумматора 7. Выход устройства 10 сброса подсоединен к

".-.Тановочному входу (,входу установ;и нуГ(Я,1 счетчика 11. Выход усилителя 2 мощности поцкл)очен к входу вибровозбупителя 20 на поцвижном элетаятЕ КОТОРОГО УСтаИО?3ЛЕН ДатЧИК 3 !

? ОЛОЖЕ Н:ИЯ матчи((ом 3 пс) ожения может быть т,r -. 3 >1 i; ((7

> 1

> (1,.:. фтi I ;.,.)i >P(1)1(Е.>,"- фУ 1!(,)((! И(К!ТТ;)>1 !)(() :01 ::1 ", Г();)! С . }а fl;1 Il)i!Г

0;}.111:;т 1 .(>-„.!О,;:;(>,(х :. »(011 (т с)-!с !>ан (т!»

});1 ) r i!!, Г I: " ; 1;) »! I .. ; r.: (! 1>.. 1 (. Р j 1)I!! f:

1, б»)(!r . ",. 30})1)(- .Г,(1!;>I>I>! 1(в })И1 (> - i(i l 1))(1> i(i 3 IT li 1 >, >»;,,> 1 ()}), >(» " 1 } Г>», } (} " )!; ;, .I l i) . I! r >if )j,:.!i 1 1(а

;;f>(i i . r I: ) I.)} f1(. .i . })>!-" 0.

}((),f f(- т; ",, If .1 1 (.;f>; !(:,;f i> — !I(I -"-):т>

>1(»fi >, i, :ii;. °,, -. )(i . >" у,r, i т; (() fi(1 (т>

i!(»l)1 .Ñi ". > . 5. r)I(а !,(j (I)i)(:)(»(1 iiil ) т) 1 r il >(>(! (., }(I,!.: 11>С > ((1», К } r 3 т(п! (>1 (;0;- .

БЫ, 0,1, r,;.0!; }. С > »!»(((01);: i 1 ((}Г

О! >(т. v)(... +r 1 > > i);>)» (»1 (>(» >, ., }f > ...,. r .:.((>(!(> U;,l r.,!0;"i I?0(i(0" :jj >(и-!ОГО 1.

1(» >)1>() .f; ° >, r .;r;:,;;,-,:., -(0P j» } ) - ;.,-. >И>- 1

;;;; (li );, . > r, >(i. . r .> я Ги ((и ()>}) Ов>(»1 т (»,,(1(f>(j>> 11,т (: r -" r ; Г ".. 01 0 11С,,К,i (1}(ЕT;b!

1! >, ()ц! ", TI r}T»»а»)r (10! r)1 !! т,i:(r >)11 O тел>»т,1,III, . ) . Б >1».() )ь> и ();30i 0

0 ", .11 "::... е -?3(1(в 3 тт()л-,.;: епт- т:.оцс00(11> !1 »111>1 (?13.0 ((1(> K OH?(3)TP е ГО.)(1 1 О

:1(11(0> . >(0 ".1:(11 r ) с. 1" 3 (т 0Г (»З)11 0;;В ГС!) Гт>

I! 1;;»:1(у!i -»(!,)л >0>-,к)»i.i->е() " с=!этно чу вхОИУ с", i - .(K If (: Б(>1 (01?, . !)» ) него

>((»1(В) j 13ыхо}, ц(.. т(ика (((»,т(с»)!((} (>ия по(?сос)СИ.(ень! (1)х(1(та}»,-. г()ccãj;åг0 с ум-» .1 .. 0 р ..> 1 Я . (* > Г т,, -, Г >» (1 >: r- ) (r ) т j T, т к} т т }= »

К;)ХОД > " (Н) i ". .>: I К. 1 (ПСО ЕМНОжв

1)ия. Бых ),(, j) Орого Ц(Ц2 I 4 (;дцк! ючен г ебой с ерийпо выпускаеж(й датчик линейного перемещения„

Блок 4 дифференцирования может

i»:>! . Ь ВЫПОЛ!(СН l3 ВИДЕ ДВу Х ОЛОКОВ т,а Чиха -)(000= frj И даТЧИКа уСКОрЕ-.

ИГ(13 13 " Ц Е,Г Иффе (ЗС1113 ИР > IОЩЕ ГО

:: И}-:.ГРа,фт)Г> -(1, С СУЩЕСТВ) ЯЮЩЕГО

:. :(е;. ие,.п(ффе рент(пель>ного уравнения!

