Электродинамический вибратор

ОЛ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 п 1 868467 Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл з В 06 В 1/04 нением заявкиприс Государственный комите(23) Приорит вета Министров СССРо делам изобретений 53) УДК 534.232(088,8) бликовано 115.08.77. Бюллетень3 ткрыт Дата опубликования описания 15.09.7(72) Авторы изобретения С. И, Оржекаускас, К. М насский политехнический Ю, Скучас аса Снечкуса гул ьски(7 ) Заявитель итут им, А 4) ЭЛЕКТРОДИН ЕСКИЙ ВИБРАТОР остаточпазон. расши- предлаИзобретение относится к области технической акустики и может быть использовано при проектировании стендов для виброиспытаний приборов, а также систем моделирования с реальным объектом,Известны электродинамические вибраторы 11, в которых создаются большая жесткость для среднего положения катушки возбудителя и нулевая жесткость для моментных значений положения катушки.Наиболее близкпм к изобретению по технической сущности является электродинамический вибратор, содержащий магнитопровод с обмоткой подмагничивания, подвижную цилиндрическую катушку, установленную в воздушном зазоре магнитопровода, длина которои больше длины воздушного зазора, задающий генератор, подключенный к первому входу сумматора, последовательно соединенного с усилителем, подключенным к подвижной катушке, и цепь обратной связи, состоящую из датчика положения, подключенного через последовательно соединенные блок усреднения, усилитель и блок сравнения с источником регулируемого напряжения к второму входу сумматора 2.Однако такой вибратор имеет нед ную точность и узкий частотный диаДля увеличения точности, а также рения частотного диапазона работы в гаемом устройстве, содержащем магнитопро.вод с обмоткой подмагничивания, подвижную цилиндрическую катушку, установленную в воздушном зазоре магнитопровода, длина ко торой больше длины воздушного зазора, задающий генератор, подключенный через последовательно соединенные сумматор и усилитель к подвижной катушке, и цепь обратной связи, состоящую из датчика положения, 10 подключенного через последовательно соединенные блок усреднения, усилитель с большим коэффициентом усиления и блок сравнения с источником регулируемого напряжения к второму входу сумматора, блок усред нения выполнен в виде двухканального блока запоминания экстремальных значений, входами соединенного с выходом датчика положения, а выходами - с входами второго сумматора, выход которого подключен к вхо ду блока сравнения. Кроме того, один из каналов двухканального блока запоминания экстремальных значений содержит усилитель постоянного тока с конденсатором, включенным между суммирующей точкой и выходом 25 усилителя, с цепью обратной связи, состоящей из последовательно включенных между собой выходом и суммирующей точкой резистора и диода, плюсовым полюсом подключенного к суммирующей точке, с входной це пью, состоящей из последовательно включенных резистора и диода, минусовым полюсом подключенного к суммирующей точке, а также указатель экстремума, входом соединенный с выходом датчика положения, одним выходом через диод, минусовым полюсом направленный к этому выходу, подключенный к общей точке резистора и диода входной цепи усилителя постоянного тока, другим - через диод, плюсовым полюсом направленный к этому выходу, .подключенный к общей точке резистора и диода обратной связи усилителя постоянного тока, а второй канал двухканального блока запоминания экстремальных значений выполнен аналогично первому, но диоды включены обратной полярностью.На фиг. 1 приведен общий вид описываемого вибратора с блок-схемой; на фиг. 2 - схема первого блока запоминания экстремальных значений; на фиг. 3 - временные диаграммы работы цепи обратной связи.