Вибростенд

 

ОП ИСАНИЕ

ИÇOВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 877483

Союз Советских

Соцкапмсткческкх

Рескублкк (6j ) дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 03.09.79 (21) 2817675/18-24 с присоединением заявки № (28) Приоритет— (51)М, Кл.

G 05 D 15/00

1ооударетоаииый комитет

СССР по делам изаоретеиий и открытий (53) УДК 621.315 (088.8) Опубликовано 30.10.81. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 30.10.81

« оденко

-:-: ч.."«

1 (72) Авторы изобретения

А. Е. Божко, В. П. Шпачук, В. А. Пушня, Я. И. Шва и В. А. Потиченко (71) Заявитель

Институт проблем машиностроения АН Украинской (54) ВИБРОСТЕНД

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний на синусоидальные вибрации с дискретно либо плавно меняющимися амплитудой и частотой.

Известен вибростенд, содержащий последовательно соединенные усилитель мощности, вибратор, вибропреобразователь,,усилитель, первый выпрямитель, первый фильтр, первый элемент сравнения и ключ, последовательно соединен1о ные задающий генератор, второй выпрямитель и второй фильтр, второй вход которого под- ключен к выходу преобразователя частоты и ко второму входу первого фильтра, а выходко второму входу первого элемента сравнения,причем выход задающего генератора связан с первым входом регулятора амплитуды gj д .

В известном устройстве для расширения динамического диапазона регулирования, повышения точности поддержания уровня. амплитудно-частотной характеристики и расширения диапазона работы вибратора в область более высоких частот рабочая точка регулятора. амплитуды, выполненного в виде полевого..транзистора, смещена в нижнюю часть регулировочной характеристики, а в прямую цепь включен перестраиваемый по частоте и добротности полосовой фильтр. Начальное положение рабОчей точки регулятора амплитуды регулируется настройкой коэффициента передачи элемента сравнения по сигналу обратной связи. При этом выходной сигнал Uy(t) элемента сравнения, поступающий иа управляющий вход регулятора амплитуды, определяется как

0>(t)=/1„а„- КЯ„а, () где Ах и А — амплитуды сигналов задающего генератора. и усилителя;

8 и 3g — общие коэффициенты передачи по амплитуде второго фильтра, второго выпрямителя и первого фильтра, первого выпрямителя (обыч ноф„= 4 );

К вЂ” коэффициент передачи элемента сравнения по сигналу . обратной связи.

877483

При Ач= А> с „=4 - cjl получим

u„»() Ах (1 ) (t) У этого вибростенда при x(e)=A„y (g) и отключенном третьем фильтре

4 ровочнон характеристики регулятора амплнту ды. У вибростенда для расширения динамического диапазона регулирования при завалах частотной характеристики рабочая точка регулятора амплитуды смещена в нижнюю часть регулировочной характеристики и, кроме тоА

Ау!

О а ошибка

Ро{ж< ж))+Ах ЯсИ-к){а(Зюга-4

Ч X Х +AÄacv) (1 )) (4) где С вЂ” коэффициент крутизны линеаризованной регулировочной характеристики регулятора амплитуды;

{Ьо — коэффициент передачи регулятора эо амплитуды при U ypp(4) =0

l%(< u)l- модуль передаточной функции вибростенда.

Коэффициент передачи К элемента сравне- 25 ния настраивается по линейному участку амп литудно-частотной характеристики (по ускорению) электродинамического вибратора. В соответствии с (3) и (4) при

)е 1Ф() ))+A@8 сМЦи „))- { с {ччццР получим Я=О, à АЧ =A)((tv){{ — частота настройки) (1) .

В соответствии с выражениями (3) — (5) точ35 ность поддержания заданного генератором режима, виброиспытаний при частотах МФЮ{11 для которых Щ()и)))ф)Щ)шН)), ухудшается с увеличением разницы

)Щ(Ю)-% (j В{1))) О

Поставленная цель достигается тем, что в вибростенд введены последовательно соединенные второй элемент сравнения, фазовращатель

50 и корректирующий блок, а также интегратор и задатчик программ, первый выход которого подключен ко входу преобразовяге Ф частоты, второй выход — ко второму входу задающего генератора, третий выход — ко второму входу ключа, а четвертый выход — ко вто55 .рому входу корректирующего блока, выход

Для того, чтобы на всех частотах виброиспытаний выполнялись соотношения В «0 и

АЧ=АХ, коэффициент передачи К необходимо настраивать в соответствии с выражением (5), где ш — текущая частота виброиспытаний.

Кроме того, настройка коэффициента передачи (коэффициент K определяет . собой в соответствии с выражением (1) величину выходного сигнала УЧ11р(Ц элемента сравнения) не предусмотрена. Следовательно, данному вибростенду всегда свойственна зависящая от частоты виброиспытаний ошибка (4).