, т ". .,,, у (1 } 1:. к а с 0 О т в (т 07 )3 p I-I jj 0 к)к) ((- 110ст Оян:.>ая вр мели

В(3((! (((На (Л цилжва битЬ дОСтатОЧПО

i, r1. rr1>-, -. (»»jr Ч f 0»Ы Л>тт. (>!(111(а;-цнффЕ— () > .111 }!11. >). :> (еj 0 (эи!!1» 1p I ») (лr к азывя иа rjj(f)3;втке с jcте"г>(т; -те-том. (.::р) ак (-1--.,3(ки д()ст;31:0)jj(0 обе(Лечить ("- -" J I r3!. Гд; >,.„, макси1ла>(ь > а i час f 0ò8 ° 30с Ipоиз В0!?(> мая устрОЙ

С-()>Oi-!. (> 1) (ЛЬ >тсйШЕМ ПОЛаГ=ЕМ с. -X r =-X

Б качестве )(вухпозицио(-ного реле

5 -(ожет бь!Ть использован операционл:-»гй усилитель., втслюченный бсз обрат::.Ой связи, ?1ри этом на один из входов усилителя подан нулевой потенциал„ HT0pОЙ вхОд усилителя является

:ХОЦОМ РЕЛЕ, и I3ЫХ0Д УСИЛИтЕттЯ

-ы(0дОМ реле, Назначение задатчика 9 кола

;.i: р МЫ = форМИр ОВ аНИЕ т(од;. адр ЕС а обла:ти в блоке 12 памяти,, где хранит>> I:

c."> информация о = ðåáóåìîé форме колеоаний. Задатчик 9 может быть выпu;(jje» !) виде многопозиционного переключателя и (1(ифратора. При этом переключатель поочередно поцает

"f..r(0)(Ий ПОтЕНЦИаЛ На В::.-.ОДЫ ШИфРатОра fj на выходе последнег0 формируется двоичный код, соответствующий положению пере}ключателя. Выходы шифратop=- я(вляются выходами эадатчика

У(КОДа (b0PI"jjj.

Устройство 10 сброса формирует импульс. устанавливающий в нуль счетчик 11, Ojjo может быть выполне120 3488 но на базе логического инвертора, на вход которого подан сигнал с интегрирующей к - С -цепочки, подключенной к источнику питания. При этом скорость нарастания напряжения на входе инвертора меньше скорости нарастания напряжения источника питания, в результате чего на выходе инвертора формируется короткий положительный импульс, поступающий из устройства

10 сброса на вход установки нуля счетчика 11.

В качестве запоминающего устройства может быть использовано перепрограммируемое запоминающее устройство типа К573РФ2. ЦАП 13-15 могут быть применены серийные типа

К572ПА1. Компаратор 16 может быть применен серийный типа К521САЗ.

Назначение формирователя 17 им-. пульсов — формирование коротких им— пульсов одной полярности при каждом (положительном или отрицательном) перепаде напряжения на выходе компаратора 16. Формирователь 17 может быть выполнен в виде двух одновибраторов, инверсные выходы которых подключены к входам схемы И-HE. Выходом формирователя является выход схемы И-НЕ.Выходной сигнал формирователя подан на вход запуска первого одновибратора и одновременно через инвертор — на вход запуска второго одновибратора.

Алгоритм управления, использованный в предлагаемом устройстве, обеспечивает движение системы в фазовом пространстве по траектории, соответствующей заданному периодическому процессу. Динамика вибровозбудителя, например, электродинамического типа с достаточной степенью точности может быть описана нелинейным дифференциальным уравнением третьего порядка, представленным в виде

К = Х(х,1)+6(Х, Е)0,, (1) где f (к,k), 5(X,+) — нелинейные функции, X (к,х ) — вектор сос.— тояния вибровозбудителя, U — - управляющее воздействие (сигнал на входе вибровозбудителя);

1 - сигнал на выходе датчика положения подвижного элемента вибровозбудителя 20 (2) 2 g;(X — g,)+ Х =О, где с1;, о; — параметры;

20 номер участка.

Для каждого участка определим также абсциссу Хп его конечной точки (точки измерения параметров о;, ). Для участка 1 — 2 (фиг.Ç), например, это будет Х „„

Таким образом, -й участок кривой (фиг.З) задан тремя параметрамп: а, 8, Х„ . Изменение a;, (; происходит в момент совпадения текущего

30 значения Х и

Напряжение управдения, поступающее на вход вибровозбудителя, формируется в соответствии с уравнения0 = -K (X+ cC V sign x+6i ) 35

9 = и „x + 2 6 (Х - < g ), (3) где — величина, характеризующая отклонение траектории движения системы от заданной;

40 коэффициенты >о

1 масштабйый коэффициент.

