Система управления вибратора

(51)4 С 05 В 13/02 В 06 В 1/04 г,ъ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Новосибирский электротехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР Кф 986509, кл. В 06 В 1/04, 1983. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВИБРАТОРА (57) Изобретение относится к системам управления возвратно-поступательных механизмов и может быть использовано при проведении виброиспытаний новых машин, оборудования, приборов, а также при построении систем управления компрессоров, насосов, вибро 801 15 36 А 1 ударных механизмов. Целью изобретения является повышение помехозащищенности вибратора. Цель достигается тем, что в систему управления вибратора, содержащую блок управления 1, задающий генератор 2, блок сравнения 5, усилитель 7, вибровозбудитель 8, датчик положения 9, блок дифференцирования 10, суммирующее устройство 4, вводятся генератор пробного сигнала 3, блок перемножения 6, вычислительный блок 11 и интегратор 12. Такая структура системы управления вибратора позволяет при тех же требованиях к точности воспроизведения заданных колебаний повысить по- йф мехозащищенность вибратора. 1 ил.Изобретение относится к системамуправления возвратно-поступательныхмеханизмов и может быть использованопри проведении виброиспытаний новыхмашин, оборудования, приборов, а 5также при построении систем управления компрессоров, насосов, виброударных механизмов.Цель изобретения - повышение помехозащищенности вибратора,На чертеже приведена функциональная схема системы управления вибратора.Система управления вибратора содержит последовательно соединенныеблок 1 управления и задающий генератор 2, генератор 3 пробного сигнала,суммирующее устройство 4, блок 5сравнения, блок 6 перемножения, последовательно соединенные усилитель 7 мощности, вибровозбудитель 8,датчик 9 положения и блок 10 дифференцирования, первый выход которогоподключен к второму входу блока 5сравнения, а второй - к третьему входу суммирующего устройства 4, последовательно соединенные вычислительноеустройство 11 и интегратор 12, выходкоторого подсоединен к первому вхо 30ду блока 6 перемножения, причем выходзадающего генератора 2 подключен кпервому входу суммирующего устройства 4, выход генератора 3 пробногосигнала подсоединен к четвертому входу суммирующего устройства 4 и второму входу вычислительного устройства 11, выход суммирующего устройства 4 подключен к первому входу блока 5 сравнения, выход последнего подсоединен к второму входу блока 6перемножения, а выход блока 6 перемножения подключен к вхоцу усилителя 7 мощности. Кроме того, выход датчика 9 положения подключен к второмувходу суммирующего устройства 4,первый выход блока 10 дифференцирования подсоединен к первому входу вычислительного устройства 11, а выход последнего подсоединен к входуинтегратора 2.Вычислительное устройство, например, может содержать сравнивающееустройство 13, два амплитудных детектора 14 и 15 и полосовой Фильтр 16,причем выход последнего подсоединенк входу первого амплитудного детектора 14, выход которого подключен кпервому входу сравнивающего устройства 13, выход второго амплитудного детектора 5 подключен к второму входу сравнивающего устройства.Первым входом вычислительного устройства является вход полосового фильтра, вторым входом - вход второго амплитудного детектора, а выходом -выход сравнивающего устройства,Блок 1 управления в простейшемслучае может быть выполнен в видедвух управляемых резистивных делителей, подключенных к источнику стабилизированного напряжения. С одногоиз этих делителей снимается сигналзадания амплитуды, а со второгосигнал задания частоты колебаний навыходе задающего генератора,В качестве задающего генератора 2может быть применен серийный генератор испытательных сигналов СУВУ,в качестве усилителя 7 мощности -серийный усилитель УСН, входящий в состав оборудования для виброиспытаний АВДИс электромагнитнымвибровозбудителем СВН.Датчиком 9 положения может бытьлюбой датчик линейного перемещения,например типа ДЛП, Блок 10 дифференцирования может быть выполнен ввиде дифференцирующего фильтра, построенного по принципу следящей системы, блок 6 перемножения - в видестандартного узла на микросхеме525 ПС 1. В качестве генератора пробного сигнала может быть использованлюбой генератор синусоидального сигнала, например Г 3-53.Суммируюшее устройство 4, блок 5сравнения, полосовой фильтр, амплитудные детекторы, сравнивающее устройство и интегратор 12 могут бытьвыполнены по известным схемам соответствующих узлов, построенных на базе операционного усилителя.