На точность поддержания заданного генератором режима виброиспытаний оказывают существенное влияние также размеры линейного участка (коэффициенты l3 z и С ) регулиго, предусмотрено применение третьего фильтра, перестраиваемого по частоте и добротности, который поднимает уровень входного сигнала регулятора амплитуды. Указанный узкополосный фильтр сложен в настройке и требует знания частотной характеристики до испытания, а при уходе резонанса объекта в процессе испытаний требует перестройки. Кроме того, подключение и отключение полосового фильтра вызывают возникновение переходных процессов в вибростенде, У известного вибростенда при изменении Ах по программе изменяется и величина ОЧПр {Ф), т.е. начальное положение рабочей точки регулятора зависит от амплитуды Я х . Кроме того, смещение рабочей точки регулятора амплитуды в нижнюю часть регулировочной характеристики предл гает работу регулятора амплитуды (в режиме компенсации подъемов частотной характеристики) на нелинейном участке регулировочной характеристики.

Перечисленные моменты существенно снижают точность поддержания заданного генератором режима виброиспытаний в режиме компенсации подъемов частотной характеристики. Обус. ловлено это тем, что на нелинейном участке крутизна регулировочной характеристики регулятора амплитуды падает до нуля. Это в соответствии с выражением (4) вызовет значительное увеличение ошибки я.

Быстродействие и точность известного вибростенда в переходных режимах (при изменениях по программе амплитуды" А1{ и частоты

4J существенно зависят . от постоянных времени первого и второго фильтров. Постоянные времени фильтров очень большие, следовательно, быстродействие и точность вибростенда в переходных режимах очень низкие.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности вибростенда. которого связан со входЬм усилителя мощности, первый вход второго элемента сравнения соединен с выходом усилителя и со вторым

77483

5 8 входом фазовращателя,а второй вход - с выходом регулятора амплитуды и с третьим входом фазовращателя, выход ключа подключен ко входу интегратора, выход которого соединен со вторым входом регулятора амплитуды.

На чертеже представлен предлагаемый вибростенд.

Вибростенд содержит задатчик 1 программ, задающий генератор 2, регулятор 3 амплитуды, второй элемент 4 сравнения, фазовращатель 5, корректирующий блок 6, усилчтель 7 мощности, электродинамический вибратор 8, вибропреобразователь 9, усилитель 10, первый выпрямитель 11, первый фильтр 12, первый элемент 13 сравнения, второй выпрямитель 14, второй фильтр 15, ключ 16, интегратор 17 и преобразователь 18 частоты.

Задатчик 1 программ выделен в отдельный блок и служит для программного изменения амплитуды и частоты выходного сигнала X<(t) задающего генератора 2, управления ключом

16 и преобразователем 18 частоты.

Вибростенд в прямой цепи содержит эадатчик 1 программ, задающий генератор 2, регулятор 3 амплитуды колебаний, второй элемент 4 сравнения, управляемый фазовращатель 5, корректирующий блок 6, усилитель

7 мощности и электродинамический вибратор

8, в цепи обратной связи — вибропреобраэователь (акселерометр) 9, усилитель 10, выход которого соединен со входом первого . выпрямителя 11, первый фильтр 12, первый элемент. 13 сравнения, ключ 16, управляющий вход которого соединен с выходом задатчика 1 программ, и интегратор 17, на вход для задания начальных условий которого подают опорное напряжение U> величиной и

on полярностью которого выбирается рабочая точка регулятора 3 амплитуды, в цепи формирования опорного напряжения — второй выпрямитель 14 и второй фильтр 15, выход которого соединен со входом элемента

13 сравнения, в цепи частотной настройки— преобразователь 18 частоты, вход которого соединен с выходом задатчика 1 программ, а выход — со входами первого 12 и второго 15 фильтров.

Второй элемент 4 сравнения выполнен с регулируемым коэффициентом передачи по суммирующему входу, а по вычитающему входу коэффициент передачи его равен единице. программного изменения частоты и режимом программного изменения амплитуды.

В режиме настройки ключ 16 разомкнут.

Задатчиком 1 программ определяются настроеч5 ные значения амплитуды А H и частоты Ш 1 выходного сигнала х „(1) задающего генератора 2. Причем 0(An (Аищ х, а О ( (о) (Ши гаях, гдеЯИп а и а „вЂ” максимально допустимые значения амплитуды и часто1Î ты в вибростенде. Величину напряжениями О"

Ра выбирают из условия, чтобы рабочая точка регулятора 3 амплитуды лежала на нижней части линейного участка регулир вочной харак. теристики. Коэффициент передачй второго эле. мента 4 сравнения по суммирующему входу определяется из условия, чтобы амплитуды онгналов Ky(tl н Хтф былн одинаковы, т.а.

