Устройство для регулирования виброколебаний

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ 80РЕСПУБЛИН (19) (1 И 53 19 0 ТЕНИ ов,о-М усилителя сое ми умножителейожителя поделя мощностиа выход входа него умн усилитго умно динен с а выход ключен жителвторымипослк вхо фи АРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Кузнецов А.А. Вибрационныеиспытания элементов и устройств автоматики. М., 1 Энергия, 1976,с.83.2. Авторское свидетедьетво СССРМ 369444, кл. 6 05 2 19/02, 1970:(54(57) УСУРОИСТВО ДЛЯ РЕГуЛИРОВА .НИН ВИБРОКОЛ 1."БЬНИЙ, содержащее задающий генератор, выходом подключенный к первому входу компрессора, последовательно соединенные вибродатчик, аттенюатор, детектор и первый Фильтр низкой частоты, выход которого под;. ключен к второму входу компрессора, а также усилитель мЬщности, выходом связанный с вибростендом, о т л И- ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического. диапазона регулирования., оно содержит последовательно соединенные выпрямитель, второй Фильтр нивкой частоты и усилитель, а также и; последовательно соединенных умножителей, причем выход компрессора подключен к входу выпрямителя и первомувходу первЯу1089556Изобретение относится к вибраци- ра, а также усилитель мощности, выонной технике и предназначено для ходом связанный с вибростендом ввеФавтоматизированных систем управления, дены последовательно соединенныеустановками синусоидальной и случай- выпрямитель, второй фильтр низкойной вибрации. частоты и усилитель, а также н после, Известно устройство управления 5 довательно соединенных умножителей1синусоидальными виброколебаниями, причем выход компрессора подключенсодержащее генератор фиксированной к входу выпрямителя и первому входучастоты, усилитель с автоматической первого умножителя, выход усилителяРегулировкой усиления (АРУ) смеси- соединен с вторыми входами умножитетель, генератор переменной частоты, 10 лей, а выход последнего умножителяфильтр низкой частоты, блок качания подключен к входу усилителя мощносчастоты, усилитель низкой частоты, ти.катодный повторитель, измерительный На фиг. 1 показана схема устройствибропреобразователь, согласующий ва управления уровнем колебательногоусилитель, два интегратора, делитель 15 параметра электродинамической вибра;напряжения, усилитель, потенциометр, ционной установки в статическом режи.парафазный усилитель, выпрямитель Г 1( ме; на фиг. 2 - регулировочная хаНедостатком известного устройства, рактеристика компрессора в децибелах;является то, что задание требуемого на фиг. 3 - структурная схема нелиуровня вибрации осуществляется сме- нейного корректирующего звена; нащением рабочей точки по регулировоч фиг. 4 - структурная схема предлагаеной характеристике усилителя с АРУ мого устройства.с помощью потенциометра в обратной " устройство содержит компрессор 1,связи, т.е. за сМет уменьшения дина- аттенюатор 2 прямой цепи, объект 3мического регулирования. управления, аттенюатор 4 обратнойНаиболее близким к предлагаемому 25 связи, умножитель 5, детектор 6,является устройство улравления вииро- рильтр 7 нивкой частоты, усилитель 8,испытаниями, которое содержит задаю- задающий генератор 9, компрессор 10,щий генератор, компрессор, сдвоен- умножители 11, объект 12, включающийный потенциометрв управляемый от усилитель мощности вибростенв у д иад чика программы, объект управ вибродатчик (не показаны), аттенюаления (усилитель мощности, вибро- тор 13, детектор 14, первый фильтрстенд вибродатчик), детектор с фильт низкой частоты, выпрямитель 16ром низкой частоты Г 1час тоты Г 2 1. второй фильтр 17 низкой частотыуНедостатком такого устройства яв- и усилитель 18,ляется то, что изменение коэффициентаЗ 5 В вибрационных установках для стабилизации колебательного параметраиспользуются устройства автоматической регулировки усиления - компресглубины обратной связи сглаживаетсяильтсоры, регулировочная характерис иф ром с большой постоянной време- которых с достаточной стт ка40епенью точни, то всякое возмущение в цепи пря- ности аппроксимируется выражениеммой передачи подается на вход объек- (см.3).та, что может привести к толчкам ийнедопустимым перегрузкам испытуемогоКй= ( )й(1)изделия. предусматриваемое в задаю- где К у - коэффициент передачи компщей аппаратуре устройство безопаснос рессора;ти будет снимать сигнал возбуждения (1 - регулирующее напряжение;с объекта управления при каждом пре- о - значение 0 при единичномвышении скорости изменения уровняусилении регулирующейсигнала допустимых пределов безопасцепиуности. Кроме того, практическая реа а - постоянная, обычно а40.лизация аттенюатора прямой цепи сСтруктурная схема устройстваплавной регулировкой коэффициентаУпРавлЕниЯ УРовнем колебательногоусиления в широком диапазоне (не ме- ,.