Вибростенд

ОП ИСАНИЕИЗОВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 877483 Союз СоветскихСоцкапмсткческкхРеспублкк(22) Заявлено 03,09.79 (21) 2817675/18-24 с присоединением заявкиКл 5 О 15/00 3 ооударетееииый комитет СССР по делам изаоретеиий и открытий" - .з ,иченко тель ститут проблем машиностроения краинск 54) ВИБРОСТЕ зистора, смещена в нижнюю часть регулировочной характеристики, а в прямую цепь включен перестраиваемый по частоте и добротности полосовой фильтр. Начальное положение рабО- чей точки регулятора амплитуды регулирует. ся настройкой коэффициента передачи элемента сравнения по сигналу обратной связи. При этом выходной сигнал Оу(1) элемента сравнения, поступающий иа управляющий вход регулятора амплитуды, определяется какоЮ:да-кда,где Ах и А - амплитуды сигналов задающего генератора. и усили.теля; аи а,Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испы. таний на синусоидальные вибрации с дискретно либо плавно меняющимися амплитудой и частотой,Известен вибростенд, содержащий последовательно соединенные усилитель мощности, вибратор, вибропреобразовательусилитель, первый выпрямитель, первый фильтр, первый элемент сравнения и ключ, последовательно соединенго ные задающий генератор, второй выпрямитель и второй фильтр, второй вход которого под.ключен к выходу преобразователя частоты и ко второму входу первого фильтра, а выходко второму входу первого элемента сравнения,причем выход задающего генератора свя.зан с первым входом регулятора амплитуды 3ЮВ известном устройстве для расширения динамического диапазона регулирования, повышения точности поддержания уровня. амплитудно-частотной характеристики и расширения диапазона работы вибратора в область более высоких частот рабочая точка регулятора амп. литуды, выполненного в виде полевоготравобщие коэффициенты передачи по амплитуде второгофильтра, второго выпрями.теля и первого фильтра,первого выпрямителя (обычноф= д );коэффициент передачи эле.мента сравнения по сигналу,обратнои связи877483 При Ау= Ах, В:дполучим У этого вибростенда при Х(1)АХ 911(ЮЦ Иотключенном третьем фильтре АдуЬ) ошиб дс(1-к) % Ию)"ч х коэффициент к ванной регулир ки регулятора коэффициент и амплитуды при модуль передат ростенда,где С рутнзны ловочной харамплитуды; редачи регуупр =оочной функ инеаризо- актеристи лятора 3 цин виб Ф(1 в)Коэ фициент передачи К элемента сравния настраивается по линейному участку амитудно-частотной характеристики (по ускоию) электродинамического вибратора, В стветствии с (3) и (4) при)ФЦВ)АХа СМЦоз)1-орО=А(СО)Н- частота на ф а Д строиполучим Яъки) Г 1.В соответность поддержимавиброоторых раженнямн (3) - (5) точ 35ого генератором ре.при частотах М ФЮИ 113 цН, ухудшает 1 ствии с вьжания заданнсны таний%ДШФ %нием разниць для кся с Щ(ю)-% Ц в 0 виброис- В=О и К нео 6. с выражеота вибро 45 Для то тахпытаний яЬ:Ахходимо н иикием (5)стиспытаний.Кроме того, настройка коэффициента передачи (коэффициент К определяет . собой в соответствии с выражением (1) величину выходного сигнала Оур(Ц элемента сравне. ния) не предусмотрена, Следовательно, данному вибростенду всегда свойственна зависящая от частоты виброиспытаний ошибка (4).На точность поддержания заданного генера. тором режима виброиспытаний оказывают су. щественное влияние также размеры линейного участка (коэффициенты е и С ) регули Поставленная цель достигается тем, что в вибростенд введены последовательно соединенные второй элемент сравнения, фазовращатель и корректирующий блок, а также интегратор и задатчик программ, первый выход которого подключен ко входу преобразоваге 1 йт частоты, второй выход - ко второму входу задающего генератора, третий выход - ко второму входу ключа, а четвертый выход - ко второму входу корректирующего блока, выход которого связан со вход 11 м усилителя ти, первый вход второго элемента срав соединен с выходом усилителя и со вт мощноспенияорым 4ровочнон характеристики регулятора амплнту ды, У вибростенда для расширения динамического диапазона регулирования при завалах частотной характеристики рабочая точка регулятора амплитуды смещена в нижнюю часть регулировочной характеристики н, кроме того, предусмотрено применение третьего фильтра, перестраиваемого по частоте и