Устройство для управления вибровозбудителем

(51)4 С 05 0 19/02 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ока перемножения, о т л а юичес ССР983. 83. цион альноговыход бл,ючен кра функци к пе 1 й подкгтатотеля нения, втор с выходом второтеля функциональтеля. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Новосибирский электротехкий институт(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ У 11 РАВЛЕНКЯВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕМ, содержащее последовательно соединенные суммирую"щий блок и усилитель мощности, выход которого подключен к входу виб -ровозбудителя, датчик положения подвижной части вибровозбудителя, связанный выходом через первый усилитель с первым входом суммирующегоблока и с входом блока дифференцирования, первый выход которого подключен к второму входу суммирующего блока, а второй выход - к перному входу блока перемножения, соеди-.ненного выходом с третьим входом ЯО 17 ЗО 9А суммирующего блока, а также последовательно соединенные блок сравнения и второй усилитель, выход которого подключен к второму зходу щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства,оно содержит функциональныйпреобразователь, включающий н себяпоследовательно соединенные первыймасштабный усилитель, первый нелинейный блок, коммутатор, второймасштабный усилитель, а также второй нелинейный блок, вход которогосвязан с выходом первого масштабного усилителя, а выход - с вторымвходом коммутатора, причем выходдатчика положения соединен с входомпервого масштабного усилител фуикпреобразователя, нтоока дифференцирования управляющему нходу коммуионального преобразонаному входу блока сравй вхс.д которого связано масштабного усишного преобразова 176309Изобретение относится к виброиспытаниям и можт .быть использованодля управЛения электродинамическими, электрогидравлическими или электромагнитными вибровозбудителями. 5 Цель изобретения " расширение области применения устройства.На Фиг. 1 изображена функциональО ная схема предлагаемого устройства; на Фиг. 2 - графики процессов на выходе датчика положения подвижной части вибровозбудителя; на Фиг. 3 - зависимости, реализуемые нелинейными блоками и соответствующие процессам на Фиг.2; на фиг. 4 - принципиальная схема одного иэ вариантов выполнения блока дифференцирования.Предлагаемое устройство (Фиг.1) содержит последовательно соединенные суммирующий блок 1 и усилитель.2 мощности, выход которого подключен к входу вибровозбудителя 3, Выход датчика 4 положения подвижной части вибровозбудителя 3 подсоединен к входу блока 5 дифференцирования, через первый усилитель 6 - к второму входу суммирующего блока 1 и через первый масштабный усилитель 7 - к входам нелинейных блоков 8 и 9, Выходы бло- З 0 ков 8 и 9 через последовательно соединенные коммутатор0 и второй масштабный усилитель 11 подключены к входу блока 12 сравнения, Первый выход блока 5 дифференцирования подсоеди. нен к первому входу суммирующего бло-. ка 1, второй выход блока 5 подключен к второму входу блока 12 сравнения, первому входу блока 13 перемножения и к управляющему входу коммутато ра 10, Выход блока 12 сравнения через второй усилитель 14 подключен к второму входу блока 13, выход которого подсоединен к третьему входу суммирующего блока 1, Блоки 7-11 45 структурно объединены в функциональ - ный блок 15В качестве датчика 4 положения может быть использован любой серийно выпускаемый датчик линейного 50 перемещения, например типа ДЛП,Блок 5 дифференцирования может быть выполнен в виде двух блоков датчика скорости и датчика ускорения, либо в виде дифференцирующего фильт ра (Фиг.4), осуществляющего решение дифференциального уравнения ,ц у + + 1,4 иу + у = х(1), где у, у, у -оценки соответственно %, х, х;М - постоянная времени.