Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. С 05 В 23/02 с присоединением заявки М 3 Ьсударствеииый комитет СССР вв деявм иэфвретеиий и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ Изобретение относится к автоматике, в частности к анализаторам динамических характеристик, и может найти применение при виброиспытаниях и исследованиях нелинейных колебательных систем.Известны устройства для опсе деления5 динамических характеристик, позволяющие определять амплитуду и фазу. сигналов Ц.Однако использование в этих устройствах коммутирующих элементов с механито ческими контактами снижает их надеж 1 ность и возможность автоматизации из 1мерений.Известно устройство, в котором использованы гармонические опорные сиг 1 палы, что прецопреаеляет использование в качестве перемножителей гармонических синхронных детекторов, которые являются сложными электронными узлами, в отличие от репейных синхронных детекторов (электронных ключей). Простое конструк тивное выполнение электронных ключей позволяет построить опорный сигнал, щ- скретно изменяющийся во времени 21. Однако это устройство позволяет про водить плавный анализ динамических характеристик в диапазоне частот.Известны и более сложные устройства для анализа динамических характеристик с применением в качестве опорного сит- нала-функций Уолша 3 .Однако устройства характеризуются сложностью настройки и.изготовления 31.Наиболее близким к изобретению по технической сущности явлются устройство цля определения динамических характеристик колебательных систем, содержащее фаэовращатеа, последовательно соециненные первый измерительный преобразователь, первый ключ и первый интегратор, и последовательно соединен- ные второй измерительный преобразователь, второй каоч и второй интегратор, выходы первого и второго интеграторов подключены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока, другой выход первого измерительного преобразователя связан с входом иссле1 О 15 20 25 30 35 хоцу первого инвертора, а первый вхоц второго коньюнктора - к выхоцу первого инвертора, выходу фазовращателя, третье му входу вычислительного блока, второйвход первого коньюнктора попсоецинен к выходу третьего инвертора и первому вхоцу третьего коньюнктора, а второй вхоц второго коньюнктора - к входу третьего 50 55 3 ОЗОпуемой колебательной системы, выходкоторой соединен с входом второго измерительного преобразователя.В этом устройстве опорные сигналыформируются с помощью фотоголовок,Сдвиг фаз между сигналами произведенсдвинутыми на 9 СР цруг от пруга фотоголовками. К выхоцам фотогодовок попключены формирователи импульсов, формирующие прямоугольные опорные сигналы типа "меанпр, выходы обоих формирователей подключены к другим вхопам электронных ключей, а к выходамключей поцсоепинены интеграторы 1,4."1.Это устройство характеризуется низкойточностью измерения прямоугольных проекций исслецуемого сигнала, а значит ивообще низкой точностью динамическихизмерений . Если исслецуемый сигналпредставить в виде Х= Е ХЮп(1 м 1+М;),то проекции запишутся в вице )(51 о Ч,и 1 со 5 У 1 - это при анализе первой гармоники; при анализе второй М 51 п Чи У о сов У и т,п. Если такие сигналы(113111 .1 и МСо 5 %) измерены точно,то не представляют сложности подучитьиз них другие пинамические параметрыХи Ч 1, напримерр реализуя в вычисдительно-регистрирующем устройстве алгоритмК 1 ПЧЭ 1 П а,1 МСОЭ ЧСОВМИН== )(СО 5 (Ь) Ь 4 9 ) )гце сигналы 31 о цо 1 исо 91 ио- это сигналыы с фиксированными частотами. Поправой части уравнения измеряют ХиЧ.1 , т.е, опрецедяют динамические параметры в вице ампдитупы и фазы (величины и места неуравновешенности).Прямоугольные проекции измеряютсяследующим образом.