Устройство для управления амплитудой виброперемещений

(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 29 А 5,80 (21) 2932692/18-24 р)м. кл 6 05 0 19/02 с присоединение 1 в заявки М(23) Приоритетй 1 еударсте 81 иые кюнитет ФСТР вф делен изебретений и етерыткй фЛ.Г Гольденберг и А.А.Шуру овКт ъсОрдена Ленина институт проблем ицдвлейияи Воронежский инженерно-строительный институт =(54) устРоиство дЛя упРАВления АиплитудойВИБРОПЕР ЕИЕЩЕНИЙ Изобретение относится к управлению механическими колебаниями и предназначено для использования в системах а втомати чес кого управления вибрационными маши нами технологического назначения.5 Известно устройство автоматического управления, в котором для обеспече. ния оптимального режима вибрации, при котором амплитуда виброперемещения10 рабочего органа вибромашины достигает максимума, испол ьзуется стабилизация разности фаз между сигналами с датчиков, подключенных к двум вы 15 ходам объекта управления. Дат чик в иб. роперемещения, подключенный к первому выходу объекта, преобразует в элект-. рический сигнал виброперемещение рабочего органа вибромашины. Датчик опорного сигнала, подключенный ко второму выходу. объекта, преобразует в электрический сигнал угол поворота дебаланса вибратора 11 . Недостаток известного устройства необходимость в ручной настройке датчика опорного сигнала и невозможность поддержания экстремума при увеличении демпфирования объекта, так как разность фаз; соответствующая экстремуму, при этом изменяется.Наиболее близким техническим ре" шением является устройство, содержа" щее датчик виброперемещения, генератор управляемой частоты, схему усреднения, усилители, автоматический оптимизатор, реализующий поиск с запоминанием экстремума и выполненный в виде блока запоминания и вычисления с логическим элементом, блок форсированного выхода на экстремум и исполнительное устройство 21 .Недостатком этого устройства является низкая точность поддержания максимума амплитуды виброперемещения, и относительно. большое время его поиска, Это объясняется динамической погрешностью, вносимой схемой усред92267нения при преобразовании энакопеременного сигнала виброперемещения вэнакопостоянный пропорциональный егоамплитуде сигнал, поступающий навход автоматического оптимизатораи ограниченностью скорости измененияуправляющего воздействия, вызываемойколебательным характером измененияамплитуды виброперемещения при непосредственном изменении управляющеговоздействия.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем, , что в устройство, содержащее датчиквиброперемещений, подключенныйк .первому выходу объекта управления,оптимизатор и исполнительный орган, .выход которого соединен с управляющим входом объекта управления введемны интегратор, последовательно соединенные преобразователь, первоесигйум-реле, сумматор, первый блоккусочно-време;нного интегрирования,первый делитель и блок сравнения,последовательно соединенные второесигнум-реле и второй блок кусочновременного интегрирования, а также последовательно соединенные третий блок кусочно-временного интегрирозования и второй дели 1 ел ь, выход которого подключен к входу оптимизатора, связанного выходом через интегратор с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к входу исполнительного органа, выход датчика виброперемещения соединен с входом второго сигнум-.реле и с входом третьего блока кусочно-временного интегрирования, второй вход первого "и второго делителей связан с выходом второго блока кусочно-временного интегрирования, второй вход сумматора подключен к выходу второго сигнумреле, а вход преобразователя соединен с вторым выходом объекта управлефния.На фиг. 1 изображена блок-схема . устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.5 оБлок -схема содержит датчик виброперемещений 1, объект 2 управления, .(за объект управления принимается вибромашина вместе с источником возбуждающих воздействий), третий блок 355 кусочно-временного" интегрирования, ,второе сигнум-реле 4, второй блок 5 кусочно-временного интегрирования,7 4преобразователь 6, первое сигнум-ре-ле 7, сумматор 8, первый блок 9 кусочно-временного интегрированиявторой делитель 10, первый делитель 11,оптимизатор 12, интегратор 13, блоксравнения 14, исполнительный орган 15.Блоки б, 7, 8, 9, 11, 11 и 15входят в контур регулирования разности фаз, блоки 3, 10, 12 й 13 - в контур автоматической оптимизацииБлоки 1, 1 и 5 являются общими для обоих контуров,На фиг. 1 и 2 обозначено; Х - сигнал виброперемещения, У - опорныйсигнал, Е 1 - выходной сигнал второго делителя 10, Е- выходной сигнал первого делителя 11; 6- рассогласование, О - управляющее воздействие, Т в ,полупериод колебаний,Т - интервал времени ненулевого сигнала на выходе сумматора 8, Т- интервал времени нулевого сигнала навыходе сумматора 8, й - время,Масштаб по оси времени на фиг.2 анамногоменьше масштаба времени пооси 1 на фиг. 26.Устройство работает следующимобразом.Датчик виброперемещения 1, под-ключенный к первому выходу объекта,т.