Уравнения (3) записаны в предположении что 7 = у,; где -å., 45 формируемые блоком 4 дифференцирова— ния оценки соответственно Х

Движение объекта управления (вибровозбудителя) (1) при управлении (3) и достаточно большом к описывается "вырожденным" уравнением

Х = -ay sip х-6; (4) Проанализируем характер изменения величины 9, используя аппарат второго метода Ляпунова. Для этого выберем функцию Ляпунова вида

v(v) — — ч

Пусть, например, необходимо воспроизвести на выходе вибровозбудителя 20 колебательный процесс Х(1) (фиг.2), которому соответствует на фазовой плоскости (Х,X) кривая, представленная на фиг.3. Последовательнссть движения изображающей точки по ней: 12-3-4-5-2-3-4-6-7-8-9-10-7-8-9-1-2-... Соответствующие

10 точки фиг.2 и 3 обозначены одинаково.

Кривую, изображенную на фиг.3, разобьем, на участки (например: 1-2;

2 — 3-4;4-5-2, 2-3-4-6, 6-7;7-8-9;9 †10-7, 7-8-9-1;) и аппроксимируем каж-

15 дый отрезок параболы, описываемым уравнением

1203488

55 и найдем ее полную пооизвопную по

v(9! = УУ = 2 9 x (х+ Ь;)

С учетом выражения (4)

Y = -2. GC- у (х I - О °

Таким образом, алгоритм (3) обеспечивает стремление У 0 всюду, за исключением оси х =О. "Застревание" системы при X =0 исключено, так как при этом х =- 6,/О

Коды параметров участков аппроксимации хранятся в запоминающем устройстве ЗУ 12. Все три параметра (;, ;, хц; ), соответствующие одному участку, считываются одновременно и преобразуются и аналоговые сигналы с помощью ЦАП 13-15. Адрес ячейки запоминающего устройства, в которой хранятся коды параметров, определяется счетчиком 11, число возможных состояний которого равно количеству участков аппроксимации. В памяти могут храниться коды параметров, соответствующих колебаниям различной формы. Изменение формы колебаний производится задатчиком 9, выходы которого являются старшими разрядами кода адреса и определяют, таким образом, область в запоминающем устройстве, где хранится соответствующая группа параметров. Устройство

10 сброса, устанавливающее при включении питания в нулевое состояние счетчик 11, необходимо для согласования начальных условий аналоговой и цифровой частей предлагаемого устройства.

Разбиение фазовой траектории, соответствующей заданной форме колебаний, на участки аппроксимации следует делать так, чтобы конечная точка участка однозначно определялась заданием лишь абсциссы Х„, Этому условию не удовлетворяет, например, участок 1-2-3-4 (фиг.3), так как абсцисса Х, соответствует двум точкам 2 и 4. В этом случае изменение параметра произойдет в точке 2, и дальнейшее движение системы будет происходить по траектории обозначенной пунктиром. Нежелательно также выбирать точки "стыковки участков на оси х =О, 9ак как в этом случае из-за малой скорости изменения х возможна неустойчивая работа компаратора 16 и сбои в работе устройства.

10 t5

Предлагаемое устройство позволяет формировать на выходе вибровозбудителя 20 колебания любой заданной формы с ограниченными по величине первой и второй производными. Точность воспроизведения определяется точностью аппроксимации.

Регулирование частоты колебаний в предлагаемом устройстве может производиться изменением коэффициента передачи ; сумматора 7 по входу, подключенному к выходу квадратора 6. Для изменения амплитуды колебаний необходимо одновременно с этим изменять коэффициенты передачи по входам сумматора 18 и компаратора 16, подключенным к выходу датчика 3 положения, что усложняет управление устройством. Поэтому в случае необходимости перестройки амплитуды целесообразно последовательно с датчиком 3 поЛожения включить усилитель-задатчик с изменяемым коэффициентом передачи . Модифицированный алгоритм управления будет в этом случае иметь вип

U = -К (х + ос. 9 Sign х + 6; );

9=и „ ч,х +г 6, { и, х -а,>

Изменение коэффициента эквивалентно изменению масштабов кривой фиг.3 по x u x . Это приводит к из менению амплитуды колебаний. Изменение же коэффициента нч„ изменяет масштаб кривой фиг.3 только по 1(и приводит к перестройке частоты колебаний. Таким образом, обеспечивается раздельная регулировка амплитуды и частоты колебаний без изменения их формы.

