Устройство для управления вибровозбудителем

СКИХ ЕСКИХ СВОЗ СОВСОЦИАЛИСТРЕСПУБЛИ 19)ЯО(11) 1 2В)4 С 05 0 19/02 ТЕНИ ПИСАН ЕТЕЛЬОТВ ВТОРСНОМУ множен тель импуль - са, задатчик ри цифамяти и причем кода сое ват тчик инены с соответходами блока паходы которого щими адресными информационные ючены к соответаналоговых препервого цифров ствующим входам ц образователей, вы аналогового преоб азователя связан первым входомирователя и ратора, выход форв подключен кчика, к установочомп ль счетно у сче торог ому входу к броса, выхо одключ цифро л торо налого тел блго преобразов входом второг и с третьим в оединен с а перемножени 1 матора,го пре- фпервого оаналог енс пе ходом о цифр ыход третьегбразователяретьего суммлока перемно оедин вым вход тор выход второгосоединен с вторым ени входом датчик вибров в него иненнык пере третье компар сумматора вторым входо о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРВ 1079071, кл. С 05 Р 19/02, 1982.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕМ, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, усилитель мощности и вибровозбудитель, последовательно соединенные датчик положения подвижного элемента вибровозбудителя, блок диффе-.ренцирования, квадратор, второй сум-матор и первый блок перемножения,выход которого соединен с первымвходом первого сумматора, второй выход блока дифференцирования соединенс вторым входом первого сумматора, апервый выход через двухпозиционноереле - с вторым входом первого блокаперемножения, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения его ункциональных возможностведены последовательно сретий сумматор и второй последовательно соединенные компаратор и формиро сов, а также блок сб кода, счетчик, блок роаналоговых преобра выходы счетчика и за торого сумматора, а выход положения подвижной части будителя - с вторым входом)3 ГТЛГ )ХО)Л:; Г"030 )С,ГЕ;Т ЛЧЕ)ЫГГ. (Я;);, Г,се) С) )-) г) со), 1) Т)у; ); п,Ос: )Ц г),.11,), .я ) ПОЛО) ( ГТГ Т 0 цС 0 (. у)Г)О) 3:. .3 ). 0 ) ( и Л" К О МП Я)Р г(Т 0 ) Д 1 0ГГ)ХОг ЛО О 0 )Г);. ) 3 С)ОР", О ГТГ) ГС)3(Т 1 / И г)У,) Сг) 0-,К -),)ДЕН К С.-ГЕтНО ЧУВХОду СЧт(НГК 3ВЫХС)Ч; рн)ЬЕГО 1.(11 ),. Ныхот; дг, чикаГГ)кГ),пз )0)сОС)и.ень к хогалл етье)" О с Ум Чгор.: / В, Т; Г(о,т ) г)Орг "С 3(К)Ч(Г) К;ХОД " .0 0) ГО,) )(КЯ) ( . НСО ЕМНОКЕ яВыход нтопого Ц(Л 2г) Отк.юче)н 0)г) ВРк третьему вхоцу сумматора 1 и оставшемуся входу блока 19 перемножения,. выход которого подсоединен к второлгу входу сумматора 7, Выход устройства 10 сброса подсоединен кстяновочному входу (входу установ:;И НТГЛ(я,1 СЧЕтЧИКа 11. ВЫХОД уСИЛИтЕ- ля 2 мощности потклочен к входу вибровозбупителя 20 на подвижном эле)янте которого устаиов;ен датчик 3положенияДЯ гу, гТО,Л 3 гг,уожЕНия МожЕт бЫт Ттобой серийно выпускаемьй датчик линейно) о перемещенияБлок 4 дифференцирования может:)0)3(Ет бьть ИстОЛтсЗОВЯН ОПЕрацИОНГь)тт усилитель втлюченн й без обратой связи,. 11 р этом на один из входов усилителя подан нулевой потенциал второй вход ,тсилителя является Г:,Гоцол реле, я зыход усилитетя;. :) Г) ЛЛЫ - фО рМИр 0 В Я НИЕ К 0 . гП Г Е С Й О О ласти в блоке 12 памяти где хранитЛ :ся инФортлация о требуемой Форме колебаний. Задатчик 9 может быть выло;нен в зиде многопозиционного переключателя и ифряторя, При этом переключатель поочередно подает "ь)со(яй потенциал ня входы шифратора я ня выходе последнего формируЕтсн ДВОИЧНЫЙ КОД, СООтВЕтСтВУЮЩИй положению пере)ключателя. Выходы шифратора я)вляются выходами эядатчика кода фор)лль.