атематическая модель известной системы управления вибратора в общем виде может быть записанах - Й(х,х,е) + Ь(х,хэг) ь ( ) где х,х,х - положение, скорость и ускорение подвижного элемента вибровозбудителя;( - напряжение на выходе усилителя 7 мощности;Ь - ограниченные нелинейныефункции.Напряжение на выходе усилителя 7 мощности в известном устройстве сформировано по закону(7) 3Ц = 1 сТ (7-р+Ь-ЙТу - Ту), (2) где Е - коэффициент усиления усилителя мощности;Ч - сигнал на выходе задающего генератора;коэффициент передачи датчикаположения;Ь - суммарный сигнал помехи, приведенной к входу датчика положения;у, у - оценки соответственно х и х,полученные на выходах блокадифференцирования; Т, Й - постоянная времени и коэффициент желаемого уравнениядвижения для подвижного элемента вибровозбудителя: Т.х + дТх" + х =Ч, (3)где х - желаемое положение подвижно го элемента вибровозбудителя.Динамика блока 10 дифференцирования может быть описана линейным дифференциальным уравнением 25р у +/1 ру + у = (х-Ь), (4) где р - постоянная времени;- коэффициент,При выполнении стандартных требо 30 ваний к параметрам усилителя мощности и блока дифференцированияЪЕ1; сТ; Т ) - р (5)3 уравнение динамики известной системы управления вибратора может быть пред ставлено в видегю Г ю ЯРТ,. 2- х+ - х+Тх+ЙТх+х=ЬК Ь у 2 Т РРТ 2 Т- й + --- й --- й +ЬК 2 Ь 1 суЬКу(1" 1 1-1-М где й =С.Ь,ГС, . (х-й) (-) 3Ь3С. - биномиальные коэффициенты.1Заранее полагая достаточно малым отклонение выходной координаты х(г;) от траектории, заданной желаемым уравнением движения (3), можно считать, что решение последнего уравнения близко к решению линеиного неч 55 стационарного уравнения1 оТ/3 МТ- х+ -- х+Тх+ЙТх+х=ььку: = х (С),При выполнении соотношений (5) характеристическое уравнение, соответствующее дифференциальному уравнению (6), при достаточно медленном изменении функции времени Ь может бытьпредставлено в видеР+- р + 1) = О,ЛРЬ 1Таким образом, составляющая ошибки 6(Г) = х(С) - х (С), обусловленная наличием помех в канале измерЬния ошибки, в операторной форме можетбыть определена из соотношенияь(р)а1+(Ь 1 г) р+(ЬКу)р Следовательно, для сигнала помехи известный вибратор представляет собой фильтр нижних частот, постоянная времени которогоЕ= ----1 йсопределяется величиной постоянной времени блока дифференцирования р и коэффициентом усиления ЬЕ. При выбо-, ре коэффициента 1 из условия статической точности.1 сЬ уЬ Т рГ +11, + Е где Ь- допустимая статическаяошибка;Й , Г , Е - значения функцийст1 ст2 ст= сопят;минимальное значение постоянной временипри изменении функции временив интервале ЬмЬмаксравно гдеМ= ц 2 Е + р +Таким образом, помехозащищенность известного вибратора определяется величиной отношения Ь/Ъ , при этом на выход вибратора проходят практи315936 55 чески без подавления все гармоникисигнала 1 д(Г) вплоть до частотыТ М ЬмсюксЯь 1 мин Кроме того, при изменении функции Ь меняется положение полюсов передаточной функции И(р) = 4(р)Ь(р),что может привести к дополнительному увеличению вклада" некоторых гармонических составляющих сигнала Ь(1) в выходную координату х(С).Устройство работает следующим образом.Пусть в начальный момент времени- подвижный элемент вибровозбудителя 8 находится в положении х=х , х(Т ) = О, х(Т ) = О, усилительный каскад 7 отключен от вибровоэбудителя 8, и пусть на задающий генератор 2 поданы сигналы с блока 1 управления, задающие частоту и амплитуду колебаний, такие, что выходной сигнал задающего генератора 2 имеет вид Ч = А,ядп(ы,Т), где А и у, - амплитуда и частотаколебаний.Тогда на выходе блока 10 дифференцирования в соответствии с уравнением (4) устанавливаются сигналы У( ) = О, у(Е,) = О, Выходной сигнал сумматора 4представляет собой сумму желаемого значения второй производной сигнала с датчика 9 положения и напряжения с выхода генератора 3 пробного сигнала Б = А ядп(а т) и формируется в соответгствии с выражением1 (1) = Т (А,ядпи,1 + А япп ЙТу -х) .На выходе блока 5 сравнения фор 6 мируется разность= 1 - у. Тогда в момент времени С, на выходе блока сравнения будет сигнал Ь = 1На выходе полосового фильтра (блока 11), динамика которого может быть описана дифференциальным уравнением(с + ) у ф (8) где 7 г,- постоянные коэффициенты,в начальный момент времени устанавливается сигнал г(г.,) = О. На выходепервого амплитудного детектора в этомслучае также нулевой сигнал=О,а на выходе второго амплитудного де 10 15 20 25 30 35 40 45 тектора в лнбой момент времени при- сутствует сигнал= А . На выходе устройства сравнения формируется напряжение 5 =:- и в начальный момент времени Т оно равно б (С) = Аг. В этом случае интегратор 12 входит в режим ограничения и на его выходе устанавливается сигнал К =выходе реального йнтегратора, схема которого построена на базе