Система управления вибратора

 

Изобретение относится к системам управления возвратно-поступательных механизмов и может быть использовано при проведении виброиспытаний новых машин, о.борудования, приборов, а также при построении систем управления компрессоров, насосов, виброударных механизмов. Целью изобретения является повьппение помехозащищенности вибратора. Цель достигается тем, что в систему управления вибратора , содержащую блок управления 1, задающий генератор 2, блок сравнения 5, усилитель 7, вибровозбудитель 8, датчик положения 9, блок дифференцирования 10, суммирующее устройство 4, вводятся генератор пробного сигнала 3, блок перемножения 6, вычислительный блок 11 и интегратор 12, Такая структура системы управления вибратора позволяет при тех же требованиях к точности воспроизведения заданных колебаний повысить по-. мехозащищенность вибратора. 1 ил. с в сл САЭ СП СО оо ot

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 05 В 13/02, В 06 В 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

/,Ь

ОЛИС НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ""

/ ь.", Ct i,с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4010968/24-24 (22) 07.01.86 (46) 07.06.87. Бюл. У 21 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) С.В. Колмаков (53) 62,50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 986509, кл. В 06 В 1/04, 1983. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВИБРАТОРА (57) Изобретение относится к системам управления возвратно-поступатель-ных механизмов и может быть использовано при проведении виброиспытаний новых машин, оборудования, приборов, а также при построении систем управления компрессоров, насосов, виброSU 1 1536 Ai ударных механизмов. Целью изобретения является повышение помехозащищенности вибратора. Цель достигается тем, что в систему управления вибратора, содержащую блок управления 1, задающий генератор 2, блок сравнения 5, усилитель 7, вибровозбудитель 8, датчик положения 9, блок дифференцирования 10, суммирующее устройство 4, вводятся генератор пробного сигнала 3, блок перемножения 6, вычислительный блок 11 и интегратор 12. Такая структура системы управления вибратора позволяет при тех же требованиях к точности воспроизведения заданных колебаний повысить поф мехозащищенность вибратора. 1 ил.

1315936

Изобретение относится к системам управления возвратно-поступательных механизмов и может быть использовано при проведении виброиспытаний новых машин, оборудования, приборов, а 5 также при построении систем управления компрессоров, насосов, виброударных механизмов.

Цель изобретения — повышение помехозащищенности вибратора, На чертеже приведена функциональная схема системы управления вибратора.

Система управления вибратора содержит последовательно соединенные блок 1 управления и задающий генератор 2, генератор 3 пробного сигнала, суммирующее устройство 4, блок 5 сравнения, блок 6 перемножения, последовательно соединенные усилитель 7 мощности, вибровозбудитель 8, датчик 9 положения и блок 10 дифференцирования, первый выход которого подключен к второму входу блока 5 сравнения, а второй — к третьему входу суммирующего устройства 4, последовательно соединенные вычислительное устройство 11 и интегратор 12, выход которого подсоединен к первому вхо30 ду блока 6 перемножения, причем выход задающего генератора 2 подключен к первому входу суммирующего устройст— ва 4, выход генератора 3 пробного сигнала подсоединен к четвертому входу суммирующего устройства 4 и вто- 35 рому входу вычислительного устройства 11, выход суммирующего устройства 4 подключен к первому входу блока 5 сравнения, выход последнего подсоединен к второму входу блока 6 перемножения, а выход блока 6 перемножения подключен к вхоцу усилителя 7 мощности. Кроме того, выход датчика 9 положения подключен к второму входу суммирующего устройства 4, первый выход блока 10 дифференцирования подсоединен к первому входу вычислительного устройства ll, а выход последнего подсоединен к входу интегратора 12.

Вычислительное устройство, например, может содержать сравнивающее устройство 13, два амплитудных детектора 14 и 15 и полосовой фильтр 16, причем выход последнего подсоединен к входу первого амплитудного детектора 14, выход которого подключен к первому входу сравнивающего устройства 13, выход второго амплитудного детектора 15 подключен к второму входу сравнивающего устройства.

Первым входом вычислительного устройства является вход полосового фильтра, вторым входом — вход второго амплитудного детектора, а выходом— выход сравнивающего устройства.

Блок 1 управления в простейшем случае может быть выполнен в виде двух управляемых резистивных делителей, подключенных к источнику стабилизированного напряжения. С одного из этих делителей снимается сигнал задания амплитуды, а со второго сигнал задания частоты колебаний на выходе задающего генератора.

