Электродинамический вибратор

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6)) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.07. 81 (21) 3318453/18-10 (511М.Кд.з

В 06 В 1/04 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий. (53) УДК 534.232 (088. 8) Опубликовано 07.0183. Бюллетень ¹ 1

Дата опубликования описания 07.01.83.(72) Автор . изобрете (71) Заявит (54) ЭЛВКТРОДИНАИИЧЕСКИЙ ВИБРАТОР

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в стендах для виброиспытаний различных объектов.

Известен электродинамический вибратор, содержащий электродинамнческий возбудитель и систему управления, в котором обеспечивается удовлетворительная точность перемещения объекта со столом возбудителя по сигналу, поступающему из задающего генератора El).

Однако в таком вибраторе отсутствует возможность стабилизации или управления силовым воздействием по заданной программе..

Наиболее близким по технической сути к изобретению является электро- . динамический вибратор, содержащий магнитопровод с обмоткой подмагничивания, подключенной к источнику питания постоянного тока, установленную в воздушном зазоре магнитопровода подвижную катушку, длина которой больше длины воздушного зазора магнитопровода; подключенного к выходу усилителя мощности; блок дифференцирования, подсоединенный к датчику перемещения подвижной катушки и суммирующему усилителю, к которому также подключены последовательно соединенные между собой за.дающий генератор и блок управления(.2 ).

Однако в вибраторе не обеспечивается удовлетворительная точность получения заданного силового воздействия на объект и особенно заданной формы колебаний при наличии сигнальных и параметрических возмущений. К этим возмущениям следует отнести нелинейности и нестационарности электромзханических и прочих характеристик и параметров вибратора и испытуемого объекта, а также внешние силовые воздействия на вибратор и объект. Этот недоста.ток объясняется тем, что в известном устройстве используются блоки . линейности коррекции, которые выполняют свою функцию обеспечения заданных форм силового воздействия на объект и колебаний лишь в малом диапазоне изменения возмущений.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения заданного силового воздействия на испытуемый объект при наличии сигнальных и параметрических возмущений.

Поставленная йель достигается тем, что электродинамический вибратор

986 509

5 ь

50 (2) 8®=— Ь снабжен последовательно соединенными блоком сравнения и двухпозиционным реле, параллельно которому включен интегрирующий усилитель, причем входы блока сравнения подсоединены к выходам блока дифференцирования и суммирующего усилителя, а выходы интегрирующего усилителя и двухпо зиционного реле подсоединены к суммирующим входам усилителя мощности.

На фиг.1 изображена функциональная схема электродинамического вибра. тора; на фиг.2 - осциллограмма перемещения подвижной катушки.

Электродинамический вибратор содержит магнитопровод 1 с обмоткой подмагничивания 2, подключенной к источнику постоянного тока 3, подвижную катушку 4, имеющую, например, цилиндрическую обмотку 5, последовательно соединенные между собой блок управления б, задающий генератор 7, 20 суммирующий усилитель 8, блок сравнения 9, двухпозиционное реле 10 и усилитель мощности 11, подключенный к подвижной катушке 4. Вибратор также содержит интегрирующий усилитель 12, 25 включенный параллельно реле 10, датчик перемещения 13 подвижной катушки 4, подсоединенный ко второму входу суммирующего усилителя 8 и входу блока дифференцирования 14, выходы ко- З0 торого подключены к входам суммирующего усилителя 8 и блока сравнения 9.

Блок управления выполняет функцию задатчика амплитуды, частоты, формы колебаний и необходимого за- 35 кона изменения силового воздействия на испытуемый объект.

Устройство работает следующим образом.

Уравнения динамики вибратора за-. 40 писываются в виде !

L3+3R =U юх+Р (х, х, t) = S. 3 = V э или X=- " F(x,x,t)- — (mx+F (x,х,Ц)+ U= ¹5

R - Ь или - — „, °

"-Ч(x,х,x,t)+ Ь()0, 9(х,х,x,Ц=- — F (x,х,t)- — (11х+ F(X,x,t);

R подвижную катушку 4

Р— злектродинамическое тяговое усилие;

Ш - масса подвижной части вибратора; — конструктивный параметр (коэффициент электромагнитной жесткости)у

t - время.

Зависимость функций Ч и В от t отражает наличие сигнальных и параметрических возмущений.

В устройстве реализуется принцип управления по вектору скорости с организацией скользящих режимов.

В соответствии с этим суммирующий усилитель 8 выполняет функцию блока задания желаемого значения (п-1)-й производной выходной величины, где n — - порядок математической модели (1), (2) вибратора. В случае синусоидальных колебаний желаемого уравнения движения (см.фиг.2) может быть сконструировано линейным, вида

x„=т (х (Ц-хЦ-т, 2 à9, х(О=к „р).х зэк

uJ= 2И, (э) о где х,, f . . — -амплитуда и частота колебаний соответственнор

do, То - желаемые значения коэффициента демпфирования и постоянной времени соответственно1 х () - заданное колебательное движение1 х (t) - медленно меняющаяся

1 составляющая колебательного движения; х — желаемое значение ускорения (n-1)-й производной выходной величины;

Y — измеренное значение скорости перемещения под вижной катушки 4 (на выходе блока 14).

1(ля подчинения -движения вибратора уравнению (3) на выходе блока 11 формируется следующий алгоритм управле" ния:

I где х где d

I ..

Ьр R

+(1тУ

F(x х, t) выходная величина (перемещение подвижной катушки 4); 55 напряжение управления на выхОде блоica 11у ток в обмотке 5; индуктивность и ак- Щ тивное сопротивление обмотки 5 соответственно; механические силы, воздействующие на 45

О"- (Ц„.sign!L=K>U зю п (х-Э),(+):. величина рассогласования (ошибки) на выходе блока сравнения 9; уровни ограничений на выходное напряжение. реле 10> измеренное значение ускорения подвижной катушки на выходе блока 14р коэффицибкт передачи блока 11.

