Система управления вибростендом

,Еф 0 19/02 ПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ С ЕЛЬСТВУ торско онько ство СССР /02, 1982, во СССР /02, 1984, во СССР /02, 1985.(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относи тическому регулированию применено для точного в ния вибраций, задаваемь ром на вибростенде обра рокалибровочного средст ретения - повышение точ ИБРОСТЕ Ъ ь тся к автоми может бы спроизв нератоого виб х ва. нос виб и и рас аций. Дл бростен ние диапаэона ча ГОСУДАРСТБЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетелВ 1117588, кл. С 05 Р 1Авторское свидетельсУ 1259224, кл. С 05 Р 1Авторское свидетельсУ 1305649, кл. 0 05 Р 1 этого система управления дом содержит датчик 1 ви варительный усилитель 2, генератор 3 тактовых импульсой, счетчики 4, 23, эадатчики 5, 11 вибраций, реверсивный счетчик 6, сумматор 7 алгебраический сумматор 8, усилитель 9 мощности, регули 1 уемый усилитель 12, запоминающие регистры 13, 14, цифровые компараторы 15, 16, измеритель 17 нелинейных искажений, элемент 18 эадерж. ки, задатчик 19 минимального коэффициента нелинейных искажений, триггер 20, элементы И 21, 22, делитель 2 Ф 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 быстродействия. 1 ил.дам, являющимся адресами, записаныпоследовательные отсчеты функции синуса из расчета И дискретных точекза период, Поэтому на выходах ПЗУ 27образуются квантованные гармоническиесигналы: в задатчике 5 - с частотойвозбуждения 6 , в эадатчике 11 - счастотой и Г , т.е, - с частотой 10 и-й гармоникй сигнала возбужденияКвантованные сигналы преобразуютсяЦАП 28 в уровни напряжения, изменяющиеся ступеньками по закону синуса,и далее сглаживаются ФНЧ 29 до формы 15 чистых круГОВых функцийе СиГнал Возбуждения с выхода задатчика 5 вибраций поступает на прямой вход алгебраического сумматора 8, а сигнал задатчика 11 - на инверсный, но предва рительно прошедший через усилитель 12коэффициент усиления которого определяется кодами регистра 13 и можетпринимать значения от "0" до "1",Этому диапазону соответствуют показа ния измерителя 17 нелинейных искажений, подключенного к входу Регистра13Частота смены показаний измерителя 17 определяется импульсами навходе 26.30 Чтобы произвести демпфирование наустановленной частоте возбуждения(заданы Г, и И) на импульсный вход25 системы подается исходный запускаю.щий импульс. Регистр 13 устанавливается в "0", При этом значение коэффициента передачи сигнала усилителя 12соответствует нулевому значению, Алгебраический сумматор 8 повторяет навыходе сигнал возбуждения, который 40 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 50 17 фоРмирУется за время не более, чемпериод импульсов запуска по входу 26системы. А для элемента 18 постоянная времени задержки должна бытьвсегда больше длительности этого пе 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 иска 1368863Изобретение относится к автоматическому регулированию и может бытьприменено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генераторомна вибростенде образцового виброкалибровочного средства.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона частотвибрации.На чертеже показана структурнаясхема системы.Система управления вибростендомсодержит датчик 1 вибраций, предварительный усилитель 2, генератор 3тактовых импульсов, первый счетчик4, первый эадатчик 5 вибраций, реверсивный счетчик 6, сумматор 7, алгебраический сумматор 8, усилитель 9мощности, вибростенд 10, второй задатчик 11 вибраций, регулируемый усилитель 12, запоминающие регистры 13и 14, цифровые компараторы 15 и 16,измеритель 17 нелинейных искажений,элемент 18 задержки, эадатчик 19 минимального коэффициента нелинейныхискажений, триггер 20, элементы И 21и 22, второй счетчик 23, делитель24 частоты, импульсный вход 25 с выхода задатчика смены частоты (не по-.казан) и вход 26 с выхода генераторазапускающих импульсов (не показан).Каждый из задатчиков 5 и 11 содержитпостоянное запоминающее устройство(ПЗУ) 27, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 28 и фильтр 29 нижнихчастот (ФНЧ),Устройство работает следующим образом.