устройство 10 сброса формируетимпульс. устанавливающий в нуль счетчик 11, Оно может быть выполне 1203488но на базе логического инвертора, на вход которого подан сигнал с интегрирующей 1- С -цепочки, подключенной к источнику питания. При этом скорость нарастания напряжения на входе инвертора меньше скорости нарастания напряжения источника питания, в результате чего на выходе инвертора формируется короткий положительный импульс, поступающий из устройства 10 сброса на вход установки нуля счетчика 11.В качестве запоминающего устройства может быть использовано перепрограммируемое запоминающее устрой. ство типа К 573 РФ 2. ЦАП 13-15 могут быть применены серийные типаК 572 ПА 1. Компаратор 16 может быть применен серийный типа К 521 САЗ.Назначение формирователя 17 им-. пульсов - формирование коротких импульсов одной полярности при каждом (положительном или отрицательном) перепаде напряжения на выходе компаратора 16. Формирователь 17 может быть выполнен в виде двух одновибраторов, инверсные выходы которых подключены к входам схемы И-НЕ. Выходом формирователя является выход схемы И-НЕ.Выходной сигнал формирователя подан на вход запуска первого одновибратора и одновременно через инвертор - на вход запуска второго одновибратора.Алгоритм управления, использованный в предлагаемом устройстве, обеспечивает движение системы в фазовом пространстве по траектории, соответствующей заданному периодическому процессу. Динамика вибровозбудителя, например, электродинамического типа с достаточной степенью точности может быть описана нелинейным дифференциальным уравнением третьего порядка, представленным в видеК = Х(х,1)+6(Х,Е)О (1)где Е (х,)Ь(Х,+) - нелинейныефункциифХ=(к,х, Х) - вектор состояния вибровозбудителяф0 - управляющее воздействие(сигнал на входе вибровозбудителя);1- сигнал на выходе датчикаположения подвижного элемента вибровозбудителя 20(2) где с 1 о; - параметры;20 с - номер участка.Для каждого участка определимтакже абсциссу Хп его конечной точки (точки измерения параметров о;,). Для участка 1-2 (фиг.З), на пример, это будет ХТаким образом,-й участок кривой (фиг.3) задан тремя параМетрамп;а, 8 Х; . Изменение а;, 5; происходит в момент совпадения текущего 30 значения Х иНапряжение управдения, поступающее на вход вибровозбудителя, формируется в соответствии с уравнения 0 = -К (Х+ Х. У ЬР Х+6 ) 35 9=их+аб (Х-а;), (3) где- величина, характеризующаяотклонение траектории движения системы от заданной,40 коэффициентыомасштабйый коэффициент.Уравнения (3) записаны в предположении, что 7: х; где г 45формируемые блоком 4 дифференцирования оценки соответственно ХДвижение объекта управления (вибровозбудителя) (1) при управлении(4) Проанализируем характер изменения величины У , используя аппарат второго метода Ляпунова. Для этого выберем функцию Ляпунова видачМ- - чТ Пусть, например, необходимо воспроизвести на выходе вибровозбудителя 20 колебательный процесс Х(1)(фиг.2), которому соответствует нафазовой плоскости (Х,Х) кривая,представленная на фиг.З. Последовательнссть движения изображающей точки по ней: 12-3-4-5-2-3-4-6-7-8-9-10-7-8-9-1-2- Соответствующие 1 О точки фиг.2 и 3 обозначены одинаково,Кривую, изображенную на фиг.З, разобьем, на участки (например; 1-2;2 - 3-4;4-5-2,2-3-4-6,6-7;7-8-9;9 в 10-7, 7-8-9-1;) и аппроксимируем каж- ф 15 дый отрезок параболы, описываемымуравнением30 45 50 и найдем ее полную производную поЧ( У = 99 = 2 9 Х (,А+ Ь;) С учетом выражения (4)= -2.