Устройство для моделирования вибродвигателя

(088. 8) Дата опубликования описания 30.12,81(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВИБРОДВИГАТЕЛЯ Изобретение относится к полунатурному моделированию и может быть применено для электрического моделирования звеньев вибродвигателей,Известен вибродвигатель, который содержит ротор и пьезокерамический вибратор, упруго закрепленный в корпусе и прижатый к ротору 11 Наиболее близким к предлагаемомута является устройство, содержащее исследуемый объект, установленный на возбудителе колебаний, датчики параметров, установленные на исследуемом объекте и подключенные к соответствую 15 щим входам блока моделирования динамической системы и блока оптимизации, возбудитель колебаний в виде взаимно перпендикулярно установленных пьезоэлектрических преобразователей 2. Недостаток известных устройств- отсутствие возможности синтеза ведущего пьеэокерамического движителя. Цель изобретения - осуществление синтеза ведущего пьеэокерамического движителя.Для достижения поставленной цели в устройство для моделирования вибро. двигателя, содержащее ротор вибродвигателя, вибратор, датчик скорости, блок оптимизации, генератор гармонического сигнала и блок обратной передаточной функции вибратора, дополнительно введены датчик силы, два аналоговых блока памяти, блок деления, фазометр и блок регистрации, причем датчик скоРости, установленный на подвижной части вибратора, соединен со входом первого аналогового блока памяти и первым входом фазометра, датчик силы, установленный между подвижной частью вибратора и ротором вибродвигателя, соединен со входом второго аналогового блока памяти и вторым входом фазометра, выход которого соединен со входом блока оптимизации и первым входом блока ре гистрации, выходы аналоговых блоков памяти соответственно соединены со входами блока деления, выход которого соединен со вторым входом блока регистрации, третий вход которого подклю" чен к выходу генератора гармонического сигнала, соединенному через блок обратной передаточной функции вибратора со.входом вибратора, а выход блока оптимизации соединен с управ о ляющим входом. генератора гармонического сигнала.Блок оптимизации содержит элемент дифференцирования, сумматор, задатчик постоянных напряжений, два диода, 1 з согласующий резистор, триггер и интегратор, причем вход элемента дифференцирования является входом блока оптимизации, а выход элемента дифференцирования соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к первому выходу задатчика постоянных напряжений, второй вы". ход которого через согласующий резистор соединен с общим катодом двух диодов, анод первого диода подключен к выходу сумматора, а анод второго диода через триггер соединен со входом интегратора, выход которого является выходом блока оптимизации,30На чертеже показана схема предлагаемого устройства. Устройство содержит ротор 1, вибратор 2, датчик 3 силы, расположенный между ротором 1 и вибратором 2, датчик 4 скорости, расположенный на подвижной части вибратора, аналоговые блоки 5 и 5 памяти, через которые выходы датчиков 3 и 4 соединены со входами делимого и делителя блока 6 деления, фазометр 7, входы которого соединены со входами датчиков 3 и 4 непосредственно, блок 8 оптимизации, включающий в себя элемент 9. дифферен 45 цирования, сумматор 10, задатчик 11 постоянных напряжений, два встречно" противоположно соединенных диода 12 и 13, согласуюер 4 й резистор 14, триггер 15 и интегратор 16, генератор гарионического сигнала 17, блок 18 обратной передаточной функции вибратора, , через который выход генератора 17 соединен со входом вибратора 2 и блок 19 регистрации, отдельные входы которого соединены.с выходами блоков 6, 7 и 17 1Предлагаемое устройство работает следующим образом. 42Датчик 3 силы выдает сигнал, пропорциональный силе Р взаимодействия между вибратором 2 и ротором 1, дат" чик 4 скорости выдает сигнал, пропормти вибратора 2. Сигналы с выходов датчиков 3 и 4 поступают в аналоговые блоки 5 и 5 памяти, на выходе которых получаются сигналы, пропорциональные амплитудным значениям упомянутых силы и скорости соответственно. Сигнал с выхода блока 5 поступает на вход делимого блока 6 деления, а с выхода блока 5- на вход делителя блока 6, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный соотноаению амплитудных значений Г и Х, т.