Система управления вибростендом

 

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброкалибровочного средства. Цель изоб ретения - повышение точности и расши рение диапазона частот вибраций. Для этого система управления вибростендом содержит датчик 1 вибрации, предварительный усилитель 2, генератор 3 тактовых импульсов, счетчики 4, 23, задатчики 5, 11 вибраций, реверсивный счетчик 6, сумматор 7,. алгебраический сумматор 8, усилитель 9 мощности , регулигуемый усилитель 12, запоминающие регистры 13, 14, цифровые компараторы 15, 16, измеритель 17 нелинейных искажений, элемент 18 задержки , задатчик 19 минимального коэффициента нелинейных искажений, триггер 20, элементы И 21, 22, делитель 24 частоты, импульсный вход 25 (смены частоты) и вход 26 (запускающих импульсов). Каждый задатчик 5, 11 содержит постоянное запоминающее устройство 27, цифроаналоговый преобразователь 28 и фильтр 29 нижних частот . Предлагаемая система обладает повышенной точностью за счет использования всего объема постоянного запоминающего устройства и расширенным диапазоном частот задаваемых вибраций за счет увеличения быстродействия . 1 ил. с о (Л JG СХ) ёо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1, Ер (51) 4 G 05 D 19/02

Qadi:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4093328/24-24 (22) 17.07.86 (46) 23.01.88. Бюл. № 3 (71) Специальное конструкторское бюро "Виброприбор" (72) В.Д. Гусев и И.К. Конькова (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1117588, кл. G 05 D 19/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1259224, кл. G 05 D 19/02, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1305649, кл. G 05 D 19/02, 1985. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОСТЕНДОМ (57) Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброкалибровочного средства. Цель изобретения — повышение точности и расширение диапаэона частот вибраций. Для этого система управления вибростендом содержит датчик 1 вибрации, предварительный усилитель 2, генератор 3 тактовых импульсой, счетчики 4, 23, эадатчики 5, 11 вибраций, реверсивный счетчик 6, сумматор 7,, алгебраический сумматор 8, усилитель 9 мощности, ре гули(уемьп(усилитель 12, запоминающие регистры 13, 14, цифровые компараторы 15, 16, измеритель 17 нелинейных искажений, элемент 18 задержки, задатчик 19 минимального коэффициента нелинейных искажений, триггер 20, элементы И 21, 22, делитель

24 частоты, импульсный вход 25 (смены частоты) и вход 26 (запускающих импульсов). Каждый задатчик 5, 11 содержит постоянное запоминающее устройство 27, цифроаналоговый преобразователь 28 и фильтр 29 нижних частот. Предлагаемая система обладает повышенной точностью эа. счет использования всего объема постоянного запоминающего устройства и расширенным диапазоном частот задаваемых вибраций за счет увеличения быстродейстдам, являющимся адресами, записаны последовательные отсчеты функции синуса из расчета N дискретных точек за период, Поэтому на выходах ПЗУ 27

6 образуются квантованные гармонические сигналы: в задатчике 5 — с частотой возбуждения f в эадатчике 11 - с частотой п.f, т.е, — с частотой

1p п-й гармоникй сигнала возбуждения, .

Квантованные сигналы преобразуются

ЦАП 28 в уровни напряжения, изменяющиеся ступеньками по закону синуса, и далее сглаживаются ФНЧ 29 до формы

15 чистых Kp ÃÎÂûõ функций, Сигнал Воэ буждения с выхода задатчика 5 вибраций поступает на прямой вход алгебраического сумматора 8, а сигнал задатчика 11 — на инверсный, но предва2р рительно прошедший через усилитель 12 коэффициент усиления которого определяется кодами регистра 13 и может принимать значения от "0" до "1".

Этому диапазону соответствуют показа25 ния измерителя 17 нелинейных искажений, подключенного к входу регистра

13 ° Частота смены показаний измерителя 17 определяется импульсами на входе 26.

3р Чтобы произвести демпфирование на установленной частоте возбуждения (заданы Й,„ . и N) на импульсный вход

25 системы подается исходный запускающий импульс. Регистр 13 устанавливается в "0". При этом значение коэффи35 циента передачи сигнала усилителя 12 соответствует нулевому значению, Алгебраический сумматор 8 повторяет на выходе сигнал возбуждения, который

4р формируется задатчиком 5 вибраций.

Стенд 10 подвергается чистому гармоническому возбуждению. Если оно попадает в полосу резонансного захвата, то в спектре колебаний вибростенда 10

45 появляется и-я искажающая гармоника.

