Устройство для управления амплитудой виброперемещений

 

О П И С А Н И Е ()922677

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Респубпни

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 29. 05. 80 (21) 2932692/18-24 (5!)М. Кл.

G 05 0 19/02 с присоединением заявки М(23) Приоритет3Ьеударстеееиый кюиитет

ФСьР ае делен изебуетений и атерыткй

Опубликовано 23 ° 04 82 Бюллетень М 15

Лата опубликования описания 23.04.82 (53) УДК 62-50 (088.8) Л.Г Гольденберг и А.А.Шуру ов ; ь г т и

Ордена Ленина институт проблем иц двлеййя и Воронежский инженерно-строительный институт "" = (72) Авторы изобретения (7I) Заявители (54) уСтРОИСТВО ДЛя уПРАВЛЕНИя АИПЛИТЬДОй

ВИБРОПЕР ЕИЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к управлению механическими колебаниями и предназначено для использования в системах а втомати чес кого управления вибрационными маши нами технологического назначения.

Известно устройство автоматического управления, в котором для обеспечения оптимального режима вибрации, при котором амплитуда виброперемещения

t0 рабочего органа вибромашины достигает максимума, испол ьзуется стабилизация разности фаз между сигналами с датчиков, подключенных к двум вы15 ходам объекта управления. Датчик виб1 роперемещения, подключенный к первому выходу объекта, преобразует в электрический сигнал виброперемещение рабочего органа вибромашины. Датчик опорного сигнала, подключенный ко второму выходу. объекта, преобразует в электрический сигнал угол поворота дебаланса вибратора (11 .

Недостаток известного устройства необходимость в ручной настройке датчика опорного сигнала и невозможность поддержания экстремума при увеличении демпфирования объекта, так как разность фаз; соответствующая экстремуму, при этом изменяется.

Наиболее близким техническим ре" шением является устройство, содержа" щее датчик виброперемещения, генератор управляемой частоты, схему уореднения, усилители, автоматический оптимизатор, реализующий поиск с запоминанием экстремума и выполненный в виде блока запоминания и вычисления с логическим элементом, блок форсированного выхода на экстремум и исполнительное устройство (2) .

Недостатком этого устройства является низкая точность поддержания максимума амплитуды виброперемещения, и относительно. большое время его поиска. Это объясняется динамической погрешностью, вносимой схемой усред3 92267 нения при преобразовании энакопеременного сигнала виброперемещения в энакопостоянный пропорциональный его амплитуде сигнал, поступающий на вход автоматического оптимизатора и ограниченностью скорости изменения управляющего воздействия, вызываемой колебательным характером изменения амплитуды виброперемещения при непосредственном изменении управляющего )p воздействия.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем,, что в устройство, содержащее датчик виброперемещений, подключенный к . первому выходу объекта управления, оптимизатор и исполнительный орган, .выход которого соединен с управляющим входом объекта управления введем ны интегратор, последовательно соединенные преобразователь, первое сигйум-реле, сумматор, первый блок кусочно-време,нно го и нтегри ров ания, первый делитель и блок сравнения, последовательно соединенные второе сигнум-реле и второй блок кусочновременного интегрирования, а также последовательно соединенные третий блок кусочно-временного интегрирозо вания и второй делитель, выход которого подключен к входу оптимизатора, связанного выходом через интегратор с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к входу исполнительного органа, выход датчика виброперемещения соединен с входом второго сигнум-.реле и с входом третьего блока кусочно-временного интегрирования, второй вход первого

"и второго делителей связан с выходом второго блока кусочно-временного интегрирования, второй вход сумматора подключен к выходу второго сигнумреле, а вход преобразователя соединен с вторым выходом объекта управле- ния.

На фиг. 1 изображена блок-схема . устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.