В качестве задающего генератора 2 может быть применен серийный генератор испытательных сигналов СУВУ-4, в качестве усилителя 7 мощности— серийный усилитель УС-1Н-25, входящий в состав оборудования для виброиспытаний АВДИ-1Н с электромагнитным вибровозбудителем СВ-lOOH.

Датчиком 9 положения может быть любой датчик линейного перемещения, например типа ДЛП-1. Блок 10 дифференцирования может быть выполнен в виде дифференцирующего фильтра, построенного по принципу следящей системы, блок 6 перемножения — в виде стандартного узла на микросхеме

525ПС1. В качестве генератора пробного сигнала может быть использован любой генератор синусоидального сигнала, например Г3-53.

Суммируюшее устройство 4, блок 5 сравнения, полосовой фильтр, амплитудные детекторы, сравнивающее устройство и интегратор 12 могут быть выполнены по известным схемам соответствующих узлов, построенных на базе операционного усилителя.

11атематическая модель известной системы управления вибратора в общем виде может быть записана

x — f(x»x,t) + Ь(х,х»t)U» (1) где х,х,x — положение, скорость и ускорение подвижного элемента вибровозбудителя;

U — напряжение на выходе усилителя 7 мощности;

Ь вЂ” ограниченные нелинейные функции.

Напряжение на выходе усилителя 7 мощности в известном устройстве сфор— мировано по закону

1315936

Я Т Т

2 2

Л вЂ” f — . — f +

bk(bkg

lu Т

z м- — ——

bk| .

45

b s„d»»» (7) 3

11 = kT к (V- x+)h-dTy — Т у), (2) где k — коэффициент усиления усилителя мощности;

V — сигнал на выходе задающего генератора; коэффициент передачи датчика положения;

h — - суммарный сигнал помехи, приведенной к входу датчика положения; у, у — оценки соответственно х и х, полученные на выходах блока дифференцирования;

Т, d — постоянная времени и коэффициент желаемого уравнения движения для подвижного элемента вибровозбудителя:

Т.х + dTx + х = V, (3) где х — желаемое положение подвижно- 2О

ro элемента вибровозбудителя.

Динамика блока 10 дифференцирования может быть описана линейным дифференциальным уравнением 25 р у + (3py + у = 1?(х-h),. (4) где p — постоянная времени;

P — коэффициент.

При выполнении стандартных требо30 ваний к параметрам усилителя мощности и блока дифференцирования

bkg» 1; puT; T» — p (5) р уравнение динамики известной системы управления вибратора может быть пред- 35 ставлено в виде г й4 Т " ЯРТ,. 2., — х+ — --х+Тх+dTx+õ=

bk(bkg

1ц2 Т РР» Т

+- — — f -- — f+

bkg Ъ у bkf

+ у (p V + (V + V) — Т h

dTh (1) g " 1 (1»1 где f = С. Ь, Г С.. (х-f) (-) 1 о,»

С. — биномиальные коэффициенты.

Заранее полагая достаточно малым отклонение выходной координаты x(t) от траектории, заданной желаемым уравнением движения (3), можно считать, что решение последнего уравнения близко к решению линеиного не55 стационарного уравнения

tu Т ." PIVOT х+ — — х+Тх+dTx+х= ь|g йу

+ ((V + pV + V) — Т h " — (6)

rye b» f»,f,, f — значения соответственно Ъ» f, Е при x(t) .=

: = х (t).

При выполнении соотношений (5) характеристическое уравнение, соответствующее дифференциальному уравнению (6), .при достаточно медленном изменении функции времени b может быть представлено в виде а Р 2 (Т р + dTp +1) (— р +

k|

+ — р+ 1) =О.