А 9 (,х( -О. Таким образом, алгоритм (3) обеспечивает стремление У 0 всюду, за исключением оси х =О. "Застревание" системы при х =О исключено, так как при этом х:- 6,оКоды параметров участков аппроксимации хранятся в запоминающем устройстве ЗУ 12. Все три параметра (;, ;, хп; ), соответствующие одному участку, считываются одновременно и преобразуются и аналоговые сигналы с помощью ЦАП 13-15. Адрес ячейки запоминающего устройства, в которой хранятся коды параметров, определяется счетчиком 11, число возможных состояний которого равно количеству участков аппроксимации. В памяти могут храниться коды параметров,соответствующих колебаниям различной формы. Изменение формы колебаний производится задатчиком 9, выходы которого являются старшими разрядами кода адреса и определяют, таким образом, область в запоминающем устройстве, где хранится соответствующая группа параметров. Устройство 10 сброса, устанавливающее при включении питания в нулевое состояние счетчик 11, необходимо для согласования начальных условий аналоговой и цифровой частей предлагаемого устройства. Разбиение фазовой траектории, соответствующей заданной форме колебаний, на участки аппроксимации следует делать так, чтобы конечная точка участка однозначно определялась заданием лишь абсциссы Х, Этому условию не удовлетворяет, например, участок 1-2-3-4 (фиг.З), так как абсцисса Х, соответствует двум точкам 2 и 4. В этом случае изменение параметра произойдет в точке 2, и дальнейшее движение системы будет происходить по траектории обозначенной пунктиром. Нежелательно также выбирать точки "стыковкиучастков на оси х =О, Уак как в этом случае из-за малой скорости изменения х возможна неустойчивая работа компаратора 16 и сбои в работе устройства. 5 1 О 15 20 25 Предлагаемое устройство позволяет формировать на выходе вибровозбу. дителя 20 колебания любой заданной формы с ограниченными по величине первой и второй производными. Точность воспроизведения определяется точностью аппроксимации.Регулирование частоты колебаний в предлагаемом устройстве может производиться изменением коэффициента передачи ч; сумматора 7 по входу, подключенному к выходу квадратора 6. Для изменения амплитуды колебаний необходимо одновременно с этим изменять коэффициенты передачи по входам сумматора 18 и компаратора 16, подключенным к выходу датчика 3 положения, что усложняет управление устройством. Поэтому в случае необходимости перестройки амплитуды целесообразно последовательно с датчиком 3 поЛожения включить усилитель-задатчик с изменяемым коэффициентом передачи. Модифицированный алгоритм управления будет в этом случае иметь випО = -К С Х + ос. У ЯЬи Х + 6; ); 9:нзнч, х+г 6, См, х -а,).Изменение коэффициентаэквивалентно изменению масштабов кривой фиг.З по х и х Это приводит к из менению амплитуды колебаний, Изменение же коэффициента нч изменяетмасштаб кривой фиг,З только по 1( иприводит к перестройке частоты колебаний. Таким образом, обеспечивается раздельная регулировка амплитуды и частоты колебаний без изменения их формы. Введение в устройство сумматоров 7 и 18, блока 19 перемножения, ком паратора 16, формирователя 17, устройства 10 сброса, задатчика 9,счетчика 11, запоминающего устройства 12 и ЦАП 13-15 позволяет сформировать на выходе вибровоэбудителя20 колебания различных форм с регулируемой амплитудой и частотой. Этои приводит к расширению функциональных возможностей устройства. Предлагаемое устройство работает следующим образом.