е. установленный на вибрирующемрабочем органе вибромашины, преобразует величину виброперемещения всигнал Х, который поступает одновременно на вхбд третьего блока 3 кусочно-временного интегрирования.ина вход сигнум-реле 1. Блок кусочно-временного интегрирования преобразует знакопеременный входнойсигнал в знакопостоянный ступенчатыйсигнал, величина которого неизменнана интервале интегрирования и пропорциональна абсолютной величине интеграла от входного сигнала на предшествующий интервал интегрирования.Блок кусочно-временного интегрирования состоит из двух интеграторов сосбросом. Входной сигнал поочередноподключается к каждому иэ интеграторов, выходы которых поочередно подключаются к выходу блока. Интервалыинтегрирования всех трех блоков 39 и 5 кусочно-временного интегрирования совпадают с интервалами знакопостоянства сигнала виброперемещения Х.Таким образом, на выходе третьегоблока кусочно-временного интегрирования 3 формируется сигнал, пропор77 6 5 9226 циональный амплитуде основной гармоники виброперемещения и полупериоду колебаний Т . Сигнум-реле ч преобразует входной сигнал в последовательность разнополярных импульсов одинаковой величины, поступающих на вход блока 5Так как амплитуда входного сигнала постоянна, то на выходе блока 5 образуется знакопостоянный сигнал, пропорциональный лишь величи не 1 Преобразователь 6, подключенный к второму выходу объекта (к источнику возбуждающихвоздействий), преобразует в сигнал У той же частоты, что и частота сигнала Х угол 15 поворота дебаланса, в случае дебаланс ного вибратора, или питающее напряжение, в случае электромагнитного вибратора. Дпя функционирования устройства необходимо чтобы разность фаз 20 между"сигналами Х и У однозначно соответствовала амплитуде виброперемещения. Сигнал У поступает на вход первого сигнум-реле, преобразующее его в последовательность разнополяр ных импульсов, Разнополярные импульсы,равной величины и сдвинутые на величину разности фаз 7 между сигналами Х и У с выходов сигнум-реле 4 и 7 поступают на сумматор 8 . Выходной з 0 сигнал сумматора 8 при несовпадении входных сигналов равен нулю, а при совпадении - удвоенному сигналу, Время Т - ненулевого сигнала на выходе сумматора 8 и время ,- нулевого35 сигнала зависят от частоты сигна- .лов Х и У и их разности фазПри разности фаз равной нулю время С равно Т , а время С равно нулю. Прй разности фаз равной ф. равноГ. и Т/ . Если же разность фаз Ч мень-. ше %(2. (фиг. 2 а,), то Т большеТаким образом, выходной сигнал сумматора 8 преобразуется пер+ вым блоком кусочно-временного интег 45 рирования 9 в знакопостоянный ступенчатый сигнал, пропорциональный разности фаз между сигналами Х и У и величине полупериода колебаний 7 Выходной сигнал делителя прямо про 50 порционален величине сигнала, поступающего на его первый вход, и обратно пропорционален величине сигнала, поступающего на его второй вход. Второй делитель 10 преобразует псступающие сигналы в сигнал 2 про 55)порциональный лищь амплитуде основной гармоники виброперемещения, Первый делитель 11 преобразует входные сигналы в сигнал 25, пропорциональныйвеличине разности фаз между сигналами Х и У, Автоматический оптимизатор 12 реализует поиск с эапоминанием экстремума, осуществляя скачкообразные изменениявыходного сигнала,йоступающего на вход интегратора 13. В зависимости от знака входного сиг" нала интегратор 13 формирует на выходе линейно возрастающий или линейно убывающий сигнал 2, поступающий на второй вход блока 14 сравнения, выходной сигнал которого 4 равен разности между сигналом, поступающим на второй вход, и сигналом, поступающим на первый вход,= 2 а - 2 з. Рассогласование б воздействует на исполнительный орган 15, связанный с объектом 2 и сводящий посредством изменения управляющего воздействия Ь рассогласование с к нулю.Предположим, что в начальный мо- . мент времени выходной сигнал оптимизатора 12 таков, что сигнал 2 возрастает (фиг.26) и что отрабатывание рассогласованияприводитубыващю управляющего воздействия О, а выходной сигнал 21 второго делителя 10, пропорциональный амплитуде виброперемещения, возрастает. Выходной сигнал первого делителя 11 приэтом отслеживает изменение выходногосигнала 2 интегратора 13. Как только изменяясь сигнал 2 пройдет черезэкстремум и уменьшится на величину азоны нечувствительности оптимизатора 12, последний сработает и изменитзнак выходного сигнала, что вызовет изменение в противоположную сторону выходного сигнала 2 интегратора 13,Возникает автоколебательный режим в зоне максимума амплитуды виброперемещения (фиг. 26) .Если же в начальный момент направ-, ление изменения сигнала не соответствует движению к экстремуму, то после уменьшения сигнала на величину ь сработает оптимизатор 12 и изменит направление движения.Сигнал виброперемещения Х и опор"ный сигнал преобразователя У на фиг. 2 а изображены достаточно близкими к гармоническим,. однако для работы устройства это условие не является обязательным, так как показателем оптимальности является амплитуда ос" новной гармоники виброперемещения. Достаточно того, чтобы частота переходов через нуль сигналов Х и У былаЧИ " --г.