добротности, который поднимает уровень входного сигнала регулятора амплитуды. Указанный узкополосный фильтр сложен в настройке и требует знания частотной характеристики до испыта. ния, а при уходе резонанса объекта в процес. се испытаний требует перестройки, Кроме того, подключение и отключение полосового фильтра вызывают возникновение переходных процессов в вибростенде, У известного вибростенда при изменении Ах по программе изменяется и величина ОцПр(Ф), т,е. начальное положение рабочей точки регулятора зависит от амплитуды Ях . Кроме того, смещение рабочей точки регулятора амплитуды в нижнюю часть регулировочной характеристики преднола гает работу регулятора амплитуды (в режиме компенсации подъемов частотной характеристики) на нелинейном участке регулировочной характеристики.Перечисленные моменты существенно снижа. ют точность поддержания заданного генератором режима внбронспъ 1 таний в режиме компен. сации подъемов частотной характеристики, Обус ловлено это тем, что на нелинейном участке крутизна регулировочной характеристики регулятора амплитуды падает до нуля. Это в со. ответствии с выражением (4) вызовет значительное увеличение ошибки я.Быстродействие и точность известного вибростенда в переходных режимах (при изменениях по программе амплитуды" АХ и частоты Ф существенно зависят . от постоянных вре. мени первого и второго фильтров. Постоянные времени фильтров очень большие, следо. вательно, быстродействие и точность вибростен да в переходных режимах очень низкие.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности вибростенда.77483 5 8входом фазовращателя,а второй входс выходомрегулятора амплитуды и с третьим входом фа.зовращателя, выход ключа подключен ко вхо.ду интегратора, выход которого соединен совторым входом регулятора амплитуды.На чертеже представлен предлагаемый вибростенд,Вибростенд содержит задатчик 1 программ,задающий генератор 2, регулятор 3 амплиту.ды, второй элемент 4 сравнения, фазовраща.тель 5, корректирующий блок б, усилчтель 7мощности, электродинамический вибратор 8,вибропреобразователь 9, усилитель 10, первыйвыпрямитель 11, первый фильтр 12, первыйэлемент 13 сравнения, второй выпрямитель 14,второй фильтр 15, ключ 16, интегратор 17 ипреобразователь 18 частоты.Задатчик 1 программ выделен в отдельныйблок и служит для программного измененияамплитуды и частоты выходного сигнала ХЯ)задающего генератора 2, управления ключом16 и преобразователем 18 частоты.Вибростенд в прямой цепи содержит задат.чик 1 программ, задающий генератор 2, регулятор 3 амплитуды колебаний, второй элемент 4 сравнения, управляемый фазовращатель 5, корректирующий блок 6, усилитель7 мощности и электродинамический вибратор8, в цепи обратной связи - вибропреобраэо.ватель (акселерометр) 9, усилитель 10,вы.ход которого соединен со входом первого. выпрямителя 11, первый фильтр 12, первыйэлемент. 13 сравнения, ключ 16, управляющийвход которого соединен с выходом задатчика 1 программ, и интегратор 17, на входдля задания начальных условий которого подают опорное напряжение Ора, величиной иопполярностью которого выбирается рабочаяточка регулятора 3 амплитуды, в цепи фор.мирования опорного напряжения - второйвыпрямитель 14 и второй фильтр 15, вы.ход которого соединен со входом элемента13 сравнения, в цепи частотной настройки -преобразователь 18 частоты, вход которогосоединен с выходом задатчика 1 программ,а выход - со входами первого 12 и второ.го 15 фильтров.Второй элемент 4 сравнения выполнен с ре.гулируемым коэффициентом передачи по суммирующему входу, а по вычитающему входукоэффициент передачи его равен единице,программного изменения частоты и режимомпрограммного изменения амплитуды,В режиме настройки ключ 16 разомкнут.Задатчиком 1 программ определяются настроечные значения амплитуды Д и частоты Ш 1выходного сигнала К (1) задающего генератора 2, Причем 0(Ан (Анютах в а О (фч(цн гам гдеАИеб и ц)Н пс - максималь.но допустимые значения амплитуды и часто 1 О ты в вибростенде. Величину напряжения О О"Равыбирают из условия, чтобы рабочая точкарегулятора 3 амплитуды лежала на нижнейчасти линейного участка регулирвочной характеристики, Коэффициент передач 4 второго элемента 4 сравнения по суммирующему входуопределяется из условия, чтобы амплитудыенгналов ЕЫ н Хф былн одинаковы, т.