5О

Блок -схема содержит датчик Виброперемещений 1, объект 2 управления, .(за объект управления принимается вибромашина вместе с источником возбуждающих воздействий), третий блок 355 кусочно-временного" интегрирования,,второе сигнум-реле 4, второй блок 5 кусочно-временного интегрирования, 7 4 преобразователь 6, первое сигнум-ре- ле 7, сумматор 8, первый блок 9 кусочно-временного интегрирования, . второй делитель 10, первый делитель 11, оптимизатор 12, интегратор 13, блок сравнения 14, исполнительный орган 15.

Блоки 6, 7, 8, 9» 11, 14и l5 входят в контур регулирования разности фаз, блоки 3, 10, 12 и 13 - в контур автоматической оптимизации. Блоки 1, 4 и 5 являются общими для обоих контуров.

На фиг. 1 и 2 обозначено: Х вЂ” сигнал виброперемещения, У - опорный сигнал, Z - выходной сигнал второго делителя 10, Z - выходной сигнал первого делителя 11; C- рассогласование, О - управляющее воздействие, Т вЂ,полупериод колебаний, — интервал времени ненулевого сигнала на выходе сумматора 8, Т - интервал времени нулевого сигнала на выходе сумматора 8, и - время .

Масштаб по оси времени на фиг.2а намного меньше масштаба времени по оси t на фиг. 26.

Устройство работает следующим образом.

Датчик виброперемещения 1, под- ключенный к первому выходу объекта, т.е. установленный на вибрирующем рабочем органе вибромашины, преобразует величину виброперемещения в сигнал Х, который поступает одновременно на вход третьего блока 3 кусочно-временного интегрирования.и на вход сигнум-реле 4. Блок кусочно-временного интегрирования преобразует знакопеременный входной сигнал в знакопостоянный ступенчатый сигнал, величина которого неизменна на интервале интегрирования и пропорциональна абсолютной величине интеграла от входного сигнала на предшествующий интервал интегрирования.

Блок кусочно-временного интегрирования состоит из двух интеграторов со сбросом. Входной сигнал поочередно подключается к каждому иэ интеграторов, выходы которых поочередно подключаются к выходу блока. Интервалы интегрирования всех трех блоков 3, 9 и 5 кусочно-временного интегрирования совпадают с интервалами знакопостоянства сигнала виброперемещения Х.

Таким образом, на выходе третьего блока кусочно-временного интегрирования 3 формируется сигнал, пропор77 6

5 9226 циональный амплитуде основной гармоники виброперемещения и полупериоду колебаний Т . Сигнум-реле 4 преобразует входной сигнал в последовательность разнополярных импульсов одинаковой величины, поступающих на вход блока 5. Так как амплитуда входного сигнала постоянна, то на выходе блока 5 образуется знакопостоянный сигнал, пропорциональный лишь величи- tp не t, Преобразователь 6, подключенный к второму выходу объекта (к источнику возбуждающих воздействий), преобразует в сигнал У той we частоты, что и частота сигнала Х угол поворота дебаланса, в случае дебаланс. ного вибратора, или питающее напряжение, в случае электромагнитного вибратора. Дпя функциониров ания устрой ства необходимо чтобы разность фаз щ между"сигналами Х и У однозначно соответствовала амплитуде вибропере мещения. Сигнал У поступает на вход первого сигнум-реле, преобразующее его в последовательность разнополяр- zs ных импульсов. Разнополярные импульсы .равной величины и сдвинутые на величину разности фаз 7 между сигналами Х и У с выходов сигнум-реле 4 и 7 поступают на сумматор 8. Выходной зв сигнал сумматора 8 при:несовпадении входных сигналов равен нулю, а при совпадении - удвоенному сигналу. Время, - ненулевого сигнала на выходе сумматора 8 и время - нулевого

З5 сигнала зависят от частоты сигна- . лов Х и У и их разности фаз / . При разности фаз равной нулю время С равно Т, а время С. равно нулю. Прй разности фаз равной 3Р < равно Г . и T4. . Если же разность фаз Ч мень-. ше %(2. (фиг. 2а ), то больше

Таким образом, выходной сигнал сумматора 8 преобразуется пер+ вым блоком кусочно-временного интег45 рирования 9 в знакопостоянный ступенчатый сигнал, пропорциональный разности фаз между сигналами Х и У и величине полупериода колебаний 7

Выходной сигнал делителя прямо про50 порционален величине сигнала, поступающего на его первый вход, и обратно пропорционален величине сигнала, поступающего на его второй вход.