Ее долю по отношению к основному сигналу определяет измеритель 17 нелинейных искажений. Значение коэффициента гармоники на выходе измерителя

5О 17 формируется за время не более, чем период импульсов запуска по входу 26 системы. А для элемента 18 постоянная времени задержки должна быть всегда больше длительности этого пеВВ Риода. ПоэтомУ исходный импульс, поданный на вход 25 системы и, следовательно, на вход элемента 18, появится на его выходе после того, как измеритель 17 определит величину иска1368863

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброкалиб ровочного средства.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона частот вибрации.

На чертеже показана структурная схема системы.

Система управления вибростендом содержит датчик 1 вибраций, предварительный усилитель 2, генератор 3 тактовых импульсов, первый счетчик

4, первый эадатчик 5 вибраций, реверсивный счетчик 6, сумматор 7, алгебраический сумматор 8, усилитель 9 мощности, вибростенд 10, второй задатчик 11 вибраций, регулируемый уси литель 12, запоминающие регистры 13 и 14, цифровые компараторы 15 и 16, измерите11ь 17 нелинейных искажений, элемент 18 задержки, эадатчик 19 минимального коэффициента нелинейных искажений, триггер 20, элементы И 21 и 22, второй счетчик 23, делитель

24 частоты, импульсный вход 25 с выхода задатчика смены частоты (не по-. казан) и вход 26 с выхода генератора запускающих импульсов (не показан).

Каждый из задатчиков 5 и 11 содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 27, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 28 и фильтр 29 нижних частот (ФНЧ), Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора 3 поступают тактовые импульсы с частотой f тн которая определяется из соотношения

f =п:N f где f — частота возбужтн Ь» ь дения стенда, N — - число дискретных точек за период сигнала возбуждения, n — - отношение резонансной частоты стенда к частоте возбуждения, равное номеру искажающей гармоники, Тактовые импульсы поступают непосредствен но на.счетчик 23 и через делитель 24 на счетчик 4. Объем каждого счетчика равен числу N, коэффициент деления делителя 24 составляет и. Резонансная частота стенда известна заранее, поэтому заранее известен и коэффициент и. Счетчики 4 и 23 формируют периодически повторяющиеся последовательности кодов от "0" до

"N-1". В ячейках ПЗУ 27 по этим ко50

3 13688 жений. С появлением задержанного исходного импульса на входе записи регистра 13 значение коэффициента гармоники запишется в регистр 13 с выход да измерителя 17 и установится на входе управления усилителя 12, Усилитель 1? сформирует на инверсном входе сумматора 8 такую же долю гармоники эадатчика 1! по отношению к сигналу задатчика 5, какую долю составляет резонансная гармоника вибростенда 10 по отношению к амплитуде его рабочих колебаний.

С этого момента начинается непосредственно процесс демпфирования.

Задача системы — сформировать гармонику возбуждающего сигнала так, чтобы она оказалась в противофазе с резонансной гармоникой и тем самым по20 давила ее. Сдвиг осуществляется изменением соотношения адресов ПЗУ 27 задатчика 11 по отношению к задатчику 5 вибрации. Величина сдвига пропорциональна коду реверсивного счет- 25 чика 6. Импульсы запуска по входу 26 системы определяют циклы срабатывания измерителя 17 нелинейных искажений, одновременно записывая предыдущее его показание в запоминающий регистр

14. Компаратор 15 сравнивает текущее и предыдущее значения коэффициента гармоники. Если текущее значение оказалось больше, значит гармоника была сдвинута при формировании в неверном направлении. В этом случае на выходе компаратора 15 появится единичный потенциал, который разрешит прохождение очередного импульса запуска через элемент И 21 на счетный вход триггера 20. Последний изменит свое состояние на противоположное.

Поскольку выходы триггера 20 управляют характером счета реверсивного счетчика 6, последний изменит режим

45 работы: установится на вычитание, если перед этим суммировал, или начнет суммировать, если перед этим вычитал. Изменение режима работы счетчика 6 означает изменение направления фазы гармоники. Если сдвиг гармоники приближает ее к противофазе по отношению к резонансу, то каждое последующее показание измерителя 17 нелинейных искажений будет меньше

55 предыдуще го . Поэтому на выходе компаратора 15 будет существовать нулевой потенциал, который запретит прохождение импульсов через элемент И 21

63 4 и оставит триггер 20 в неизменном состоянии. Одновременно компаратор 16сравнивает текущее значение коэффициента гармоники с минимальным значением этой величины на выходе задатчика 19 (устанавливается оператором).

Если текущее значение будет больше, значит демпфирование надо продолжить. В этом случае на выходе компаратора 16 удерживается потенциал, разрешающий прохождение через элемент

И 22 на счетный вход реверсивного счетчика 6 очередного импульса запуска. Счетчик 6 подсчитывает импульсы, в результате соотношение адресов.

ПЗУ 27 в задатчиках 11 и 5 изменяется на единицу, а фаза гармоники возбуждения сдвигается на один квант по отношению к фазе основного сигнала.

