Система управления вибростендом

 

Изобретение касается автоматического регулирования и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброкалибрующего средства. Цель изобретения - упрощение устройства. Цель до- . стигается тем, что выход алгебраического сумматора подключен к выходу усилителя мощности и в устройство дополнительно введены среднеквадратический детектор с многопозиционным переключателем. Кроме того, пель достигается тем, что в фазоуправляющем блоке использованы компараторы, а элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ вынесен в общую схему. При этом система содержит запоминающие устройства и связанные с ними функциональные узлы. Причем регулировка организована с использованием тождества U|3sinwt-U(,sin(u)t-ci) r2U,sin |- sin (wt+ -™- ). Фазоуправляющий блок, сравнивая фактическое возбуждение с его опорным значением, воздействует на d , задерживая вызов из блока памяти синусоидального сигнала, предварительно записанного туда с выхода задатчика вибраций. С изменением о изменяется амплитуда разностного сигнала , стабилизируя колебания вибростола на заданном уровне. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. с & (Л со о СП У: Х

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 05 D 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Uosinu)t U0sin((dt 8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫГИЙ.(21) 3980545/24-24 (22) 25..11.85 (46) 23.04.87. Бюл, N - 15 (71) Специальное конструкторское бюро "Виброприбор" (72) В.Д. Гусев, И.К. Конькова и И.А. Прохоров (53) 62,50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 769381, кл. G 01 N 7/00, 1978.

Вибрационный электродинамический стенд ВЭДС. Паспорт и инструкция по эксплуатации;Ростов-на-Дону:

Таганрогский завод "Виброприбор", Северо-Кавказский межотраслевой центр научно-технической информации, 1971, с. 21-24, рис. 18.

Калибровочное устройство КУ-2.

Описание, инструкция по эксплуатации и паспорт. — Ростов-на-Дону:

Таганрогский завод "Виброприбор", Северо-Кавказский межотраслевой центр научно-технической информации, 1972, с. 13-14.

Инструкция по эксплуатации автоматического возбудителя вибрационного стенда типа 1025! Пер. Ф 82099/О с англ. инструкции фирмы "Брюль и

Къер". — Копенгаген, 1967, с. 13-15.

Авторское свидетельство СССР № 459760, кл. G 05 В 11/02, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 495650, кл. G 05 D .19/02, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1084763, кл. G 05 D 19/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1117588, кл. G 05 D 19/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1259224, кл, G 05 D 19/02, 1985.

„„SU„, 1305649 А 1 (54) СИСТВИА УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОСТЕНДОМ (57) Изобретение касается автоматического регулирования и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброкалибрующего средства. Цель изобретения — упрощение устройства. Цель достигается тем, что выход алгебраического сумматора подключен к выходу усилителя мощности и в устройство дополнительно введены среднеквадратический детектор с многопозиционным переключателем. Кроме того, пель достигается тем, что в фазоуправляющем блоке использованы компараторы, а элемент HCKEOMAIOIILEE ИЛИ вынесен в общую схему. При этом система содержит запоминающие устройства и связанные с ними функциональные узлы.

Причем регулировка организована с использованием тождества

oL и -а

2U sin 2- J sin (et+ — — — )о 2

Фазоуправляющий блок, сравнивая фактическое возбуждение с его опорным значением, воздействует на Ы, задерживая вызов из блока памяти синусоидального сигнала, предварительно записанного туда с выхода задатчика вибраций. С изменением К изменяется амплитуда разностного сигнала, стабилизируя колебания вибростола на заданном уровне. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. нов использованы к омпараторы — такие же элементы, но с переменным порогом срабатывания, Эти отличия не связаны с дополнительными материальными затратами. Они не усложняют устройства и не увеличивают его стоимости.

Устройство работает в двух режимах, каждому из которых соответствует определенное положение переключателя 14. На фиг. 1 показан режим компрессии. Он основан на использовании тригонометрического тождества.