е.А -АХ=4 н и Кра К 1 где КрН йи " - коэффициенты передачи регулятораамплитуды и второго элемента сравнения врежиме настройки.В режиме настройки вход управляемогофазовращателя 5 отключен от выхода втородго элемента 4 сравнения. Это обеспечивает(Й) О т.е, Возможность настройки регулятора 3 амплитуды и второго элемента 4 сравнения по выражению КрК":1эсВ режиме программного изменения частотыключ 16 замкнут, а вход управляемого фазоЭОвращателя 5 соединен с выходом второго эле.мента 4 сравнения. Задатчиком 1 программзадаются амплитуда А и начальное значепчние частоты Ю сигнала Х 1(Ц, Кроме того, задатчиком программ осуществляетсявключение той структуры корректирующегоЗ 5 блока б, которая обеспечивает воспроизведение вибротоком 8 сигнала 2(М с заданнымиточностью перерегулированием, быстродействием, т.е, оптимальное воспроизведение сигнала2 Я в режиме программного изменениячастоты,В этом режиме корректирующий блок б обеспечивает заданные параметры переходного процесса по амплитуде сигнала Ч 4(1) при единич.ном скачкообразном изменении амплитуды45 сигнала Ч 4(Ь),так как при скачкообразном изменении частоты происходит скачкообразноеизменение амплитуды выходного сигнала У 4 фвибратора 8. В этом случае расчет параметровпередаточной функции корректирующего бло.50 ка ФК 5 я,О проводится на основе передаточной функции55 Корректирующий блок 6 выполнен с пере. менной структурой, однозначно определенной для режима программного изменения амплитуды и режима программного изменения частоты Переключение структур производится задатчиком 1 программ.Вибростенд характеризуется тремя режима. ми работы: режимом настройки, режимом Сигнал х(Ц через регулятор 3 амплиту. ды, второй элемент 4 сравнения, управляемый фазовращатель 5, корректирующий блок 6, усилитель 7 мощности прикладывается к вибратору 8, возбуждая в нем механические877483 1 О Э 5 7колебания с частотой юо 1 и уровнем пара. метра вибраций, например ускорением, опреде ляемым модулем передаточной функцииПо%1(3 Ю 1 ) вибростенда между сигналами М б(Ф) и 2(Ц и коэффициентами передачи цепей отрицательных обратных связей и формирования опорного напряжения. Так как общие коэффициенты передачи по ампли. туде первого выпрямителя 11, первого фильтра 12 и второго выпрямителй 14, второго фильтра 15 одинаковы, то выражениеЕ 1 И)0 будет означать, что А =А 11 "АХ =А", Если на частоте юполучилиу модуль передаточной функции вибростенда между сигналами г.(Ц и М 2(Ц, тогда Ах АПФ АХА и Е.1(+) 40 . Это будет спо.П 9собствовать изменению сигнала Ч щр на управляющем входе регулятора 3 амплитуды, изменению коэффициента передачи регулятора амплитуды, Причем в установившемся режиме получим Е 0 Наличие управляемого фазовращателя 5 позволяет исключить сдвиг по фазе между сит. калами Х ф и 2 Я), поступающими навход второго элемента 4 сравнения, и обеспе.чить тем самым абсолютную устойчивостьвибростенда в рабочем диапазоне частот.Диапазон изменения 1%(5 Ф )1 значительноуже диапазона изменения 1%в(1 Ж - - модуля передаточной функции устройства между сигнадами г. Я и ф), Обусловлено этоналичием второго элемента 4 сравнения, управляемого фазовращателя 5 и оптимального уп.равляющего устройства 6; Это позволяетприменить регулятор амплитуды, у которого-линейный участок регулировочной характеристики может быть значительно уже, чем у из.вестного вибростенда, Кроме того, это означает, что диапазон изменения коэффициента пе.редачи регулятора 3 амплитуды значительноуже, чем у известного вибростенда при изменении частоты в рабочем диапазоне частот,что способствует повышению быстродействияи точности вибростенда в переходных режимах.У вибростенда предлагаемой конструкции при )%1(1 Жфее модуль передаточной функции Ф(Ж ) стемится к единице, Этоозначает, что рабочая точка регулятора 3 амп. литуды даже при 1%Да -со будет лежать на линейном участке регулировочной характеристики, так как коэффициент передачи регу- лятора 3 амплитуды при этом не будет мень 5 15 го 25 эо ше К , для которого рабочая точка ренгулятора амплитуды лежит в нижней частичрегулировочной характеристики, При этом у вибростенда предлагаемой конструкции отсут. ствуют погрешности в поддержании заданного генератором режима виброиспытаний в режиме компенсации подъемов частотной характе. ристики, которые свойственны известному вибростенду.