Электродинамический вибратор содержит магнитопровод 1 с катушкой 2 подмагничивания, подключенный к источнику 3 постоянного тока, и подвижную систему 4, имеющую цилиндрическую обмотку 5. Питание обмотки осуществляется через последовательно соединенную цепь, т. е. датчик 6 положения подвижной катушки, двухканальный блок 7 запоминания экстремальных значений, входом соединенный с выходом датчика и выходами - с входами сумматора 8, блок 9 сравнения, первый вход которого соединен с выходом сумматора, а второй - с выходом иссточника 10 регулируемого напряжения, усилитель 11 с большим коэффициентом усиления, сумматор 12, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 13, и усилитель мощности 14; в свою очередь, один из каналов двухканального блока 7 содеркит усилитель 15 постоянного тока с конденсатором 16, включенным в обратную связь, с другой цепью обратной связи, состоящей из последовательно включенных резистора 17 и диода 18, с входной цепью из последовательно соединенных резистора 19 и диода 20, а также указатель 21 экстремума, одним выходом соединенный с общими точками резистора и диода через диод 22 и другим выходом - с общей точкой резистора и диода через диод 23. Второй канал двухканального блока запоминания экстремальных значений содержит те же самые элементы, что и первый, но в нем все диоды включены обратной полярностью.Устройство работает следующим образом.При питании обмотки 5 задающим генератором 13 через усилитель мощности 14 происходит перемещение подвижной системы 4 по закону, определяемому уравнением вида:тХ=Р (1)где т - .масса подвижной системы,Х - положение подвижной системы, Р - электромагнитная сила, действующая на подвижную систему, 1 О 15 2 О 25 30 35 40 45 50 55 б 65 Для задания нулевого положения подвижной системы вибратора, т, е, полокения околокоторого происходят колебания по уравнению(1), служит цепь, содержащая датчик 6 полокения системы 4.При подаче из датчика 6 сигнала, пропорционального положению подвижной системы4 вибратора (фиг. 3 в (1) ), на вход блока 7он поступает также на указатель 21 экстремума первого канала блока 7,При этом на первом выходе блока 21 вырабатывается сигнал, как показано на фиг, 3 а,т, е. при отсутствии экстремума (в данномслучае максимума входного сигнала) - постоянное напряжение отрицательной полярности, а в точке экстремума - импульс напряжения положительной полярности. На втором выходе блока 21 вырабатывается сигналпротивоположного знака, чем на первом (фиг.3, б).Таким образом при отсутствии максимуманеобходимого сигнала, например, в момент(фиг. Зв) с первого выхода блока 21 надиод 22 подано напряжение отрицательнойполярности, а из второго выхода блока 21 надиод 23 - напряжение положительной полярности (фиг. 3, б, а).При этом диоды 18 и 20 являются закрытыми и усилитель 15, который содержит обратную связь из конденсатора 16, работаетв режиме хранения, и на его выходе сохраняется напряжение, показанное на фиг. 3, в(кривая 11 в момент трения 1). Такое полокение продолжается до тех пор, пока входнойсигнал достигает максимума в момент 1=11.При 1=1 на первом выходе блока 21 появляются импульсы положительного напрякения, а на втором - отрицательного. При этомдиоды 22 и 23 закрываются, блок 21 не влияет на входную и обратную связи усилителя15, а схема работает в режиме слежения. Навыходе усилителя 15 напряжение достигаетзначения входного сигнала в момент(фиг. 3, в кривая П), Резисторы 17 и 19 одинаковые, и их номиналы выбираются из соображения возможной нагрузки операционныхусилителей и по возможности меньшими, каки конденсатора 16. Поэтому процесс достижения на выходе усилителя напряжения входного сигнала из выхода блока 6 в момент 1==1 является мгновенным. При больших частотах входного сигнала, когда оказываетвлияние наличие конденсатора 16, исключитьэто влияние можно подключением такого жеконденсатор а пар аллельно резистору 19. Первый канал блока 7 переходит снова в режимхранения до следующего импульса, т. е, максимума входной величины. Далее процесс повторяется,Таким образом на выходе первого каналаблока 7 получается ступенчатое напряжение,каждая ступенька которого показывает, насколько изменилось значение максимумавходного сигнала по сравнению с значениемпредыдущего максимума.На выходе второго капала двухканального блока 7 запоминания экстремальных значений аналогичным образом получается ступенчатое напряжение, характеризующее изменение значений минимумов входного сигнала (фиг. 3, кривая 111),Для этого второй канал блока 7 выполнен аналогично первому каналу этого блока, только все диоды включены обратной полярностью и выходы указателя экстремальных (минимальных) значений подключены к диодам так, чтобы импульсы при минимуме входного сигнала переводили второй канал блока 7 в режим слежения.