ЛР

bkII

Таким образом, составляющая ошибки (t) = x(t) — х (t), обусловленная наличием помех в канале измерЬния ошибки, в операторной форме может быть определена из соотношения

Ъ(р) ь„(р)

1+Pp(bkg) p+p (ÜkÓ) р

Следовательно, для сигнала помехи известный вибратор представляет собой фильтр нижних частот, постоянная времени которого

JU

Я= — — —— bb g определяется величиной постоянной . времени блока дифференцирования р и коэффициентом усиления bky. При выбо-, ре коэффициента k из условия статической точностиk Ь у Ь Т (p f2 +ppf„ + ст)» где Ь вЂ” допустимая статическая ошибка;

f,,f,,f — значения функций ст »ст 2ст

Й, й,, f при х

= const; минимальное значение постоянной времени при изменении функции времени

1» в интервале (b, „, Ьмакс)равно где

2 f, +» f +

Таким образом, помехозащищенность известного вибратора определяется величиной отношения b „„ /b„„„ при этом на выход вибратора проходят практи1315936

55 чески без подавления все гармоники сигнала h(t) вплоть до частоты

M о мсккс

Я

Ьт1 ми!!

Кроме того, при изменении функции

Ь меняется положение полюсов передаточной функции MÄ(p) = Ь(р)/h(p),÷òo может привести к дополнительному увеличению вклада" некоторых гармонических составляющих сигнала h(t) в выходную координату x(t).

Устройство работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени — подвижный элемент вибровозбудителя 8 находится в положении x(to)=

= х, x(t ) = О, x(t ) = О, усилительный каскад 7 отключен от вибровоэбудителя 8, и пусть на задающий генератор 2 поданы сигналы с блока 1 управления, задающие частоту и амплитуду колебаний, такие, что выходной сигнал задающего генератора 2 имеет вид

V = A,sin(,t), где А и у, — амплитуда и частота ! колебаний.

Тогда на выходе блока 10 дифференцирования в соответствии с уравнением (4) устанавливаются сигналы

y(t ) = О, y(t,) = О. Выходной сиг— нал сумматора 4 4 (t) представляет собой сумму желаемого значения второй производной сигнала с датчика 9 положения и напряжения с выхода генератора 3 пробного сигнала S

= А sin(g t) и формируется в соответг ствии с выражением

4 (t) = T (А,sing,t + A2s1nñ) dTy — |% х) .

На выходе блока 5 сравнения формируется разность Ь = 1 — у. Тогда в момент-времени t, на выходе блока сравнения будет сигнал Ь(t) = )(,).

На выходе полосового фильтра (блока 11), динамика которого может быть описана дифференциальным уравнением

=((, +",)у, (8) где,, !, — постоянные коэффициенты, в начальный момент времени устанавливается сигнал z(t,) = О. На выходе первого амплитудного детектора в этом случае также нулевой сигнал P„(t) =О, а на выходе второго амплитудного деf0

45 тектора в лн>бой момент времени при- сутствует сигнал о = А . На выходе устройства сравнения формируется напряжение !.г =- О -,, и в начальный момент времени То оно равно (э (С )

= А . В этом случае интегратор 12 входит в режим ограничения и на его выходе устанавливается сигнал R =

Пог где По напряжение на Bb! ходе реального йнтегратора, схема которого построена на базе операционного усилителя, в режиме ограничения. На выходе блока перемножения формируется сигнал Q = R!!!, который в начальный момент времени принимает значение Q(to) = U„ Q(t ). Напряжение на выходе усилителя 7 мощности имеет вид

= 1кЬ (9) и в момент t = to равно

U(t ) = kUorp Т (А, sing,to +

+ A sinu

При подключении выхода усилителя 7 мощности к входу вибровозбудителя 8 напряжение U(t ) вызывает возникновение тягового усилия, что приводит к перемещению подвижного элемента вибровозбудителя 8 и изменению выходного сигнала датчика 9 положения. Сигнал ошибки Ь() на выходе блока 5 сравнения начинает уменьшаться. Кроме того, в соответствии с. уравнением (1) в сигнале x(t) появляется составляющая С частотой ы

Составляющая этой же частоты появля— ется и в сигнале на выходе блока 1О дифференцирования y(t). Так как параметры полосового фильтра выбираются такими, что максимум его амплитудночастотной характеристики соответствует частоте сдам, составляющая этой частоты сигнала у(1) практически без, искажения проходит на выход полосового фильтра, в то время как другие гармонические составляющие сигнала y(t) сильно ослаблены. Напряжение на выходе первого амплитудного детектора в этом случае равно амплитуде составля ющей с частотой !.г сигнала y(t). Напряжение на выходе устройства сравнения изменяет знак и выходной сигнал интегратора 12 начинает уменьшаться.

При этом уменьшается коэффициент усиления разомкнутого тракта системы и, следовательно, амплитуда составляющей с частотой у в сигнале y(t).