паРаметРа электроДинамической вибра"нее 60 дв) сопряжена со значительными ЙЦионной Установки в статическом Ретехнологическими трудностями и во жиме содержит К-компрессор с нелимногих случаях невозможна.нейной регулировочной характеристиЦель изобретения - расширение ди- койнамического диапазона регулирования.Управления, описывающие статичеспоставленная цельдостигается кий Режим замкнУтого контУРа РегУлитем, что в устройство, содержащее РованиЯ, значительно УпрощаютсЯзадающий генератор, в ходом подклю .при переходе к логарифмическому масченный к первому входу ко рессора, штабУ. Относительно начального УРовпоследовательно соединенные вибродат- ня Бб для регулировочной характерисчик, аттенюатор, детектор и первый тики компрессора в децибелах (фиг.2)фильтр низкой частоты, выход которого получимподключен к второму входу компрессо- К = - .аО (2)1089556 Отсюда очевидно, что эффективныйдиапазон сжатия устройства зависитот. Уровня колебаний и будет уменьшаться с уменьшением требуемого уровня задания.5 Уменьшение диапазона регулирования связано с тем, что при измененииглубины обратной связи происходитсмещение рабочей точки по регулировочнойхарактеристике компрессора. (О Действительно,для уровня регулирующе,го напряжения ц,определяющего положение рабочей точки,при оС =0 из выражения (7) имеемЦ = (Ь(М) +Р). (10) 15 Положение рабочей точки на характеристике компрессора при установке требуемого уровня возбуждения будет оставаться неизменным, если в выражении (7) исключить зависимость регулирующего напряжения от. глубины обратной связи. В устройстве (2) это достигается с помощью включения аттенюатора прямой цепи, коэффициент передачи которого изменяется по , закону о= -Р . При этом уравнения (б) и (7) принимают вид(оС+ Ь(со) + А)11+а Ц = Ь(и 1) .(12)Отсюда по"прежнему уровень колебательного параметра задается с помощью аттенюатора обратной связи (11), но смещение рабочей точки по харак.теристике компрессора не происходит (12).Иэ последнего выражения с учетом формулы (2) получим Принимая во внимание, что, как правило, .а у 40, и используя (б), запишем 35 у (8) т.е. уровень колебаний У определяется глубиной обратной связи, а влияние изменения коэффициентов передачии Ь(о) на уровень вибрации снижается компрессором в (1+а) раэ. Эффективный диапазон регулирования устройства определяется диапазоном изменения коэффициента передачи объекта управления Ь(М), который может бить сжат устройством без смещения рабочей точки компрессора в область насыщения, где возможны периодичес кие режимы и потеря устойчивости регулирования.50Проводим сравнительный анализ предлагаемого и известных устройств с точки зрения эффективного диапазона регулирования.Для устройства 1) о(=0 и уровень 55 вибрации в соответствии с (8) задается аттенюатором обратной связи. Из выражения (5) найдем бО 65 Учитывая, чт. уровень входного сигнала постоянный, в децибелах относительно начальных значений, определенных при единичном усилении компрессора, имеем: Е р -ац.; (3) у = -ац +а(+Ь(со)р (4) ц =у+, (5)где Б в ,уровень сигнала на выходекомпрессора;ц - уровень регулирующего напряжения;у - уровень колебательногопараметра на столе вибратора 1ей),р коэффициенты передачи .аттенюатора прямой цепи, объекта управления и ат.- тенюатора обратной связи соответственно.Объект управления включает усилитель мощности, вибратор, испытуемое изделие и вибропреобразователь.После несложных преобразований из (4) и (5) получим у = 3 - + Ь -- + Ь(ш)-1-1+а 1+а 1+а" Представив это значение в формулу (7) и учитывая (2), получимЬ(щ ) = - Кч+ у у = - + (ш) 1 1+аЬ(м) " - К (13) т.е. эффективный диапазон регулирования устройства определяется диапазоном регулирования компрессора.Однако в связи с тем, что при изменении. коэффициента передачи аттенюатора прямой цепи не исключена ;возможность появления возбуждающе 1 го сигнала, задание уровня колебаний с помощью сдвоенного потенциометра в практике виброиспытаний не используется.В предлагаемомустройстве для расширения диапазона регулирования вместо аттенюатора в прямой цепи используют нелинейное корректирующее звено с коэффициентом передачио( = у (Е), (14) где .у - коэффициент пропорциональности;Е - постоянное напряжение,пропорциональное уровнюсигнала на выходе компрессора;и - целое.Техническая реализация функциональной зависимости (14) может быть представлена в виде последовательно соединенных умножителей, детектора, фильтра низкой частоты и усилителя.,Цетектор,фильтр и усилитель обра вувт измерительную цепь.Умножитель имеет значительно более низкий уровень шумов по сравнению а компрессором, который при малом коэффициенте передачи превращается .10 в источник высокочастотного шума.