При подаче на входы сумматора 8 выход- ных напряжений блока 7 на его выходе появляется напряжение, характеризующее изменение среднего значения положения подвижной системы 4 вибратора (фиг. З,г), Оно: получается простым суммированием сигналов 11 и 111 (фиг. З,в). На фиг. З,в кривая 1 и на фиг. 3, г сигналы. представлены инвертированными. Как видно из принципа работы каналов блока 7, на выходе сумматора получается напряжение, характеризующее изменение среднего значения положения подвижной системы 4 вибратора независимо от рабочей частоты.Усредненный сигнал с сумматора 8 поступает в блок 9 сравнения, где сравнивается с напряжением, пропорциональным нулевому положению системы 4, поступающим с источника 10 регулируемого напряжения. С выхода блока 9 сигнал усиливается усилителем с большим коэффициентом усиления. На выходе его получается сигнал отрицательный или положительный в зависимости от того, среднее значение. положения системы, 4 больше или меньше ее желаемого нулевого положения. Этот сигнал суммируется сумматором 12 с выходным сигналом задающего генератора 13. С выхода сумматора 12 суммарный сигнал через усилитель мощности поступает в блок б катушки подвижной системы 4. Теперь сила, действующая на подвижную катушку, будет суммарной, т. е.:Р 0=Р+Р з 1 дп (Х, - Х), (2) где Р, - сила, обеспечивающая нулевое положение системы 4,Х 0 - желаемое нулевое положение системы 4,Х - фактическое нулевое положение системы 4.Подвижная система будет перемещаться по закону, описываемому уравнением:тХ= Р+ Рз 1 дп (Х 0 - Х)Выполнение обратной связи по сигналу,пропорциональному среднему значению положения подвижной системы 4 вибратора в диапазоне частот от О до со при помощи специального блока сравнения, имеетпреимущество, так как исключается возможность возникновения колебаний в системе на низ ких частотах, при которых обычные усредняю щпе устройства становятся инверторами и возникают собственные колебания, описываемые уравнениями:тХ+ КХ= О,(4) где К - коэффициент передачи блока усреднения при низких частотах, 10 Формула изобретения тель и блок сравнения с источником регулируемого напряжения к второму входу сумматора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности работы вибратора, блок усреднения выполнен в виде двухканального блока запоминания экстремальных значений, входами соединенного с выходом датчика положения, а выходами с входами второго сумматора, выход которого подключен к входу блока сравнения. 30 35 2. Вибратор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона работы вибратора, один из каналов двухканального блока запоминания экстремальных значений содержит усилитель посто 40 янного тока с конденсатором, включенным между суммирующей точкой и выходом усилителя, с цепью обратной связи, состоящей из последовательно включенных между собой выходом и суммирующей точкой резистора и 45 диода, плюсовым полюсом подключенного к суммирующей точке, с входной цепью, состоящей из последовательно включенных резистора и диода, минусовым полюсом подключенного к суммирующей точке, а также указа. 50 тель экстремума, входом соединенный с выходом датчика положения, одним выходом через диод, минусовым полюсом направленный к этому выходу, подключенный к общей точке резистора и диода входной цепи усилителя постоянного тока, другим - через диод, плю. совым.полюсом направленный к этому выходу, подключенныи кобщей точке резистора и диода обратной связи усилителя постоянного тока, а второй канал двухканального блока, запоминания экстремальных значений выполнен аналогично первому, но диоды включены обратной полярностью.Источники информации,65 принятые во внимание при экспертизе 1, Электродинамический вибратор, содер жащий магнитопровод с обмоткой подмагничивания, подвижную цилиндрическую катушку, установленную в воздушном зазоре маг-итонровода, длина которой больше длины воздушного зазора, задающий генератор, подключенный к первому входу сумматора, последовательно соединенного с усилителем, подключенным к подвижной катушке, и цепь обратной связи, составленную из датчика положения, подключенного через последова тельно соединенные блок усреднения, усили,71. Белоусов А. И. и Рекус Г. Г. Вибраторы с электромагнитным приводом (обзор), ЦНИИТЭстроймаш, М., 1970, стр. 4 - 72. Изд.743 арственного ком но делам изобр 35, Москва, Ж.З 82, Заявка Ле 2120658/10, кл, В 06 В 1/04, 1975 (прототип),Тираж 671тета Совета Министров ССтений и открытий