операционного усилителя, в режиме ограничения. На выходе блока перемножения формируется сигнал 11 = КЬ, который в начальный момент времени принимает значение Я(с) = П 1(С ). Напряжение на выходе усилителя 7 мощности имеет вид+ Агядпио хо)При подключении выхода усилителя 7 мощности к входу вибровозбудителя 8 напряжение П(Т ) вызывает возникновение тягового усилия, что приводит к перемещению подвижного элемента вибровозбудителя 8 и изменению выходного сигнала датчика 9 положения. Сигнал ошибки Ь(1) на выходе блока 5 сравнения начинает уменьшаться. Кроме того, в соответствии с. уравнением (1) в сигнале х(С) появляется составляющая с частотой ы Составляющая этой же частоты появляется и в сигнале на выходе блока 1 О дифференцирования у. Так как параметры полосового фильтра выбираются такими, что максимум его амплитудно- частотной характеристики соответствует частоте сд , составляющая этой частоты сигнала у(с) практически без, искажения проходит на выход полосового фильтра, в то время как другие гармонические составляющие сигнала у(с) сильно ослаблены. Напряжение на выходе первого амплитудного детектора в этом случае равно амплитуде составляющей с частотой ыг сигнала у(с). Напряжение на выходе устройства сравнения изменяет знак и выходной сигналинтегратора 12 начинает уменьшаться. При этом уменьшается коэффициент усиления разомкнутого тракта системы и, следовательно, амплитуда составляющей с частотой ы в сигнале у(с),Таким образом, уменьшение напряжения на выходе интегратора 12 про5936 131(Т, + с) ЫсГКТ А ы2 2(р) г а+ р + 1 + ЫК)( л г+ ( +) +1) ( а+ для выходного сигнала первого ампли- тудного детектора 14 справедливо ра 25 венство Учитывая, что для нормальной работы введенного контура необходимо вы- .бирать частоту пробного сигнала Яудовлетворяющую соотношениям4 ькк ,362 р ъ мени Ъ, в первом приближении можносчитатьЫсу ика предлагаемого виб Тогда дин ратора может ем (6) после Ь постояннымвнени- ремени ыть описана у амены функции И =эффициктором1, можно вание к темах с ии ЫсК тандартное тр э ициент ния в нту уси корости аписать гРТ управл а(с) предлагаеловленная налиизмерения ошибки,ожет быть записая ошибк оставляющ ого вибра ием помех о Таким о бразом, может б динамика введе ть описана д канал виде го конту ренциаль операто го щ уравнением п н+К= ебование к ко з условия ста ричем лен случае им М т ности в эт если постояннравнения еме это Ь,уь ельно, посто мы управлени 5 иная времени вибратораСледов А,малой по сравния функции в 3 ыбрана ию с т е ом изме еисходит до тех пор, пока сигнал на выходе первого амплитудного детектора 14 не становится равным сигналу на выходе второго амплитудного детектора. Одновременно, в соответствии с соотношением (9), изменяется сигнал на выходе усилителя мощности, обеспечивая стремление Ь О по закону, заданному желаемым уравнением движения (3).Полная система уравнений, описывающих динамику системы управления вибратора, имеет видх = й(х,х,С) + Ь(х,х,)ИсТм(А, я 1 пи+ А я 1.пы- х -дТу+ )уК = А - Аы (г),где А (г) выходнои сигнал первогоамплитудного детектора,Для анализа динамики введенногоконтура используют структурный методвыделения "быстрой" подсистемы. Контур "быстрых" движений может бытьописан системой уравнений10 р + 1 р ц + ц = Е + АКТ (Ч +Заказ 2359/49 Тираж 863 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Таким образом, структура предлагаемою/2 го вибратора позволяет в (Ъ, Ъ) раз увеличить постоянную времени по сравнению с известным вибратором и за счет этого усилить фильтрацию по мех. Кроме того, расположение полюсов передаточной функции У 1,(р)А 1,(р)/Ь(р) не зависит от переменных параметров объекта и при известном спектральном составе помехи может быть выбрано так, что "вклад" помехи в выходную координату вибратора х(С) минимален. Система управления вибратора, содержащая усилитель, подключенный к входу вибровозбудителя, выход которого соединен с входом датчика положения, выход которого соединен с вхо-. 20 дом блока дифференцирования и первым 36 1 Овходом сумматора, второй вход которого связан с выходом задающего генератора, вход которого соединен с вьжодом блока управления, третий входсумматора соединен с первым выходомблока дифференцирования, второй выход которого соединен с первым водомблока сравнения, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в нее введены генератор пробного сигнала, выход которого соединен с четвертым входомсумматора и первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с вторым выходомблока дифференцирования, а выходчерез интегратор - с первым входомблока перемНожения, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход связан с входом усилителя.