Второй делитель 10 преобразует поступающие сигналы в сигнал Z npo55 ) порциональный лишь амплитуде основной гармоники виброперемещения. Первый делитель 11 преобразует входные сигналы в сигнал 2, пропорциональный величине разности фаз между сигналами Х и У. Автоматический оптимизатор 12 реализует поиск с эапоминанием экстремума, осуществляя скачкообразные изменения выходного сигнала, йоступающего на вход интегратора 13.

В зависимости от знака входного сиг" нала интегратор 13 формирует на выходе линейно возрастающий или линейно убывающий сигнал Z, поступающий на второй вход блока 14 сравнения, выходной сигнал которого 4 равен разности между сигналом, поступающим на второй вход, и сигналом, поступающим на первый вход, Ю = Z g - 2з.

Рассогласование б воздействует на исполнительный орган 15, свяЗанный с объектом 2 и сводящий посредством изменения управляющего воздействия Ь рассогласование с к нулю.

Предположим, что в начальный мо- . мент времени выходной сигнал оптимизатора 12 таков, что сигнал Zp возрастает (фиг.26) и что отрабатывание рассогласова ния приводит у убыва е управляющего воздействия О, а выходной сигнал Z второго делителя 10, пропорциональный амплитуде виброперемещения, возрастает. Выходной сигнал первого делителя 11 при этом отслеживает изменение выходного сигнала Z< интегратора 13. Как только изменяясь сигнал Z пройдет через экстремум и уменьшится на величину ь зоны нечувствительности оптимизатора 12, последний сработает и изменит знак выходного сигнала, что вызовет изменение в противоположную сторону выходного сигнала Z интегратора 13.

Возникает автоколебательный режим в зоне максимума амплитуды виброперемещения (фиг. 26) .

Если we в начальный момент направ-, ление изменения сигнала не соответствует движению к экстремуму, то после уменьшения сигнала на величину ь сработает оптимизатор 12 и изменит направление движения.

Сигнал виброперемещения )i и опор" ный сигнал преобразователя У на фиг. 2а изображены достаточно близкими к гармоническим,. однако для работы устройства это условие не является обязательным, так как показателем оптимальности является амплитуда ос" новной гармоники виброперемещения.

Достаточно того, чтобы частота переходов через нуль сигналов Х и У была

7 92267 равна двойной частоте основной гармо- ники.

Выходной сигнал Z,интегратора 13 является входным сигналом контура регулирования разности фаз, который .поз-5 воляет реализовать возможные неустойчивые участки экстремальной зависимости амплитуды виброперемещения от управляющего воздействия, имеющие место при нелинейных упругих связях или при ограниченной мощности источника возбуждения и обеспечивает апериоди ческое изменение амплитуды виброперемещения при скачке входного сигнала, что позволяет повысить скорость. поис- 15 ка. Динамическая погрешность, вносимая преобразованием знакопеременного сигнала виброперемещения,сводится к минимуму за счет интегрирования сигна. ла на полупериоде колебаний. Сигнал, 20 пропорциональный амплитуде колебаний, запаздывает лишь на время Т .

Таким образом, применение в качестве. преобразователя знакоперемен". ного сигнала в знакопостоянный про- 25 порциональный амплитуде колебаний сигнал блока кусочно-временного интегрирования и использование в каче ъ. ве формирователя управляющего воздействия контура регулирования раз- щ ности фаэ обеспечивает повышение точности поддержания максимума амплитуды виброперемещения и сокращаетвремя.., его поиска.