Таким образом, уменьшение напря— жения на выходе интегратора 12 про5936

131

«

g («+» )bkFRT А у

z (р)

7 (р» p +{ »„р + 1 + bk(R) (C б 2+ (л + . )p+! ) («+ ) для выходного сигнала пеРвого ампли- тудного детектора 14 справедливо ра25 венство ((i,i i Ь Г Ag uг

,(1—

{{(ь ув- «««,) р«y««««){{< " «)«, -„,,, «,„)j"

Учитывая, что для нормальной работы введенного контура необходимо. вы- . бирать частоту пробного сигнала Я,, удовлетворяющую соотношениям

2 и стандартное требование к коэффициенту усиления в системах с вектором 4О скорости в управлении bkeIR >) 1, можно записать мени Ъ, в первом приближении можно считать (c,, bkg

Тогда динамика предлагаемого вибратора может быть описана уравнением (6) после замены функции времени

b постоянным коэффициентом г

РТ

2 „„2

Ь p bio +а 1< г1 (,i bkgRA<

Составляющая ошибки 11(Т) предлагаемого вибратора, обусловленная наличием помех в канале измерения ошибки, в операторном виде может быть записана

А, (z)

Таким образом, динамика введенно- 45 го контура может быть описана дифференциальным уравнением первого порядка

«yT O" = «T 5Д*+2 5о

A Ä "1 Ъ1 о« (7,»1Ъ1с у

Ъ(р2

1+р (Ъ kg) р+11» (b kg) р" причем требование к коэффициенту усиления k из условия статической точности в этом случае имеет вид

Т М

k» — ——

Ъ« Am

Следовательно, постоянная времени

f для системы управления вибратора и, если постоянная времени этого уравнения 1 h |»» T

3=- — = — — —— ь, ь,bk(A выбрана достаточно малой по сравнению с темпом изменения функции вре{»

««« т 1т исходит до тех пор, пока сигнал на выходе первого амплитудного детектора 14 не становится равным сигналу на выходе второго амплитудного детектора. Одновременно, в соответствии с соотношением (9),, изменяется сигнал на выходе усилителя мощности, обеспечивая стремление () О по закону, заданному желаемым уравнением движения (3).

Полная система уравнений, описывающих динамику системы управления вибратора, имеет вид х = f(х,х,t) + Ь(х,х,t)RkT и t + Azsinait — 11 х -dTy

-Т y)

{М у + { {»»у + у = х; ь 7,z + (»„+ ».,) г + г

», +»г)У;

9 R = А — A< (г), где А (z) — выходной сигнал первого а амплитудного детектора.

Для анализа динамики введенного контура используют структурный метод выделения "быстрой" подсистемы. Контур "быстрых" движений может быть описан системой уравнений

10 {1» g + Pyq + q = .ff + bk(RT (V +

+ Asinuzt — Ij" х — dTy — T );

,ь,г + (ь,+»)z + z =((,+ )q; AЙ = Аг — Асд,(г), « при х = const; х = const; у const;

f5 у = const; V = const; R = const;

Ч = У.

Следовательно, в операторном виде можно записать

13159 ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Составитель А. Лащев

Редактор И. Горная Техред Л.Олийнык Корректор И. Муска

Заказ 2359/49 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Таким образом, структура предлагаемо1 egg го вибратора позволяет в (Ъ„„„, b„» ) раз увеличить постоянную времени по сравнению с известным вибратором и за счет этого усилить фильтрацию помех. Кроме того, расположение полюсов передаточной функции W1,(p) d1,(p)/h(p) не зависит от переменных параметров объекта и при известном спектральном составе помехи может быть выбрано так, что "вклад" помехи в выходную координату вибратора x(t) минимален.

Система управления вибратора, содержащая усилитель, подключенный к входу вибровозбудителя, выход которого соединен с входом датчика положения, выход которого соединен с вхо-. 20 дом блока дифференцирования и первым

36 1О входом сумматора, второй вход которого связан с выходом задающего генератора, вход которого соединен с вьжодом блока управления, третий вход сумматора соединен с первым выходом блока дифференцирования, второй выход которого соединен с первым в*одом блока сравнения, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в нее введены генератор пробного сигнала, выход которого соединен с четвертым входом сумматора и первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с вторым выходом блока дифференцирования, а выход через интегратор — с первым входом блока перемНожения, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход связан с входом усилителя.