Исслепуемый сигнал, получаемый отизмерительного преобразователя, перемножают в электронных ключах с опорнымисигналами - прямоугольными симметричными импульсами (типамеанцр). точность получения фракций таким путемневеаав. Действительно, в таком опорном сигнале содержатся нечетные гармоники (2 п), а коэффициенты при гармониках пропорциональны . Постоянная составляющая сигнала (пссде интеРатороь) пропорциональна произведениюи1 0011)( СОБЧ . и так как, полезную =1(а 4.1- 1 1информацию несет оцнв гармоника, наиРимерф первая Цо сов Ч, то величина п1я ) ОП 1 а 1 преапвавпяевсобой погрешность измерения этой проекции, Аналогично образуется погрешностьпри формировании второй прямоугольнойпроекции, которая получается при перемножения опорного сигнала, сцвинутогона 90 о, на исследуемый сигнал. Измерение прямоугольных проекций, такимобразом, осуществляется с погрешностью,Кроме того, в известных устройствахневозможно проводить плавный послеповательный анализ, так как невозможнаперестройка частоты опорного сигнала.Цель изобретения - повышение точности устройства,Эта цель цостигается тем, что устройство содержит генератор фиксированныхчастот, генератор переменных частот,четыре коньюнктора, три инвертора, первый цизьюнктор, третий и четвертый ключи, третий и четвертый интеграторы, послеповательно соединенные второй цизьюнктор, пятый интегратор и возбупительвхоцного воздействия, выход которогосвязан с вхоцом первого измерительного .преобразователя, причем входы первогои второго ключей соединены соответст,венно с входами третьего и четвертогоключей, выхопы которых соединены с входами соответственно третьего и четвертого интеграторов, а управляющие вхоцыс выходом первого цизьюнктора, соответствующие вхопы которого соединены с выходами первого и второго конъюкторов, первый.вхоц первого коньюнктора поцключен к выинвертора и первому входу четвертого коньюнктора, второй вход которого связан с четвертым вхоцом вычислительного блока, входом фазовращателя и вхоцом второго инвертора, выход которого подключен к второму входу третьего коньюнктора, выход которого и выхоц четвертого коньюнктора соепинены с соответствующими входами второго пизьюнктора, выход которого связан с управляющими входами первого и второго ключей, а выхоцы третьего и четвертого интеграторов связаны соответственно с пятым и шестым вхоцами вычислительного блока,На фиг. 1 приведена блок-схема усьройства; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов. ъУстройство содержит возбудитель 1входного возцействия измерительный преобразоватеж, 2, исследуемую колебательную систему 3, измерительный преобразователь 4, интегратор5, ключи 6-9,интеграторы 10-13, вычислительный блок14, генератор 15 фиксированной частоты,инвертор 16, коньюнктор 17, дизьюнктор18, генератор 19 переменной частоты,инвертор 20, коньюнктор(схема И) 21,фазовращатель 22 (на 90 ) инвертор23 коньюнкторы 24 и 25, дизьюнктор 15(типа меанцр ) фиксированной частотыо (фиг. 2 а), а генератор 19 - такуюже последовательность импульсов переменной частоты щ (фиг, 2 в), обе этипоследовательности импульсов поступают 25на входыконьюнктора 17, на выходе которого образуется сигнал, показанный нафиг. 2 и. Выхоцные сигналы генераторов15 и 19 инвертируются в инверторах 16и 20 (фиг. 2 б и г), после чего поступают на коньюнктор 21, который образуетпоследовательность импульсов (фиг.2 е) .