U sin t - U sin(u1:- с ) из которого следует, что разность двух синхронных синусных сигналов является синусным сигналом той же частоты с амплитудой, зависящей от угла g . При изменении g от 0 до 7 амплитуда разности меняется от О до

2U . На фиг. Зс,b, е показаны эпюры исходных сигналов U>, U и сигнала разности U . Индексы в обозначениях сигналов соответствуют номерам элементов, формирующих сигналы: U>

U<, U — сигналы на выходах элементов соответственно второго предварительного усилителя 4, блока 9 памяти, алгебраического сумматора 5.

Система работает следующим образом.

1 1305649

Изобретение касается автоматического регулирования и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброкалибрующего средства.

Цель изобретения — упрощение устройства.

На фиг. 1 показана функциональная схема системы; на фиг. 2 — схема фа- 10 зоуправляющего блока; на фиг. 3— эпюры, поясняющие работу системы.

Система управления вибростендом содержит датчик 1 вибраций, первый предварительный усилитель 2, задатчик 15

3 вибраций, второй предварительный усилитель 4, алгебраический сумматор

5, усилитель 6 мощности, вибростенд

7, источник 8 регулируемого опорного напряжения, блок 9 памяти, фазо- 20 управляющий блок 10, элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, генератор 12 тактовых импульсов, среднеквадратический детектор 13 многопозиционный переключатель 14. Задатчик 3 вибраций состоит из постоянного запоминающего устройства 15 значений функций цифроаналогового преобразователя 16, фильтра 17 нижних частот и имеет знаковый выход 18. Блок 9 памяти содержит аналого-цифровой преобразователь

19, оперативное запоминающее устройство 20, цифроаналоговый преобразователь 21, фильтр 22 нижних частот, знаковый выход 23. Переключатель 35

14 имеет выходы 24"27 соответственно первый, второй, третий, четвертый.

Фазоуправляющий блок 10 имеет сигнальные входы: первый 28, второй синхровход 29, потенциальный выход 30, 40 первый 31 и второй 32 числовые вы ходы, импульсный вход 33, и включает суммирующий счетчик 34, реверсивный счетчик 35, сумматор 36, сдвиговый двухразрядный регистр 37, первый 38 и второй 39 компараторы, шину 40 единичного потенциала, выход 41 переполнения суммирующего счетчика 34.

В предлагаемом устройстве задатчик 3 вибраций и блок 9 памяти идентичны соответствующим элементам из" вестного устройства (дополнительные знаковые выходы, подключенные к элементу 11, имеются и в известном уст) ройстве, но там они не используются в цепях внешней коммутации). Элемент ИСКЛ10ЧА10!ЦЕЕ ИЛИ 11 перенесен из фазоуправляющего блока в общую схему устройства, вместо нуль-оргасС 1 У- о

= f2U nin -")ninirut+ - — — ) о Я

На вход 33 в фазоуправляющий

1 блок 10 подаются с тактового генератора 12 импульсы частотой Г проти 9 порциональной частоте f возбуждения

6 стенда. Частота f определяется из ти соотношения f = N f где N — - коти личество точек на период сигнала, равный объему суммирующего счетчика ,34 (весу разряда переполнения), Такой же объем И имеет счетчик 35 и» каждое из запоминающих устройств; постоянное 15 и оперативное 20 ° Импульсы на входе 33 тактируют счетчик 34, вырабатывающий последовательность натуральных чисел в виде непрерывно повторяющегося ряда значений от О до N-1. С первого числового выхода 31 блока 1.0 эти числа подаются в задатчик 3 вибраций на адресный вход запоминающего устройства 15, ячейки которого содержат отсчеты функ ции синуса. Номер ячейки пропорцио3 13056 нален фазе отсчета, определяемой с дискретностью 27/N. Поэтому время прохождения чисел одного ряда по адресным шинам запоминающего устройства

15 соответствует одному периоду гар5 монической функции, формируемой на его выходе в виде потока кодов и преобразуемой в электрическое колебание преобразователем 16 и фильтром