Это обстоятельство позволяет получить на выходе умножителя изменение сигнала в большем, чем у компрессора, диапазоне, 15В децибелах, относительно уровня сигнала при единичном усилениикомпрессора, выражение (14) примет видю(= п Е 20 или, учитывая формулу (3), запишемЫ= - апО (15) Подставив полученное выражение в.Формулу (7), найдем Для уровня колебательного параметра х можно записать х = к+ о(+ ь(ш) или, принимая .-во внимание (2) и (15) у = -а(п+1) Б + Ь(Ю ) (17) 35 Совместное решение (16) и (17) дает а (и+1),0 1 1+а(п+1) 1+а(п+1) 40(18) т.е. уровень колебаний обратно 45пропорционален коэффициенту передачиаттенюатора обратной связи,. Сравнивая.Выражения (16) и (10), получим,что в предлагаемом устройстве смещениЕ рабочей точки по регулировочной 50характеристике компрессора при уста".нонке требуемого уровня вибрации путем изменения глубины обратной связи в (п+1) раз меньше, чем в известном, 55Эффективный, диапазон регулирования устройства найдем из выражения(2) и (18),ь (ш), (-кЧ+х) -пкч (19) 6 Отак как на практике УС К, то(.(й)-П,Кч.Из формул (9), (13)и (19) следует, что эффективный диапазон регу-.лирования устройства превышает диа пазоны регулирования известных уст ройств не менее чем в п раз.Устройство работает следующим образом.Сигнал возбуждения, формируемый задающим генератором 9, через компрессор 10 и нелинейное корректирующее звено, включающее последовательно соединенные умножители 11 и измерительную цепь, составленную из выпрямителя 16, фильтра 17 низкой частоты и усилителя 18, подается на объект 12 управления, возбуждая в нем механические колебания. Установка и стабилизация уровня колебательного параметра на выходе объекта осуществляется автоматической регулировкой коэффициента усиления компрессора 10 по цепи обратной связи, в.которой сигнал, снимаемый с выходе объекта 12, выпрямляется детектором 14, сглаживается фильтром 15 и подается. на управляющий вход компрессора 10, Глубина обратной связи определяется аттенюатором 13. Регулируется его коэффициент передачи, устанавливают требуемое вибрационное состояние объекта, Всякое изменение заданного колебательного параметра объекта вызывает пропорциональное изменение управляющего напряжения на входе компрессора и смещение его рабочей точки, а следовательно, коэффициента передачи и уровня выходного сигнала, который через нелинейное корректирующее звено возвра- щает объект в его прежнее состояние. Коэффициент передачи корректирующего звена нелинейно зависит от амплитуды его входного сигнала. Зависимость имеет вид степенной функции и реализуется последовательным соединением умножителей 11, число которых определяется показателем степени. В умножителях 11 сигнал возбуждения умножается на постоянное напряжение, пропорциональное его амплитуде Выделение амплитудногозначения сигна ла на выходе компрессора осуществляется измерительной цепью.Изменение управляющего напряжения компрессора, обусловленное неравномерностью частотной характеристики объекта либо изменением глубины обратной. связи, приводит к смещению его рабочей точки по регулировочной характеристики, Это смещение фиксируется в измерительной цепи нелиней" ного корректирующего звена и вызыва-, ет изменение его коэффициента передачи в ту же сторону, что и.компрессора. При этом происходит перераспределение общего изменения коэффициента передачи прямой цепи, необходимого для компенсации отклонения уровня колебаиий объекта, между компрессором и нелинейным корректируювитель Л.Цаллагод И,Метелева орректор И.Эрдейд Тираж 842арственногоизобретенийква, Ж-.35, Ра Заказ 293 44 ВНИИПИ Госуд комитета СССР по делам и открытий 113035, Мос ушская наб., д.дписное илиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щим звеном. За счет зтодо смещене рабочей точки компрессора по регулировочной характеристике уменьшается. Смещение будет тем меньше, чем большее число умножителей 11 установлено в нелинейном корректирую щем звене, т,е. величина смещения при определенном изменении уровня вибрации будет обратно пропорциональна показателю степенной функции, реализуемой корректирующим звеном, , 10 что равнозначно увеличению во столько же раз динамического диапазона регулирования.Преимуществом предлагаемогоустройства является то, что изменеФ ние коэффициента передлдн нрчмлн цепи происходит плавно, со д коро- стью, определяемой постоянной времени фильтров низкой частоты, соответствующий выбор параметров которых исключает возникновение толчков и перегрузок испытуемых изделий,Таким образом, предлагаемое устройство позволяет по сравнению с известными существенно расширить ди" намический диапазон регулирования, являющийся одним из основных параметров устройств управления виброиспытаниями, определяющих .их качество и функциональные возможности