й )-т-Рувеличение с приводит к одновре- ЗЗ менному повышению скорости возрастающей составляющей и к увеличению колебательной составляющей сигнала У.При амплитуде колебательной составляющей, превышающей/2, возникают 40 ложные реверсы оптимизатора, нарушающие устойчивый режим поиска, чтоограничивает его скорость.Выходной сигнал объекта оптимизации при наличии контура регулирова- И ния разности фаэ для предлагаемогоустройства при той же скорости изменения управляющего воздействия опре деляется так;+УИ) = ссс+ асс Тц(е % - 1) д и не содержит колебательной составляющей, а следовательно не накладывает дополнительных ограничений наувеличение скорости поиска. В среднем время поиска сокращается в 1,52 раза. формула изобретенияУстройство для управления амплиту.;дой виброперемещений, содержащее дат 7 92267равна двойной частоте основной гармо-ники.Выходной сигнал Е,интегратора 13является входным сигналом контура регулирования разности фаз, который .поз воляет реализовать возможные неустойчивые участки экстремальной зависимости амплитуды виброперемещения от управляющего воздействия, имеющие место при нелинейных упругих связях или 10при ограниченной мощности источникавозбуждения и обеспечивает апериодическое изменение амплитуды виброперемещения при скачке входного сигнала,что позволяет повысить скорость, поис Зка. Динамическая погрешность, вносимая преобразованием знакопеременногосигнала виброперемещения,сводится кминимуму за счет интегрирования сигнала на полупериоде колебаний, Сигнал, 20пропорциональный амплитуде колебаний,запаздывает лишь на время Т .Таким образом, применение в качестве преобразователя знакоперемен".ного сигнала в знакопостоянный пропорциональный амплитуде колебанийсигнал блока кусочно-временного интегрирования и использование в качеъве формирователя управляющего воздействия контура регулирования раз- щности фаэ обеспечивает повышение точности поддержания максимума амплитуды виброперемещения и сокращает время, его поиска.Динамика объекта оптимизации вустройстве определяется уравнениемУй) = МИ)3 Ч (Р) И (Р),где У -сигнал огибающей виброперемещения, т.е. пропорциональный ампли туде сигнал, О - управляющее воздействие, 1(О) - статическая экстремальная характеристика объекта,Ы- передаточная функция линейнойчасти объекта; Ч- передаточнаяфункция преобразователя знакопеременного сигнала в пропорциональный егоамплитуде знакопостоянный сигнал.Предположим, что статические характеристики объектов оптимизациив обоих случаях одинаковы и равныО , гдеи К - постоянные,объектов.В известном устройствеФ(Р)- дгт р, , юй(р)=ар+1В предлагаемом устройстве где Т, Т, Т - постоянные време. ни объектов, Тъ - постоянная време- ни схемы усреднения, Т - полупериод колебанийУчитывая, что ТФ , Тр.Т , запаздыв )нием на время Г можно пренебречь. Тогда для предла га емого уст ройств а И, (Р) "с 1.Пусть Т= Т .= О, Потери на поиск; характеризующие.,точность в известном устройстве, уменьшаются при уменьшении Ть, а при замене на1ТъРф 1 что обеспечивается использованием в качест ве преобр азов атепя энакопеременного сигнала в пропорциональный амплитуде колебаний сигнал блока кусочно-временного интегрирования, становятся минимальными и равными а /2. Точность поддержания максимума повышается в среднем на 20-303.При нулевых начальных условияхизвестном устройстве при измене.ни управляющего воздействия со ско,ростью С и при Ч = 1 выходной сигнал рбъекта определяется иэ уравнения х В)поЭ("Х) фСОзи) Ь)30,9 922677 10чик виброперемещений, подключенный входом блока сравнения, выход коток первому выходу объекта управления, рого подключен к входу исполнитель- оптимизатор и исполнительный орган, ного органа, выход датчика виброперевыход которого соединен с управляю", мещения соединен с входом второго щим входом объекта управления, о т". з сигнум-реле и с входом третьего блол и ч а ю щ е е с я тем, что, с ка кусочно-временного интегрирования, целью повышения точности и быстродей- второй вход первого и второго делите" ствия устройства, оно содержит интег- лей связан с выходом второго блока ратор, последовательно соединенные кусочно"временного интегрирования, преобразователь, первое сигнум-реле, 1 В второй вход сумматора подключен к сумматор, первый блок кусочно-вре- выходу. второго сигнум-реле, а вход менного интегрирования, первый дели- преобразователя соединен с вторым тель и блок сравнения, последователь- выходом объекта управления.но соединенные, второе сигнум-релеи второй блок кусочно-временного ин- М Источники информации,тегрирования, а также последователь- принятые во внимание при экспертизе но соединенные третий блок кусочно. Авторское свидетельство СССР временного интегрирсвания и второй У 189475 кл. 6 05 О 19/02, 1966, делитель, выход которогоподключен 2. Авторское свидетельство СССР к входу оптимизатора, связанного 20 У 270041, кл. 6 05 О 9/02 1970 выходом через интегратор с вторым (прототип).