А -АХ„= 4Н и Кра Кх 1 где Кра

Н H и „" — коэффициенты передачи регулятора амплитуды и второго элемента сравнения в режиме настройки.

В режиме настройки вход управляемого фазовращателя 5 отключен от выхода второ. го элемента 4 сравнения. Это обеспечивает ()=о, т.е. возможность настройки регулятора 3 амплитуды и второго элемента 4 сравнения по выражению К",„° К" =1 эс

В режиме программного изменения частоты ключ 16 замкнут, а вход управляемого фазоЭО вращателя 5 соединен с выходом второго элемента 4 сравнения. Задатчиком 1 программ задаются амплитуда 4 и начальное значе11й ние частоты Ю"" сигнала Х1(Ц . Кроме того, задатчиком программ осуществляется включение той структуры корректирующего блока 6, которая обеспечивает воспроизведение вибротоком 8 сигнала Z(t) с заданными точностью,, перерегулированием, быстродействием, т.е. оптимальное воспроизведение сигнала

Z(t) в режиме программного изменения частоты.

В этом режиме корректирующий блок 6 обеспечивает заданные параметры переходного процесса по амплитуде сигнала Yg(t) при единич. ном скачкообразном изменении амплитуды

45 сигнала Y4(t)ðàê как при скачкообразном изменении частоты происходит скачкообразное изменение амплитуды выходного сигнала (4(1) вибратора 8. В этом случае расчет параметров передаточной функции корректирующего бло5о ка%к 5 (, 1 проводится на основе передаточной функции

Корректирующий блок 6 выполнен с переменной структурой, однозначно определенной для режима программного изменения амплитуды и режима программного изменения частоты

Переключение структур производится задатчиком 1 программ.

Вибростенд характеризуется тремя режимами работы: режимом настройки, режимом

® > — (+,(gm) g ц ) 9 (geo) Сигнал М„(Ц через регулятор 3 амплитуды, второй элемент 4 сравнения, управляемый фазовращатель 5, корректирующий блок

6, усилитель 7 мощности прикладывается к вибратору 8, возбуждая в нем механические

877483 8 ше К1,с,, для которого рабочая точка рен

25

Наличие управляемого фазовращателя 5 позволяет исключить сдвиг по фазе между сигналами X>) (t) и Z(<) поступающими на вход второго элемента 4 сравнения, и обеспечить тем самым абсолютную устойчивость вибростенда в рабочем диапазоне частот.

Диапазон изменения !Ж(5 (v"" )1 значительно уже диапазона изменения (%g ДЖ -)1 — мо>1 дуля передаточной функции устройства между сигналами 2() и,ф) . Обусловлено это . наличием второго элемента 4 сравнения, управляемого фазовращателя 5 и оптимального управляющего устройства 6; Это позволяет применить регулятор амплитуды, у которого -линейный участок регулировочной характеристики может быть значительно уже, чем у известного вибростенда. Кроме того, это означает, что диапазон изменения коэффициента передачи регулятора 3 амплитуды значительно уже, чем у известного вибростенда при изменении частоты в рабочем диапазоне частот, что способствует повышению быстродействия и точности вибростенда в переходных режимах.

У вибростенда предлагаемой конструкции при/ 1ч 1(1Ж ")l w модуль передаточной функции Ф(3Ж"") стемится к единице. Это означает, что рабочая точка регулятора 3 амплитуды даже приl%<(jц> ))-> будет лежать на линейном участке регулировочной характеристики, так как коэффициент передачи регу- лятора 3 амплитуды при этом не будет мень35

7 колебания с частотой ии0> < и уровнем параметра вибраций, например ускорением, опреде ляемым модулем передаточной функции г>

%4(3 (О0 ) вибростенда между сигналами

)(б (<) и 2(Ц и коэффициентами передачи цепей отрицательных обратных связей и формирования опорного напряжения. Так как общие коэффициенты передачи по амплитуде первого выпрямителя 11, первого фильтра 12 и второго выпрямителй 14, второго фильтра 15 одинаковы, то выражение

Eg8) 0 будет означать, что A =А у0 "Ay =А","

Если на частоте ю 1 получили у к"„к"„>иц",">>; I»l> >l- „,„,. >

" ® (Р >) модуль передаточной функции вибростенда между сигналами z(t) и М2(1), тогда

4 4>0g Ахи и f, <(+) 40 . Это будет спо»>> собствовать изменению сигнала Ч щр() на управляющем входе регулятора 3 амплитуды, изменению коэффициента передачи регулятора амплитуды, Причем в установившемся режиме получим Я.>®0

К"„",К"„)щ а""2}=.1, с1 A =ä„,=A„„=ä " 5

30 гулятора амплитуды лежит в нижней части

Ф регулировочной характеристики. При этом у вибростенда предлагаемой конструкции отсутствуют погрешности в поддержании заданного генератором режима виброиспытаний в режиме компенсации подъемов частотной характеристики, которые свойственны известному вибростенду.