Основным узлом цепи сдвига является сумматор 7. Он добавляет к адресам задатчика 11 (с выхода счетчика 23) компенсирующую добавку — код счетчика 6, в то время как адресный режим эадатчика 5 остается неизменным. Если отсчет измерителя 17 окажется меньше кода задатчика 19, компаратор

16 выдаст нулевой потенциал, и элемент И 22 не пропустит импульсы в счетчик 6. Соотношение фаэ гармоники и основного сигнала возбуждения эафиксируется и будет неизменным, пока искажения колебаний стенда вновь не станут выше нормы.

В предлагаемой системе источником гармоники возбуждения является ПЗУ 27 задатчика 11 вибрации в отличие от

03У в известной, куда гармоника записывается вместе с основным сигналом.

Поскольку доля записываемой гармоники не превышает 30Х от уровня рабочего возбуждения, то она не превышает

307 динамического диапазона ОЗУ, вследствие чего аппроксимируется малым числом уровней квантования, а значит с большой относительной ошибкой. В ПЗУ 27 задатчика 1! предлагаемой системы гармоника записана беэ посторонних сигналов и занимает весь диапазон памяти, как и основной сигнал ПЗУ 27 задатчика 5. Оба сигнала формируются с наивысшим для принятого числа разрядов разрешением. Усилитель

12 уменьшает амплитуду гармоники, уменьшая величину кванта напряжения.

Сетка квантования сгущается, но количество ее уровней остается неизменным. В результате абсолютное разреСоставитель В. Прямицын

Редактор Е. Папп Техред М.,одлнич. Корректор Н. Король

Эаказ 295/50,Тираж 866 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

5 13688 шение формы воспроизводимой гармоники возрастает еще больше, и точность демпфирования оказывается гораздо выше в предлагаемом устройстве, чем

5 в известном.

Предлагаемая система не содержит

АЦП, и в этом заключается ее принципиальное преимущество перед известной. Устройство, предварительно эапо. минающее сигнал обратной связи, может демпфировать резонансную гармонику вибростенда лишь на тех частотах, которые допускает быстродействие АЦП.

Как показано выше, эти частоты не

15 превосходят 2 кГц. В то же время, современные ПЗУ с временем считывания (50-100) нс могут сформировать гармонику, представленную 128 дискретными отсчетами, с частотой (4075) кГц. Это значит, что девятую гармонику предлагаемая система может демпфировать на частотах до (4,59) кГц, а третью — в диапазоне до (15-27) кГц. Таким образом, быстро- 25 действие предлагаемого устройства превышает быстродействие известного по крайней мере вдвое.

Формула и э обретения

Система управления вибростендом, содержащая датчик вибрации, установленный на вибростенде и подключенный выходом к входу предварительного ус:— лителя, последовательно соединенные первый счетчик и первый задатчик виб рации, последовательно соединенные алгебраический сумматор и усилитель мощности, подключенный выходом к вибростенду, а также реверсивный счетчик, два цифровых компаратора, два запоминающих регистра и последователь но соединенные генератор тактовых импульсов, второй счетчик и сумматор, подключенный вторым входом к выходу реверсивного счетчика, о т л и ч а — 45 ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапаэона частот вибраций, в систему введены делитель частоты, второй задатчик вибраций, регулируемый усилитель, 63 б элемент задержки, измеритель нелинейных искажений, задатчик минимального коэффициента нелинейных искажений, два элемента И и триггер, подключенный первым и вторым выходами соответственно к первому и второму входам реверсивного счетчика, а счетным входом — к выходу первого элемента, причем делитель частоты подключен входом к выходу генератора тактовых импульсов, а выходом — к входу первого счетчика, второй задатчик вибраций= соединен входом с выходом сумматора, а выходом — с входом регулируемого усилителя, который соединен выходом с вычитающим входом алгебраического сумматора, подключенного суммирующим входом к выходу первого эадатчика вибраций, а управляющим входом регулируемый усилитель соединен с выходом первого запоминающего регистра, который входом установки нуля непосредственно, а входом записи через элемент задержки связан с задатчиком смены частоты, измеритель нелинейных искажений соединен информационным входом с выходом предварительного усилителя, входом запуска— с выходом генератора запускающих импульсов, а выходом — с информационными входами первого и второго запоминающих регистров и первыми входами первого и второго цифровых компараторов, второй запоминающий регистр соединен входом установки нуля с выходом генератора запускающих импульсов, а выходом — с вторым входом первого цифрового компаратора, подключенного выходом к первому входу первого элемента И, выход эадатчика минимального коэффициента нелинейных искажений соединен.с вторым входом второго цифрового компаратора, подключенного выходом к первому входу второго элемента И, соединенного выходом со счетным входом реверсивного счетчика, вторые входы первого и второго элементов И соединены с выходом генератора запускающих импульсов.