При выборе,и (О, 1 ы , где Юмаксимальная воспроизводимая частота,динамика дифференцирующего фильтрамало сказывается на динамике всейсистемы и можно считать ху, 1- у.Нелинейные. блоки 8 и 9 могут бытьреализованы на диодных ячейках методом кусочно-линейной аппроксимации, либо использованы стандартные,например БН-ЗА (от аналоговой вычислительной машины 1 ЧНЕ).Коммутатор 10 может быть выполнен на базе компаратора типа 521 САЗ,нагрузкой которого является электромагнитное реле с переключающими контактами, При этом один вход компаратора является управляющим входомкоммутатора, на второй вход компаратора подан нулевой потенциал, крайние контакты переключающей группыреле являются входами коммутатора,а средний (подвижный) контакт - еговыходом, Коммутатор 10 подключаетк входу усилителя 11 выход либоблока 8, либо блока 9 в зависимостиот знака сигнала науправляющем входе,В предлагаемом устройстве реализовано управление по отклонениюпервой производной выходного сигна -ла датчика 4 положения от ее желаемого значения, Формируемого функциональным блоком 15,Пусть, например, на выходе датчика 4 положения необходимо реализовать периодический процесс:Тх = 1-е 0- -4Т Тх = 1-е С (4 2Т ЗТх = - 1-е2 4ЗТх = - 1-е -- С (Т4(1)где Т - период колебаний (кривая 1на Фиг,2).Процессу (1 ) соответствует криваяна фазовой плоскости (х,х). Ее уравнение можно найти, продифференцировав (1 )по 1 и освободившись затемот параметра :х= - х+ при х)0, х)0;х = хпри х )О, х (О;хк = -х - 1 при х (О, х(0;х,= х+1 при х 0, х)0, (2)где х - желаемое значение производной хПри х = х, т, е, выполнении соотг1ношений (2), процесс на выходе датчика 4 положения будет желаемым. Следовательно, для достижения поставленной цели предлагаемое устройство должно, начиная с некоторого момента времени (времени установления колебаний), обеспечить выполнение соотношений (2 ).Введенный в устройство функцио нальный блок 15 вырабатывает х в соответствии с уравнениями (2),При этом кривая ВСПСВ (дкг.З), соответствующая уравнениям ( 2 ), доопределена при)х 1 и реализованас помощьюдвух 15 нелинейных блоков 8 и 9, причем один из них, например блок 8, реализует зависимость ЕВСИН (фиг.З), а второй (блок 9 ) - зависимость АВСРЕ. Коммутатор 10 обеспечивает поочередную 20 работу блоков 8 и 9 причем при х ) 0 к выходу коммутатора 10 подключается выход блока 8, а при х (О - выход блока 9. Масштабные усилители 7 и 11 введены с целью изменения масшта ббв кривых, реализуемых блоками 8 и 9, что дает возможность регулировать амплитуду и частоту колебаний на выходе датчика 4 положения, Кривые 1-3 на фиг.2 иллюстрируют изме нение амплитуды и частоты колебаний при разных значениях коэффициентов передачи в и гп усилителей 7 и 11,Динамика вибровозбудителя 3 электродинамического или электромагнитного типа может быть описана нелинейным дифференциальным уравнением третьего порядка:х: 1 (х)+Ь (х) О, (3)40 где х - выходная координата вибровоэбудителя (сигнал на выходе датчика 4 положения);х = (х, х, х ) - вектор состоя 45ния вибровозбудителя 3;- напряжение управления навходе вибровозбудителя 3; г - нелинейнаяфункция;Ь) О,Зависимостьи Ь от 1 отражает 55нестационарность характеристик вибровозбудителя и нагрузки и действиевозмущений. В предлагаемом устройстве реализован следующий алгоритм управления;О к(к -о(ь х+зк ), (Ф)где й = ( х ж - х) - выходной сигналустройства 12 сравнения;д - коэффициент усиления усилителя 14;ф - коэффициент усиления усилителя 6;- коэффициент усиления усилителя 2 мощности."Вырожденное" движение объекта (3 при управлении (4 ) и достаточно большом К описывается уравнениемХ -оЕ ЪХ+/ЗХ:0При ь ) О, т.е, нахождении изображающей точки системы внутри циклаВСРСВ (фиг.