Наличие интегратора 17 позволяет полностью исключить ошибку по амплитуде между сигналами 2(Ц и Х(Ц при дискретном измене. нии частоты, когда наименьшее время между последовательными дискретными изменениями частоты превышает время переходного процесса в вибростенде.В режиме программного изменения ампли. туды ключ 16 замкнут, а вход управляемого фазовращателя 5 соединен с выходом второго элемента сравнения. Задатчиком 1 программ задаются начальные значения амплитуды ДдиО частоты Шц сигнала Х(1); Кроме того, задатчиком программ осуществляется включение той структуры корректирующего блока 6, которая обеспечивает воспроизведение вибратором 8 сигнала Х(М с заданными точностью, перерегулированием, быстродействием, так как воспроизведение сигнала х в режиме про. граммного изменения амплитуды оптимальное.В этом режиме корректирующий блок 6 обеспечивает заданные параметры переходного процесса по амплитуде сигнала Ч 4(С) при единичном скачкообразном изменении амплитуды сигнала Х 2 М . Расчет параметров передаточ. ной функции корректирующего блока 117 8(1) проводится на основе передаточной функции"+ЖЬО )%кб(3"4 фьюгде Фср (,о) и СО 1 ц,) - передаточные функции соответственно фаэовращателя 5 и вибратора 8.Если на частоте с 6 к"рс,к" / %0,ю) % 1,тогда получим ААцРЦ Анси и 6(ЦФО Это будет способствовать изменению сигнала ОХпр(Ц на управляющем входе регулятора 3 амплитуды, изменению коэффициента передачи регулятора амплитуды. Причем в устано. вившемся режиме получим ,1(1)=0, К,э К Фш )1-1,с 1 А -Яу -Ах Ад2- 4 хОПри программном изменении амплитуды (дискретном либо непрерывном) задатчик 1 программ не только управляет программно амплитудой сигнала Х,1, но и отключает ключ 16, который в дальнейшем останет. ся отключенным в течение всего программного изменения амплитуд на частоте в"с 1, На выходе интегратора 17 будет сохраняться на. пряжение Оу, которое обеспечивает выпол.9 87748 некие выражения К" Кан ЩЮ" ф 1,ф=АцсфХф" на частоте Р в установившихся режимах,Таким образом, в режиме программного из. менения амплитуд на точность и быстродействие вибростенда о переходных режимах не оказывают влияния фильтры 12 и 15, имеющие большие постоянные времени, а качество переходных процессов вибростенда определяется олтимальным управляющим устройством б.Введение дополнительных элементов позволя о ет повысить быстродействие и точность вибростенда. Формула изобретенияВибростенд, содержащий последовательно соеди. ;пенные усилитель мощности, вибратор, вибро., преобразователь, усилитель, первый выпрямитель, первый фильтр, первый элемент сравне. ния и ключ, последовательно соединенные задающий генератор, второй выпрямитель и второй фильтр, второй вход которого подключен к выходу преобразователя частоты и ко второму входу первого фильтра, а выход - ко второму входу первого элемента сравйе 310ния, причем выход задающего генератора связан с первым входом регулятора амплитуды,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности и быстродействи вибрато.ра, в него введены последовательно соединщные второй элемент сравнения, фазовращательи корректирующий блок,а также интегратори задатчик программ, первый выход которо.го подключен ко входу преобразователя частоты, второй выход - ко второму входу задающего генератора, третий выход - ко второму входу ключа, а четвертый выход - ковторому входу корректирующего блока, вы.ход которого связан со входом усилителямощности, первый вход второго элементасравнения соединен с выходом усилителя исо вторым входом фаэовращателя, а второйвход - с выходом регулятора амплитуды ис третьим входом фазовращателя, выход ключа подключен ко входу интегратора, выходкоторого соединен со вторым входом регулятора амплитуды,Источники информации,принятые во внимание цри экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 734629,кл. 6 05 О 15/00, 1977 (прототип).Р877483 ор Ю. Ков Тираж 943 И Государствениого делам изобретений и Москва, Ж - 35, Рауке одписно Фини Патент", г ул. аэ 9612/7 ВНИИП п 113035, Составитеюць Л. ЦаллагоТехред МХолиика комитета СССРоткрмтийая наб., д. 4/5 ректор Н,Сте