Динамика объекта оптимизации в устройстве определяется уравнением у() = Ф М()3 ч,(Р) w (Р), где У - сигнал огибающей виброперемещения, т.е. пропорциональный ампли туде сигнал, 0 - управляющее воздействие, f(0) - статическая экстремальная характеристика объекта, W 1 - передаточная функция линейной части объекта, W - передаточная функция преобразователя знакопеременного сигнала в пропорциональный его амплитуде знакопостоянный сигнал.

Предположим, что статические характеристики объектов оптимизации в обоих случаях одинаковы и равны

kIU f, где g u k - постоянные ,объектов.

В известном устройстве

4 ()-7д тp, а(р)=rp+

В предлагаемом устройстве р) „г.

-,), :T- .

J 1

Увеличение с приводит к одновре35 менному повышению скорости возрастающей составляющей и к увеличению колебательной составляющей сигнала У.

При амплитуде колебательной составляющей, превышающей /2, возникают

40 ложные реверсы оптимизатора, нарушающие устойчивый режим поиска, что ограничивает его скорость.

Выходной сигнал объекта оптимизации при наличии контура регулирования разности фаэ для предлагаемого устройства при той же скорости изменения управляющего воздействия опре деляется так:

У (t) = kct+ kc Тч(е % - 1)

50 и не содержит колебательной составляющей, а следовательно,, не накладывает дополнительных ограничений на увеличение скорости поиска. В среднем время поиска сокращается в 1,52 раза. формула изобретения

Устройство для управления амплиту. ;дой виброперемещений, содержащее датЖФ) = ; w,p ) = a тР где Т, Т, Т - постоянные времени объектов, Тъ - постоянная време- ни схемы усреднения, Т - полупериод колебаний °

Учитыв ая, что Тф, 7р, T,Ò) р > Т, запаздыванием на время; Г можно пренебречь. Тогда для предлагаемого устройства W, (P) . 1.

Пусть Т)= T .= О. Потери на поиск; характеризующие.,точность в известном устройстве, уменьшаются при уменьшении Тъ, а при замене на

Т,Р. что обеспечивается использованием в качест ве преобр азов атепя энакопеременного сигнала в пропорциональный амплитуде колебаний сигнал блока кусочно-временного интегриров ания, ст ановятся минимальными и- равными 4/2.

Точност ь поддержания максимума повышается в среднем на 20-303.

При нулевых начальных условиях известном устройстве при измене. )ии управляющего воздействия со ско,ростью С. и при Ч = 1 выходной сигнал объект а определяетс я и з ура вне ния с

9(t) «get-1с1 е "(х о х (В) и оЭ (В"Zj с СОЛ и) (1 ) 1 Н1, 9 922677 10 чик виброперемещений, подключенный входом блока сравнения, выход коток первому выходу объекта управления, рого подключен к входу исполнительоптимизатор и исполнительный орган, ного органа, выход датчика виброперевыход которого соединен с управляю", мещения соединен с входом второго щим входом объекта управления, о т". s- сигнум-реле и с входом третьего блол и ч а ю щ е е с я тем, что, с ка кусочно-временного интегрирования, целью повышения точности и быстродей- второй вход первого и второго делите" ствия устройства, оно содержит интег- лей связан с выходом второго блока ратор, последовател ьно соединенные кусочно-временного интегрирования. преобразователь, первое сигнум-реле, 1В второй вход сумматора подключен к сумматор, первый блок кусочно»-вре- выходу. второго сигнум-реле, а вход менного интегрирования, первый дели- преобразователя соединен с вторым тель и блок сравнения, последователь- выходом объекта управления. но соединенные, второе сигнум-реле и второй блок кусочно-временного ин- М Источники информации, тегрирования, а также последователь- принятые во внимание при экспертизе но соединенные третий блок кусочно- 1. Авторское свидетельство СССР временного интегриров ания и второй У 189475, кл. G 05 0 19/02, 1966. делитель, выход которого подключен 2. Авторское свидетельство СССР к входу оптимизатора, связанного 2о У 270041, кл. G 05 0 19/02» 1970 выходом через интегратор с вторым (прототип).