17. t0

С выхода задатчика 3 вибрации гармонический сигнал в форме U sin(et принимается на вход предварительного усилителя 4 и по второму входу чет! вертого контакта переключателя 14: 15 проходит на вход блока 9 памяти (шина 27), который используется для получения сигнала U> sin(vt-aL). Блок

9 запоминает информацию с появлением импульса на синхровходе 29 фазоуправ-20 ляющего блока 10. Синхроимпульс обнуляет выход сдвигового регистра 37, связанный с потенциальным выходом 30 блока 10. Сигнал "О", передаваемый по проводу с выхода 30 на управляю- 25 щий вход блока 9 памяти, задает запоминающему устройству 20 режим записи. Реверсивный счетчик 35 устанавливается в нулевое состояние, поэтому сумматор 36 пропускает на выход 30

32 фазоуправляющего блока 10 числа, идентичные выходу 31. В результате содержимое задатчика 3 переписывается в блок 9 памяти по тем же адресам.

В процессе записи входной сигнал дискретизируется, преобразуется с помощью преобразователя 19 в поток двоичных кодов и записывается в ячейки запоминающего устройства 20 с тактовой частотой генератора 12. 40

Наличие двух разрядов сдвигового регистра 37 обеспечивает полную запись сигнала в память — всех его значений за период — независимо от того в какой момент времени на вхо- 45 де 29 блока 10 появляется импульс синхронизации. Импульсы переполнения счетчика 34 тактируют регистр 37, занося в его разряды сигнал "1" с шины 40. На потенциальном выходе 30 50 блока 10 сигнал " 1" появляется после второго переполнения счетчика 34. который к этому моменту отформирует всю последовательность адресов О.. °, N-1 и обратится к каждой из ячеек запоминающего устройства 20 для закиси в нее кода преобразователя 19.

С установлением единичного потенциала на выходе 30 запоминающего устройства

49 4

20 он перейдет в режим считывания записанного сигнала, который преобразуется в аналоговый электрический сигнал с помощью преобразователя 21 и фильтра 22 и подается на инвертирующий вход сумматора 5. Не имеет значения, какому адресу в запоминающем устройстве 20 соответствует начало периода записанного сигнала, так как значение угла с, от которого зависит амплитуда колебаний стенда и который пропорционален разности фаз воспроизводимых сигналов, в дальнейшем поддерживается автоматически. Но совпадение адресов и фаз в запоминающих устройствах 15 и 20 позволяет начать регулировку возбуждения с "0" и тем самым избежать динамического толчка в системе. В первый момент, когда реверсивный счетчик 35 еще пуст, ав блоке 20 памяти уже началось считывание, фазы сигналов U> и U совпадают. Усилитель 4 передает сигнал U на прямой вход сумматору 5, не изменяя его амплитуды (провод 24 отсоединен от нулевой шины переключателем 14, инвертирующий вход усилителя 4 сохраняет связь только с выходом, и имеет место схема (фиг. 2) повторителя °

Вследствие этого совпадают фазы Us и U, и на. выходе сумматора 5 сигнала нет (фиг. 3 «). При отсутствии возбуждения нет сигнала в цепи датчика 1 вибраций, а значит, — на выходах предусилителя 2 и детектора 13.

Компараторы 38 и 39 сравнивают сигнал детектора 13 (U ) с опорным напряжением U от источника 8.

Уровень напряжения устанавливается оператором, и так как в первый мо- . мент U> 7 U д, компараторы 38 и 39 выдают логические сигналы соответственно U = О, U з = 1. Сигнал U g = 1 задает счетчику 35 режим вычитания. На счетный вход счетчика 35 по про воду 41 приходит импульс переполнения суммирующего счетчика 34 — один импульс за период. Счетчик 35 засчитывает импульс и передает его в виде кода разности (т.е. в виде дополнительного кода "единицы") на второй вход цифрового сумматора 36. После этого числа адресного потока, проходящие через сумматор 36 на выход

32 блока 10, уменьшаются на единицу.