Последовательности импульсов (фиг.2 ди е) объединяются в цизьюнкторе 18, образуя сигнал (фиг.2 ж), Аналогичным образом образуются сигналы в канале фазефращатель 22, инвертор 23, коньюнкторы24 и 25 и дизьюнктор 26, только на вьфходе дизьюнктора 26 образуются сигаланалогичный изображенному на фиг. 2 ж,но сдвинутому относительно него на чегверть периоца (на 90 о). Нетрудно заметить, что сигнал (фиг. 2 ж) в дискретнойформе выражает собой аналоговый сигналс формой равнобедренной трапеции (этот45сигнал изображен на фиг. 2 ж сплошнойлинией) По аналогии на выходе дизьюнктора 26 в дискретной форме закодировананалоговый сигнал в форме равнобедреннойтрапеции, но сдвинутый на 90", Такойаналоговый сигнал с частотой Я получаез 50ется на выходе интегратора 5 и подаетсяна вход возбуцителя 1 входного воздействия (это может быть электроцинамический, электрогидравлический, электромагнитный, пневматический и т,й вибратор),в котором электрический сигнал преобразуется в сигнал входного воздействия(механическое, гидравлическое, пневмаж ых каочей алы соотв 6:. сиги етсткаочЙпК1 с(.1, 00 1 161 пЫфу"оРфкаоч 7:1 Г 0Од 1од-% втъ 5 А51 оп а 5- ц Е ооЧМяМ,5"РфпЧческое усилия), Этот возбужцающий сит- нал вводится в исследуемую систему (объект) 3 через измерительный преобразователь 2 усилия,(цля примера ука жем вибратор, создающий механическое усилие, которое вводится в обьект через упругий элемент, который служит преобразователем усилия электрический сигнал с него макет быть получен, например, тензоцатчиками, наклеенными на стенки упругого элемента, могут быть использованы преобразователи и другого типа к принципа действия). Сигнал возбуждения в общем вийе имеет вид Р=Е Гво 1 ЯЧ),Ь 1 " Высшие гармоники могут образовывать ся либо вследствии принципа действия вибратора, либо вследствии, нелинейности вибратор- объект. Реакция обьекта - Х:Х Ып (,1 Я+ М;), В перемножцтелях= электронных ключах 6-9 происхоцит умножение сигнала силы и реакции на опорные сигналы вида (фиг. 2 ж), сдвинутого на 90. Заметим, что частота этих опорных сигналов явля ется низкой и изменяющейся при измене нии частоты генератора 19 переменной частоты. Опорные сигналы относятся к классу сигналов с широтно-импульсной моцуляцией (ШИМ). Здесь модуаядая осуществляется с какой частотой по закону равнобедреннойтрапеции. Главный информационный си гнал, переносимый ШИМ-сигналом (т.е. заложенный,в законе изменения его цлительности) - это сигнал, аналоговым выражением которого является сигнал с формой равнобедренной трапеции. Такой сигнал имеет также нечетные гармоники, однако коэффициенты при гармониках пропорциональныя 1 пйо%Тб.г -Таким образом, пбсле интегрирования в интеграторах 10-13 произведения си налов на выходах перемножителей электронн 6,7,8 и 9 образуютсявенно номерам каочейвыходы которых соединены с входами соответственно третьего и четвертого ицтеграторов, а управляющие входы - с выходом первого дизьюнктора, соответствующиевходы которого соединены с выходамипервого и второго кскьюнкторов, первыйвход первого коньюнктора подключен квыходу первого инвертора, а первый входвторогоконъюнктора - к выходу первого,инвертора, выходу фазовращателя, тре- Отьему входу. вычислительного блока, второй вход первого коньюнктора подсоединен к выходу третьего инвертора и первому входу третьего коньюнктора, а второй вход второго коньюнктора - к входу дтретьего инвертора и первому входучетвертого коньюнктора, второй вход которого связан с четвертым входом вычислительного блока, входом фазовращателяи входом второго инвертора, выход кото- о1 ого подКлючен 1 с второму входу третьего коньюнктора, выход которого и выход четвертого коньюнктора соепйнены с соответствующими входами второго дн эьюнктора, выход которого связан с уп равляющими входами первого и второго ключей, а выходы третьего и четвертого интеграторов связаны соответствее но с пятым и шестым входами вычислительного блока. Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР М 561147, кл.01 Р 25/00, 1978,2, Авторское свидетеж ство СССР% 590624, кл. Я 01 М 1/22, 1976. 3. Авторское свидетежство СССР М 572718; кл. 6 01 Я 23/16, 1975. 4. Авторское свидетеаство СССР М 222710, кл. Я 01 М 1/22, 1965/63 Тираж 908 ПодписноеПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж 35, Раущская, наб., д. 4/5 или Заказ 3470 ВНИИ по