986509

5 и существования скользящего режима на ней, то с момента возникновения скольжения реализуется движение

6(x 4+1, х, õ, x) =0 которое удовлетворяет желаемому дифференциальному .уравнению (3) и не за висит от силовых возмущений нелиней ности и нестационарностей характеристик и параметров электродинамического вибратора (его электромеханической 15 схемы}. При этом для нормальной работы предлагаемого устройства необходимо дополнительно выполнить следующие условия:, где ря. — малый параметр, определяющий: быстродействие блока дифференцирования 14. 25

В качестве схемы реального дифференцирования (блок 14} удобно испольэовать быстродействующий дифференцирующий фильтр с передаточной > функцией 30

35

bОK„B = 0. о

Таким образом,d M независимо от

40 вида функции V. Это приводит к,усилению свойства инвариантности электро,динамического вибратора к возмущениям.

Введение новых блоков в электро45 динамический вибратор позволило исключить узел подвески подвижной катушки 4 и тем самым упростить систему управления. Вибратор обеспечивает

;обработку с заданкыми качеством как требуемой формы колебаний и их амплитуды, так и требуемого закона изменения силового воздействия на объект (apa 8x = const пропорционального медленно меняющегося составляющей) при действии возмущающих фактоУР ров Ч(х,х,х, ), где Р„= — .

Ьх

Таким образом, при ввецении в электродинамический вибратор блока сравнения, реле и интегрирующего усилителя с соответствующими связями образуется быстродействующий кон тур управления, работающий в скользящем режйме, в котором обеспечивается локализация и быстрое парирование сигнальных и параметрических воэмуЕсли выполняются условия попадания траекторий системы. управления на поверхность а =0

@is (О

Т НОР., T = у )10 ° Тв, ©Р(Ф Р)=Ь Р +/ Ь,P+<) .(5) Этот вибратор относится к классу систем с разделяемыми движениями. В ,нем всегда структурным преобразованием можно выделить быстродействующий контур поддержания производной, в котором локализуется проявление возмущений и свойств объекта управления. Для приближенного анализа динамики вибратора можно использовать методы Разделения движений и гармонической линеаризации. В этом случае уравнения динамики быстрых движений запишутся следующим образом в операторной форме: ь" р-b(4)g{8,d )%1 (p. ) "; (М

Ьер=-6(Ц Ф(Д,д )= - (x,КХ,Ф)+х* Р(з} где Ь" - гармоническая составляющая ошибки;

Ю, U - медленно меняющиеся составляющие ошибки и выходного напряжения соответственно;, — коэффициент гармонической линеаризацину Ф

А - амплитуда высокочастотных автоколебаний в.контуре.

Параметры автоколебаний можно оп« ределить иэ айализа уравнений (6), (7) по методу гармонического баланса, приняв B const в корестности желаемого значения Ик.. Поскольку au автоколебаний «+, а р. выбирается

1 из условий 10р<Т, 10рАТд „„,, где

T „» — минимальное значение электромагнитной постоянной вибратора, то высокочастотные пульсации на выходе пренебрежимо малы.

Контур работает при больших гар- . монических сигналах на его входе, поэтому устройство оказывается менее чувствительнык к помехам, менее критичным к неучтенным малым инерционностям. Это также приводит к повышению точности работы электродинамического.вибратора.

При включении интегрирующего усилителя 12 параллельно реле 10 уравнения для гармонических .и медденно меняющихся составляющих примут внд:

Ь"(К„+ 1(Л,В )P)- 8(H- % { Р)=- "Р",(В) д }(+О (A,ä ) р).В(Ф)-% (к )+x„-V(x,x," Ч)Р (9),где К вЂ” коэффициент .передачи интегРнРующего усилителя 12.

Из уравнения (9) следует, что прИ Р=О и х = const

986509 щений. Это и приводит к повышению точности воспроизведения силового воздействия на испытуемый объект и заданной формы колебаний при наличии сигнальных и параметрических возмущений, а следовательно, и качества проводимых испытаний.

Формула изобретения

Электродинамический вибратор, со держащий магнитопровод с обмоткой подмагничивания, подключенной к источнику питания постоянного тока, установленную в воздушном зазоре маг- >5 нитопровода подвижную катушку, длина которой больше длины воздушного зазора магнитопровода, подключенного к выходу усилителя мощности, блок дифференцирования, подсоединенный к датчику перемещения подвижной катушки и суммирующему усилителю, к. которому также подключены последовательно соединенные между собой за,дающий генератор и блок управления, отличающийся тем,что,с целью повышения точности воспроизведения заданного силового воздействия на испытуемый объект при наличии сигнальных и параметрических возмущений, он снабжен последовательно соединенными блоком сравнения и двухпозиционным реле, параллельно которому включен интегрирующий усилитель, цричем входы блока сравнения подключены к выходам блока дифференцирования и суммирующего усилителя, а выходы. ,интегрирующего усилителя и двухпозиционного реле подсоединены к суммирующим входам усилителя мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское .свидетельство СССР

Р 532402, кл. В 06 В 1/04, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

В 623585, кл. В 06 В 1/04 1972 (прототип}.

986509

Составитель В. Пирогов

Редактор С.Титова Техред .М. Надь Корректор Г. Огар

Заказ 10380/ll Тараа 490 Поднисное .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, .Ж-35, Рауюская-иаб., д. 4/5

Филиал HHtl ° Патент, г. Ужгород, ул. П19оектная, 4