Это приводит к тому, что сигнал блока

9 памяти вызывается с запаздыванием

1305649 6 следнего выбран так, что при отсут45

= 2

К =1+ — -=1+ ус

1 Вх

5 на .>дин такт, угол с приобретает значение 2Х/N и на выходе сумматора 5 поя»вляется небольшой сигнал возбуждения. Стенд 7 приходит в движение и детектор 13 формирует пропорциональ 5 ный амплитуде колебаний среднеквадратический сигнал. Если колебания оказываются меньше заданного уровня, с началом нового периода разность в счетчике 35 увеличивается на единицу 10

1 и соответственно на один квант увеличивается угол запаздывания с

Возбуждение стенда 7 возрастает (фиг ° 3 6). Так продолжается до тех пор, пока величины U и U z не до- 15 стигают равенства. В случае Уг, =U28, на выходах компараторов 39 и 38 фиксируются "О", и счетчик 35 перестает реагировать на счетные импульсы U

Интенсивность колебаний достигает 20 заданного уровня.

При перевозбуждении (U<<(U < ) выходные сигналы компараторов принимают значения U 1, 099 0 и счетчик .35 переходит в режим суммирования, 25

Тогда с каждым периодом сигнала

U ain t угол сс уменьшается, уменьшая амплитуду колебаний стенда 7, QoKa равенство Б2с= Ugg не ВоссТаНо вится, 30

Если считать максимально допустимым на выходе сумматора 5 напряженйе

2U sinvt система обеспечивает компрессию сигнала возбуждения во всем диапазоне значений.

Другая функция системы - коррекция формы колебаний — реализуется при изменении положения переключателя 14.

Провод 24 подключается к шине нулевого потенциала, и усилитель 4 принимает вид масштабного блока с прямой передачей сигнала. Коэффициент усиления К с равен где R < — сопротивление обратной 50 связи, R — входное сопротивление инsx вертирующего входа.

Кроме того, вход детектора 13 подключается к выходу элемента ИСКЛСЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, вход 26 блока 10 — к шине нулевого потенциала, а вход 27 блока 9 памяти — к выходу предусилителя 2. Коэффициент перецачи поствии искажений амплитуда сигнала на входе 27 блока 9 памяти равна U

Как и в первом случае, система начинает работать с появлением синхроимпульса на проводе 29. Регистр 37 устанавливается в "0", блок 9 памяти переходит в режим записи, выход его запирается, и на инвертирующем входе алгебраического сумматора 5 фиксируется отсутствие напряжения. На вибростенд 7 проходит синусный сигнал возбуждения, а если его частота кратна резонансной, могут возникать искажения формы колебаний вибростола.

Электрический сигнал на выходе предусилителя 2 пропорционален колебаниям стенда и описывается выражением

U>= У з>.п(ы -a) + X(1.(1-o/ыЦ, где Х(С) — искажающая функция с - отставание по фазе относительно U3 (масса вибростола не может мгновенно придти в движение и создает естественную задержку колебаний).

Сигнал U подается на запись в запоминающее устройство 20. Запись продолжается до второго переполнения счетчика 34, затем записанный сигнал начинает непрерывно воспроизводиться.

В первый момент воспроизведения, когда счетчик 35 еще остается в "нулевом состоянии, имеет место равенство: U = U< и U также отстает от U> по фазе на угол с . Знаковые функции U и U,>3 aar oìèíamùèõ уст2 ройств системы айализирует элемент

ИСКЛЮЧЖОЩЕЕ ИЛИ 11, Он формирует импульсы, пропорциональные разности фаз сигналов, и передает их в детектор 13 для усреднения. Продетектированный сигнал сравнивается с "01, и компаратор 38 устанавливает счетчик