Наличие интегратора 17 позволяет полностью исключить ошибку по амплитуде между сигналами 2(a) и X„(Ц при дискретном изменении частоты, когда наименьшее время между последовательными дискретными изменениями частоты превышает время переходного процесса в вибростенде.

В режиме программного изменения амплитуды ключ 16 замкнут, а вход управляемого фазовращателя 5 соединен с выходом второго элемента сравнения. Задатчиком 1 программ задаются начальные з>качения амплитуды А и

0 частоты W " сигнала Х „(); Кроме того, задатчиком программ осуществляется включение той структуры корректирующего блока 6, которая обеспечивает воспроизведение вибратором 8 сигнала 2(М с заданными точностью, перерегулированием, быстродействием, так как воспроизведение сигнала z(<) в режиме программного изменения амплитуды оптимальное.

В этом режиме корректирующий блок 6 обеспечивает заданные параметры переходного процесса по амплитуде сигнала Y4(t) при единичном скачкообразном изменении амплитуды сигнала X 2() . Расчет параметров передаточной функции корректирующего блока +1 5(3> 2 проводится на основе передаточной функции

%Цц>) =

4 4%@(j ) %.g(ju4 @вы) где Фф ()»4>) и ж (, >,>) — передаточные функции соответственно фаэовращателя 5 и вибратора 8.

Если На частотеш К"рс,Кх/ > (1>о») %" тогда по мд;Д„,ФДх -A à и Е„()МО

Это будет способствовать изменению сигнала

U>0p(t) на управляющем входе регулятора

3 амплитуды, изменению коэффициента передачи регулятора амплитуды. Причем в установившемся режиме получим 4(1)=0>

K0Î Эсl ). )l=,с1 Aã=A„=A„A"О .

При программном изменении амплитуды (дискретном либо непрерывном) задатчик 1 программ не только управляет программно амплитудой сигнала Х4(1.), но и отключа ет ключ 16, который в дальнейшем останется отключенным в течение всего программного изменения амплитуд на частоте >„о "с1 . На выходе интегратора 17 будет сохраняться напряжение U3> которое обеспечивает выпол9 87748 некие выражения К " К" ф()цРс ))=,В àд еАХ-ф п на частоте 4Р в установившихся режимах.

Таким образом, в режиме программного изменения амплитуд на точность и быстродействие вибростенда о переходных режимах не . оказывают влияния фильтры 12 и 15, имеющие большие постоянные времени, а качество переходных процессов вибростенда определяется олтимальным управляющим устройством б.

Введение дополнительных элементов позволя- щ ет повысить быстродействие и точность вибростенда.

Формула изобретения

Вибростенд, содержащий последовательно соеди„;пенные усилитель мощности, вибратор, вибро-, преобразователь, усилитель, первый выпрямитель, первый фильтр, первый элемент сравнения и ключ, последовательно соединенные задающий генератор, второй выпрямитель и второй фильтр, второй вход которого подключен к выходу преобразователя частоты и ко второму входу первого фильтра, а выход— ко второму входу первого элемента сравйе3 10 ния, причем выход задающего генератора свя. зан с первым входом регулятора амплитуды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействи» вибратора, в него введены последовательно соединмные второй элемент сравнения, фазоврашатель и корректирующий блок, а также интегратор и задатчик программ, первый выход которого подключен ко входу преобразователя час тоты, второй выход — ко второму входу за. дающего генератора, третий выход — ко вто. рому входу ключа, а четвертый выход — ко второму входу корректирующего блока, выход которого связан со входом усилителя мощности, первый вход второго элемента сравнения соединен с выходом усилителя и со вторым входом фаэоврашателя, а второй вход — с выходом регулятора амплитуды и с третьим входом фазовращателя, выход клю ча подключен ко входу интегратора, выход которого соединен со вторым входом регулятора амплитуды.

Источники информации, принятые so внимание цри экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР л= 734629, кл. G 05 0 15/00, 1977 (прототип).

877483

Составитель Л. Цалпагова

Техред M,Ãoëèùñà

Редактор Ю. Ковач

Корректор Н,Степ

Заказ 9612/71

Подписное

Тираж 943

ВНИИПИ Государствениого комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Нроектиап, 4