е. Г/Х, который равен модулю механического импеданса ротора 1. Сигналы с выходов датчиков 3 и 4 поступают также на входы фазометра 7, на. выходе которого образуется напряжение, пропорциональное разности фаз между силой Г и скоростью Х. Этот сигнал поступает на вход блока 9 дифференцирования блока 8 оптимизации. Сигнал с выхода блока 9, который является положительным при увеличении разности фаэ и отрицательным при ее уменьшении, поступает на вход сумматора 10, на второй вход которого поступает напряжение отрицательного знака с выхода задатчика 11 постоянных напряжений. Сигнал на выходе сумматора, 10, таким образом, положителен, а отрицательным он становится только тогда,когда положительное напряжение на вы"ходе блока 9 превыаает отрицательноенапряжение на выходе. блока 11, Сигналс.выхода сумматора 10 поступает навход двух противоположно-встречносоединенных диодов 12 и 13, к общейточке минусовых полюсов которых под"ключено отрицательное напряжение совторого выхода блока 11, Когда навыходе сумматора 10 присутствует положительное напрвжение, диод 12 открыт и на общей точке - также положительное напряжение. Диод 13 при этом закрыт. Когда напряжение на выходе сумматора 10 становится отрицательным,диод 12 закрывается, и отрицательноенапряжение со второго выхода блокапостоянного напряжения через резистор14 и диод 13 скачкообразно поступаетна счетный вход триггера 15. Триггерменяет состояние и при этом меняетсязнак напряжения на его выходе. Выходное напряжение с выхода триггера8 поступает на вход интегратора 16,на выходе которого получается воз- .растающее или убывающее напряжение взависимости от того, отрицательноеили положительное напряжение находит.ся на выходе триггера 15. Возрастаю щее или убывающее напряжение с выхода интегратора поступает на управляющий вход генератора 17, на выходе которого образуется гармонический сигнал с увеличивающейся или уменьшающейся частотой и постоянной амплитудой. Сигнал с. выхода генератора 17 поступает через блок 18 обратной передаточной функции вибратора навход вибратора 2. Блок 18 обратной пе-.редаточной функции вибратора выполняется в зависимости от динамической структуры и параметров вибратора 2. Если, например, применяется электро- динамический вибратор, динамика которого описывается дифференциальным уравнением второго порядка, то, чтобы вибратор передавал колебания генератора 17 заданного закона и амплитуды, блок 18 обратной передаточной Функции вибратора должен быть выполнен в виде Фильтра с характеристикой реализующей оператор, обратный колебательному.При сложной конфигурации ротора 1 максимальный момент, передаваемый от двигателя пьезодвигателя на ротор, передается, когда достигается максимум механического импеданса ротора 1.И = ( - .) (1)СХТак как механический импеданс ротора увеличивается при наибольшем удалении от собственных Форм колебаний ротора, то он будет наибольшим при минимуме разности Фаз между силой Г и скоростью Х, когда частота генератора 17 находится между двумя сосед- ниии формами колебаний. Если, напри" мер, при любом начальном состоянии интегратора 16 и соответствующей частоте колебаний генератора 17 она не соответствует минимуму, и, например меньше, чем в точке минимума и триггер 15 находится в состоянии, когда на выходе присутствует отрицательное напряжение, то она вызывает нарастание положительного напряжения на выходе интегратора 16, тем самым увеличивает частоту генератора 17, разность фаэ уменьшается, напряжение на выходе блока 7 уменьшается, а на выходе блока 9 становится отрицательным. Напряжение на выходе сумматора 10 - положительное,диод 13 закрыт. Триггер 15 находитсяв том же положении, а частота нарасф тает. Когда частота достигает точкиминимума разности фаз и переходит его,напряжение на выходе фазометра 7 начинает возрастать и, когда превышаетотрицательное напряжение, поступающее ф с выхода блока 9, на выходе блокадифференцирования появляется отрицательное напряжение, диод 13 открывается, образуется скачок напряжения итриггер 15 меняет состояние. Напряже" ф ние на его выходе тоже меняет знак,напряжение на выходе интегратора 16умейьшается и, тем самым, уменьшаетсяи частота генератора 17. Разность Фаэуменьшается, а на выходе блока 9 на- фЗ пряжение будет отрицательного знакадо тех пор, пока частота, уменьшаясь,переходит точку минимума Фаэ и разность фаз увеличивается. При достиже. нии на выходе блока 9 положительного. зз напряжения выше отрицательного на первом выходе блока 11 триггер 15 меняетсостояние, и процесс повторяется, Колебание вокруг точки минимума Фазуменьшается до незначительного, подзв бирая величину отрицательного напряжения на первом выходе блока 11,Если при начальном положении триггер 15 находится в состоянии, когданапряжение положительное, то частота зз колебаний генератора уменьшается, азначит разность фаэ увеличивается, напряжение при этом на выходе блока 9Положительное, при достижении соответствующего уровня способствует изме 4 е нению состояния триггера 15 и .