С выхода генератора 3 поступаюттактовые импульсы с частотойтнфкоторая определяется из соотношения=и:И Г где й - частота возбужтнЬф ьдения стенда, М - число дискретныхточек за период сигнала возбуждения,и - отношение резонансной частотыстенда к частоте возбуждения, равноеномеру искажающей гармоники, Тактовые импульсы поступают непосредственно на счетчик 23 и через делитель 24на счетчик 4. Объем каждого счетчикаравен числу Н, коэффициент деления делителя 24 составляет и. Резонансная частота стенда известна заранее, поэтому заранее известен и ко"эффициент и, Счетчики 4 и 23 формируют периодически повторяющиеся последовательности кодов от "0" до50 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 по 20 давила ее. Сдвиг осуществляется изменением соотношения адресов ПЗУ 27 задатчика 11 по отношению к задатчику 5 вибрации. Величина сдвига пропорциональна коду реверсивного счет 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 режим45 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 меньше55 предыдущего. Поэтому на выходе компаратора 15 будет существовать нулевой потенциал, который запретит прохождение импульсов через элемент И 21 63 4и оставит триггер 20 в неизменномсостоянии, Одновременно компаратор 16 сравнивает 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 элементИ 22 на счетный вход реверсивногосчетчика 6 очередного импульса запуска, Счетчик 6 подсчитывает импульсы,в результате соотношение адресовПЗУ 27 в задатчиках 11 и 5 изменяется на единицу, а фаза гармоники возбуждения сдвигается на один квант поотношению к фазе основного сигнала. Основным узлом цепи сдвига являетсясумматор 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 нестанут выше нормы.В предлагаемой системе источником гармоники возбуждения является ПЗУ 27 задатчика 11 вибрации в отличие от ОЗУ в известной, куда гармоника записывается вместе с основным сигналом. Поскольку доля записываемой гармоники не превышает 307 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 разреЭаказ 295/50 ,Тираж 866 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 3688шение формы воспроизводимой гармоники возрастает еще больше, и точностьдемпфирования оказывается гораздовыше в предлагаемом устройстве, чем5в известном,Предлагаемая система не содержитАЦП, и в этом заключается ее принципиальное преимущество перед известной. Устройство, предварительно эапоминающее сигнал обратной связи, может демпфировать резонансную гармонику вибростенда лишь на тех частотах,которые допускает быстродействие АЦП.Как показано выше, эти частоты не15превосходят 2 кГц. В то же время,современные ПЗУ с временем считывания (50-100) нс могут сформироватьгармонику, представленную 128 дискретными отсчетами, с частотой (4075) кГц, Это значит, что девятуюгармонику предлагаемая система можетдемпфировать на частотах до (4,59) кГц, а третью - в диапазоне до(15-27) кГц. Таким образом, быстродействие предлагаемого устройствапревышает быстродействие известногопо крайней мере вдвое.Формула и э о б р е т е н и яСистема управления вибростендом,содержащая датчик вибрации, установленный на вибростенде и подключенныйвыходом к входу предварительного усилителя, последовательно соединенныепервый счетчик и первый задатчик вибрации, последовательно соединенныеалгебраический сумматор и усилительмощности, подключенный выходом к вибростенду, а также реверсивный счетчик, два цифровых компаратора, два 40запоминающих регистра и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, второй счетчик и сумматор,подключенный вторым входом к выходуреверсивного счетчика, о т л и ч а - 45ю 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 бэлемент задержки, измеритель нелинейных искажений, задатчик минимального коэффициента нелинейных искажений,два элемента И и триггер, подключенный первым и вторым выходами соответственно к первому и второму входамреверсивного счетчика, а счетным входом - к выходу первого элемента, причем делитель частоты подключен входом к выходу генератора тактовых импульсов, а выходом - к входу первогосчетчика, второй задатчик вибрацийсоединен входом с выходом сумматора, а выходом - с входом регулируемого усилителя, который соединенвыходом с вычитающим входом алгебраического сумматора, подключенного суммирующим входом к выходу первого эадатчика вибраций, а управляющим входом регулируемый усилитель соединенс выходом первого запоминающего регистра, который входом установки нуля непосредственно, а входом записичерез элемент задержки связан с задатчиком смены частоты, измерительнелинейных 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 входамипервого и второго цифровых компараторов, второй запоминающий регистрсоединен входом установки нуля с выходом генератора запускающих импульсов, а выходом - с вторым входомпервого цифрового компаратора, подключенного выходом к первому входупервого элемента И, выход эадатчикаминимального коэффициента нелинейныхискажений соединен.с вторым входомвторого цифрового компаратора, подключенного выходом к первому входувторого элемента И, соединенного выходом со счетным входом реверсивногосчетчика, вторые входы первого и второго элементов И соединены с выходомгенератора запускающих импульсов.