Введение в устройство сумматоров

7 и 18, блока 19 перемножения, компаратора 16, формирователя 17, устройства 10 сброса, задатчика 9, счетчика 11, запоминающего устройства 12 и ЦАП 13-15 позволяет сформировать на выходе вибровоэбудителя

20 колебания различных форм с регулируемой амплитудой и частотой. Это и приводит к расширению функциональных возможностей устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени выход датчика 3 положения отключен от входов блоков 4, 16 и 18 (х=О), а вход вибровозбудителя 20 отсоеди12034

40 где ч — сигнал на выходе сумматора 7; „- коэффициент передачи сумматора 7 по входу, подключенному к выходу квадратора 6.

Сигналы с выходов блоков 4, 8 и

14 суммируются блоком 1, усиливаются блоком 2, и B результате на входе вибровозбудителя 20 формируется алгоритм управления (3), который

50 обеспечивает стремление 9- О. По окончании переходного процесса 9=0, и система движется по желаемой траектории. Напряжения с выходов блонен от выхода усилителя 2 мощности.

После включения питания на выходах блока 4 дифференцирования устанавливаются сигналы Х =x=0 а устройство

10 сброса формирует одиночный импульс, устанавливающий в нуль счетчик 11.. Код адреса с выхода задатчика 9 и счетчика 11 поступает на входы запоминающего устройства 12, на выходах которого появляются коды па- 10 раметров,., 6, o!„ „первого участка желаемой траектории системы (фиг.3) преобразуемые затем ЦАП 13-15 в аналоговые сигналы. Сигнал 6„ с выхода преобразователя 14 поступает на вход 15 сумматора 1 и усиливается далее усилителем 2 мощности. В результате на выходе усилителя 2 появляется напряжение управления

О =-<6<, где К вЂ” коэффициент передачи усилителя 2.

После подключения выхода датчика

3 к входам блоков 4, 16 и 18 и выхода усилителя 2 к входу вибровозбуди- 25 тепя 20 подвижный элемент последнего приходит в движение. Это влечет изменение сигнала Х на выходе датчика 3 положения и появление сигналов

Х, Х на выходах блока 4 дифференци- 30 рования. Оценки производных с выходов блока 4, а также напряжения с выходов блоков 14 и 15, пропорциональные параметрам А„, 6,„, поступакт на соответствующие входы блоков

5-8, 18 и 19, в результате чего на выходе блока 8 формируется сигнал z в соответствии с уравнением

88

8 ков 3 и 13 поступают на входы компаратора 16. В момент равенства Х и ,Хя„ на выходе компаратора появляется перепад напряжения. По этому nepenajl ду формирователь 17 вырабатывает одиночный импульс, поступающий на счетный вход счетчика 11 и изменяющий его состояние íà 1. Соответственно изменяется код адреса на входе запоминающего устройства 12, и на его выходах появляются коды параметров ct, g, Х„ . Это приводит к изменению сигналов на выходах

ЦАП 13 — 15. В результате изменения коэффициентов 0,, 6; в алгоритме управления (3) система начинает двигаться по новой траектории, со— ответствующей следующему участку аппроксимации. Таким образом, траектория системы в фазовом пространстве оказывается составленной из отдельных участков с заданной точностью, аппроксимирующих желаемую траекторию.

Заданный процесс X(t) может быть и апериодический. Это позволяет использовать предлагаемое устройство в системах программного управления, реализующих заданный набор траекторий.

В качестве усилителя 2 мощности может быть использован усилитель с релейной характеристикой, что позволяет повысить КПД устройства в целом.

Устройство позволяет сформировать на выходе вибровозбудителя широкий класс периодических процессов.

Предлагаемое устройство имеет более широкую область применения.

Оно может быть использовано также для управления исполнительными механизмами различных типов с линейным и вращательным перемещением подвижного элемента в составе систем программного перемещения. Закон движения подвижного элемента может быть при этом как колебательным, так и периодическим. Регулирование частоты колебаний производится изменением только одного коэффициента усиления — по одному из входов сумматора 7. Это повышает точность установки частоты колебаний и упрощает работу с устройством.

1203488

ВИИИПИ Заказ 8415/50 Тираж 862 Подписное

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