Пусть в начальный момент времени выход датчика 3 положения отключен от входов блоков 4, 16 и 18 (х=0), а вход вибровозбудителя 20 отсоеди 12034нен от выхода усилителя 2 мощности. После включения питания на выходах блока 4 дифференцирования устанавливаются сигналы Х =Х=О, а устройство 10 сброса формирует одиночный им пульс, устанавливающий в нуль счетчик 11 Код адреса с выхода задатчика 9 и счетчика 11 поступает на входы запоминающего устройства 12, на выходах которого появляются коды па раметров с,., 6,.первого участка желаемой траектории системы (фиг.3), преобразуемые затем ЦАП 13-15 в аналоговые сигналы. Сигнал 6 с выхода преобразователя 14 поступает на вход 15 сумматора 1 и усиливается далее усилителем 2 мощности. В результате на выходе усилителя 2 появляется напряжение управленияО=-кб, 20 где К - коэффициент передачи усилителя 2.После подключения выхода датчика 3 к входам блоков 4, 16 и 18 и выхода усилителя 2 к входу вибровозбуди тепя 20 подвижный элемент последнего приходит в движение. Это влечет изменение сигнала Х на выходе датчика 3 положения и появление сигналов Х, х на выходах блока 4 дифференци рования. Оценки производных с выходов блока 4, а также напряжения с выходов блоков 14 и 15, пропорциональные параметрам А , 6 , посту- пакт на соответствующие входы блоков 5-8, 18 и 19, в результате чего на выходе блока 8 формируется сигналв соответствии с уравнением 40 888ков 3 и 13 поступают на входы компаратора 16. В момент равенства х ина выходе компаратора появляется перепад напряжения. По этому перепаду формирователь 17 вырабатывает одиночный импульс, поступающий на счетный вход счетчика 11 и изменяющий его состояние на 1. Соответственно изменяется код адреса на входе запоминающего устройства 12, и на его выходах появляются коды параметров б, 5, Х. Это приводит к изменению сигналов на выходах ЦАП 13-15. В результате изменения коэффициентов О 6; в алгоритме управления (3) система начинает двигаться по новой траектории, соответствующей следующему участку аппроксимации. Таким образом, траектория системы в фазовом пространстве оказывается составленной из отдельных участков с заданной точностью, аппроксимирующих желаемую траекторию.Заданный процесс Х может быть и апериодический. Это позволяет использовать предлагаемое устройство в системах программного управления, реализующих заданный набор траекторийВ качестве усилителя 2 мощности может быть использован усилитель с релейной характеристикой, что позволяет повысить КПД устройства в целом.Устройство позволяет сформировать на выходе вибровозбудителя широкий класс периодических процессов.Предлагаемое устройство имеет более широкую область применения. Оно может быть использовано такжегде ч - сигнал на выходе сумматора 7;Н 1- коэффициент передачи сумматора 7 по входу, подключенному к выходу квадратора 6.Сигналы с выходов блоков 4, 8 и 14 суммируются блоком 1, усиливаются блоком 2, и в результате на входе вибровозбудителя 20 формируется алгоритм управления (3), который50 обеспечивает стремление 9- О. По окончании переходного процесса 9=0, и система движется по желаемой траектории. Напряжения с выходов блодля управления исполнительными механизмами различных типов с линейными вращательным перемещением подвижного элемента в составе систем программного перемещения. Закон движения подвижного элемента может бытьпри этом как колебательным, так ипериодическим. Регулирование частоты колебаний производится изме нением только одного коэффициентаусиления - по одному из входов сумматора 7. Это повышает точность установки частоты колебаний и упрощает работу с устройством.