З), траектории системы (5)расходятся от начала координат,при й(0 (изображающая точка вне цикла ВСВСВ ) - сходятся к началу координат, Следовательно, при любых начальных условиях траектории системы (5 ) сходятся к предел. ному циклуВСАДИВ, соответствующему заданномуколебательному процессу. Величиныкоэффициентов о и ф определяют.характер процесса установления колебаний (колебательный, апериодический ) и его продолжительность.Предлагаемое устройство позволяет обеспечить на выходе вибровозбу -дителя 3 периодические процессых(Ц с ограниченными во величинепроизводными х, х, х, причем производная х должна менять знак лишьдва раза за период.Таким образом, введение в устройство функционального блока 15,включающего масштабные усилители7 и 11, нелинейные блоки 8 и 9 икоммутатор 10, и организация управления по отклонению первой производной сигнала датчика 4 положения отего желаемого значения позволяетсформировать на выходе вибровозбудителя 3 колебания заданной формы,Этим достигается расширение функциональных возможностей устройства,Устройство работает следующимобразом,Пусть н начальный момент времеВни х(о)= х 0 у = у = О, а выходусилителя 2 мощности отключен отвхода вибровозбудителя 3. Б этомслучае на выходе усилителя 2 мощности формируется сигнал1 =-КР,где 1 - коэффициент усиления усилителя 2 мощности;,ф - коэффициент передачи усилителя 6.После подключения выхода усилителя 2 мощности к входу вибровозбу" 1 О дителя 3 подвижный элемент последнего приходит в движение, что влечет за собой изменение сигнала на выходе датчика 4 положения и появление сигналову, у на выходах 15 блока 5 дифференцирования. Изменяющийся сигнал с выхода датчика 4 через усилитель 7 поступает на входы блоков 8 и 9. Коммутатор 10 в зависимости от знака сигнала, посту лающего на его управляющий вход из блока 5, подключает к входу усилителя 11 выход либо блока 8, либо блока 9, В результате на выходе усилителя 11 Формируется сигнал, пропор циональный желаемому значению хж первой производной сигнала х. Этот сиг- нал сравнивается в блоке 12 с поступающей иэ блока 5 оценкой у, действительного значенияпроизводной,Разност- "О ный сигнал д с выхода блока 12 усиливается в о раз усилителем 4 и умножается блоком 13 на сигнал оценки , поступающий из блока 5. Сигналы о дЭ с выхода блока 13 перемножения, у с выхода блока 5, пропорциональный величине второй производной сигнала х, а также усиленный в в раз усилителем 6 сигнал х с выхода датчика 4 положения суммируются бло О ком 1 и усиливаются далее по мощности блоком 2, В результате на выходеусилителя 2 мощности формируется следующий алгоритм управления: Как было показано, такой алгоритмуправления обеспечивает стремлениек нулю формируемой на выходе блока 12разности между действительным и желаемым значениями первой производной сигнала х на выходе датчика 4положения.По истечении времени,определяемого величинамикоэффициентов с и а, подвижный элемент вибровозбудителя 3 будет совершать колебания заданной Формы.Наиболее эффективная работа предлагаемого устройства обеспечиваетсяпри использовании усилителя 2 мощности с релейной характеристикой.В этом случае устройство будет работать в режиме скольжения, что позволяет эффективно парировать нестационарность характеристик вибровозбудителя и действие возмущений, а также повысить КПД устройства при одновременном снижении стоимости усилителя мощности.Диапазон рабочих частот устройства может быть существенно расширен,если в качестве коммутатора 10 использовать интегральный коммутатортипа К 590 КН 2 или подобный ему,Выполнение усилителя 14 в нидеднухпозиционного реле дает возможность путем увеличения коэффициентапередачи усилителя 6 уменьшить времяустановления колебаний на выходенибровозбудителя 3.1176309 фиг.З Составитель Л.Цаллаговатор М,Петрова Техред И,Асталош ректор Л,Вески Подпис д,4/ л ППП "Патент" город, ул,Проектна и 5360/47 ВНИИПИ Рос по делам 113035, Мо