изменяет изменение частоты приводящей к ми 1нимуму разности Фаз.Процесс поиска минимума разностифаз при установлении начального сос тояния за минимумом происходит аналогично. Так как пьезокерамический движитель в вибродвигателе должен работать в резонансе, т,е, с частотой попервой Форме колебаний, и наибольшуюэффективность он дает при максимуме фф механического импеданса ротора, тонайденная частота при минимуме разности фаз является той частотой, на которой должен работать движитель. Атак как первая форма движителя одрефф деляется по Формуле. 0: г(м,), (г)то величина частоты определяет длину и ьезокера ми чес ко го д вижи тел я .Цтобы найти возможные параметры длины Я движителя, рассматривают областимежду различными Формами коле. баний ротора. Результаты Фиксируются с помощью блока 19 регистрации, на входы которого .поступают сигналы с выходов блоков 6, 7 и 17, пропорциональные соответственно модулю механического импеданса, разности Фаз и частоте генератора 17. По зарегистри- о рованным параметрам в диапазонах между разными Формами колебаний выбирается тот в точке минимума разности Фаз, в котором механический импеданс имеет наибольшее значение. По часто" 15 те в этой точке минимума по формуле (2) подбирается параметр В движителя.Использование предлагаемого устройства позволяет осуществить синтез ведущего пьезокерамического движите- рО ля по максимуму импеданса и.по фазовой характеристике ротора и, тем самым, на 20-303 повысить мощность вибродвигателя и на 2-3 Ф КПД.формула изобретения Устройство для моделирования аибродвигателя, содержащее ротор вибродвигателя, вибратор, датчик скорости, блок оптимизации, генератор гармонического сигнала и блок обратной передаточной Функции вибратора, о т " л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей за счет обеспечения возможнос" з 5 ти моделирования ведущего пьезокера" иического движителя, в него дополнигельно введены датчик силы, два аналоговых блока памяти, блок деления, Фазометр и блок регистрации, причем 4 О датчик скорости, установленный на подвижной части вибраторв, соединен со входом первого аналогового блока памяти и первым входом фаэометра, дат 45 чик силы, установленный между подвижной частью вибратора и ротором вибродвигателя, соединен со входом второго аналогового блока памяти и вторым входом фазометра, выход которого соединен со входом блока оптимизации и первым входом блока регистрации, выходы аналоговых блоков памяти соответственно соединены со входами блока деления, выход которого соединен со вторым входом блока регистрации, третий вход которого подключен к выходу генератора гармонического сигнала, соединенному через блок обратной пе" редаточной Функции вибратора со входом вибратора, а выход блока оптимизации соединен с управляющим входом генератора гармонического сигнала.2, Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок оптимизации содержит элемент дифференцирования, сумматор, задатчик постоянных напряжений, два диода, согласующий резистор, триггер и интегратор, причем вход элемента дифференцирования является входом блока оптимизации, а выход элемента дифференцирования соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к первому выходу задатчика постоянных напряжений, второй выход которого через согласующий резистор соединен с общим катодом двух диодов, анод первого диода подключен к выходу сумматора, а анод второго диода через триггер соединен со входом интегратора, выход которого является выходом блока оптимизации.Источники информации принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР йф 632014, кл, Н 01 1. 41/10, 1979.2. Авторское свидетельство СССР Ю 516056, кл, С 06 0 7/48, 1976 (прототип).894742 ль И. ЛебедеХаритончикНазаров едакто акаэ 11492/80ВНИИПИ 4/5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Сост ави челинская Техред Е в ее г т( етодписноеСР ного комитета Сений и открцтий Раушская наб.,