35 на суммирование ° В результате после каждого переполнения счетчика

34 угол о(уменьшается, пока не до-. стигает значения "0". Так как угол не изменяется, оставаясь все время равным "0" то счетчик 35, в реламе коррекции на вычитание вообще не работает. Единственным устойчивым состоянием системы является совмещение фаз Б„з и U2» так как только в этом случае U>> = Бз = 0. Эпюры U<>

U», У„, показаны для случая (= 0 (фиг. Зо), 0 с с 7 (фиг. 3 Б ) и

7 1305 = 7/ (фиг ° 3 6) . При совмещении знаковых функций (= О, и на инвертирующем входе сумматора 5 остается сиг-, нал U > = Uzsincut + X(t). Он вычитается из синусного сигнала с удвоенной 5 амплитудой, вырабатываемого усилителем 4

U =U<-U>=2U

Таким образом, возбуждающее воздействие, пропорциональное U< на выходе алгебраического сумматора 5, оказывается искаженным в такой же сте. пени, но с другим знаком, что приводит к выравниванию колебаний вибростола по форме образцового сигнала.

Система значительно проще известной и в то же время решает все задачи по калибровке виброизмерительных датчиков.

Формула изобретения

1. Система управления вибростендам, содержащая датчик вибраций, подключенный к входу первого предварительного усилителя, последовательно соединенные задатчик вибрации, второй предварительный усилитель и алгебраический сумматор, а также усилитель мощности, соединенный последовательно с вибростендом, источник регулируемого опорного напряже- 35 ния, блок памяти, фазоуправляющий блок, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и генератор тактовых импульсов, к выходу которого подключены импульсные входы блока памяти и фазоуправляющего бло- 40 ка, синхровход которого соединен с шиной синхронизирующих импульсов, первый числовой выход фазоуправляю1 щего блока связан с входом задатчика вибраций, а второй числовой вы- 45 ход — с адресным входом блока памяl ти, управляющий вход которого соединен с,потенциальным выходом фазоуправляющего блока, а выход — с вторым инвертирующим входом алгебраического сумматора, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью упрощения, введены среднеквадратический детектор и многопозиционный переключатель, у которого первые входы первого и третьего контактов подключены к шине нулевого потенциала, первый вход вто649 рого контакта — к выходу элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены со знаковыми выходами задатчика вибраций и блока памяти, первый вход четвертого и второй вход второго контактов многопозиционного переключателя соединены с выходом первого ,предварительного усилителя, второй вход третьего контакта — с выходом источника регулируемого опорного напряжения, второй вход четвертого контакта — с выходом задатчика вибраций, многопозиционный переключатель соединен выходом первого контакта с входом управления второго предварительного усилителя, выходом второго контакта через среднеквадратический детектор— с первым сигнальным входом, выходом третьего контакта — с вторым сигнальным входом фазоуправляющего блока, выходом четвертого контакта — с входом блока памяти, а выход алгебраического сумматора подключен к входу усилителя мощности.

2. Система по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что фазоуправляющий блок содержит первый и второй компараторы, суммирующий и реверсивнйй счетчики, сумматор и сдвиговый регистр, у которого вход установки в

"0" соединен с синхровходом блока, сигнальный вход — с шиной единичного потенциала, тактовый вход — с выходом переполнения суммирующего счетчика, выход — с потенциальным выходом блока и с входом установки в "0" реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом сумматора второй вход которого соединен с первым числовым выходом блока и с выходом суммирующего счетчика, вход которого соединен с импульсным входом блока, у которого второй числовой выход является выходом сумматора, причем прямой вход первого компаратора соединен с инвертирующим входом второго компаратора и с первым сигнальным входом блока, а прямой вход второго компаратора соединен с инвертирующим. входом первого компаратора и с вторым сигнальным входом блока, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с входами управления суммированием и вычитанием реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу переполнения суммирующего счетчика.

3305649

1305649 /77 !

Составитель Л.Птенцова

Редактор Н,Рогулич Техред И.Попович Корректор А.Зимокосов

Заказ 1450/45

Тираж 864 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4