Устройство для управления вибрацией

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 121081 (21 3343006/18-24с присоединением заявки М(23) Приоритет -Опубликовано 0703,83. Бюллетень Мо 9Дата опубликования описания 07.03,83 рцм.кп. 0 05 В 19/01 Госуиарственный комите СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Н.П.Попков и А.А,Колупаев Специальное конструкторско-технологическое,бюрос опытным производством при Белорусскомгосударственном университете им. В,И.Ленина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВИБРАЦИЕЙ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в част. ности к системам цифрового программного управления сервомеханиэмами, и может найти применение в различных виброиспытательных и моделирующих устройствах,Известно устройство регулирования вибрацией, содержащее последовательно соединенные измерительное устройство, аналого-цифровой преобразователь, блок обработки спектральной плотности мощности (РБП), схему сравнения, второй вход которой подключен к задатчику РЯР, множительную схему, второй вход которой подключен к статистическому генератору, временной преобразователь, условно-вероятную машину, блок обработки информации, цифроаналоговый преобразователь, исполнительный орган и испытываемый объект 1Известно устройство цифрового управления вибрационными испытаниями, содержащее последовательно соединенные блок ввода-вывода, вычислительную машину, цифроаналоговый преобразователь, усилитель, исполнительный орган, измерительный преобразователь,выход которого подключен к входу вычислительной машины 1 .Известные устройства не обеспечивают контроль амплитуды подвижной системы и поэтому имеют низкую точность воспроизведения вибраций с заданными параметрами, поскольку реальные испытываемые объекты представляют собой многорезонансные динамические системы, обладающие ярко выраженными частотно-избирательными свойствами.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усилитель, исполнительный двигатель, датчик положения, первую схему сравнения, генератор входных сигналов, первый выход которого соединен с вторым входом первой схемы сравнения, вторую схему сравнения, выход которой йодключен к цифроаналоговому преобразователю, а второй вход ее - к выходу блока дифференцирования, вход которого подключен к выходу датчика положения 1.2быть значительные отклонения по фазеистинного значения вибрации по сравнению с заданной по программе из-застатической ошибки в контуре стабилизации скорости. Поэтому для исключения статической ошибки после второй схемы сравнения необходимо интегрирующее звено, тогда отклонение регулируемой величины от управляющеговоздействия стремится к нулю независимо от величины воздействия.Целью изобретения является повышение точности устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для управления вибрацией, содержащее последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усилитель и исполнительный орган, генератор сигналов, соединенныйпервыми входом и выходом соответственно с выходом и первым входом первогоблока сравнения, вторым входом спервым входом цифроаналогового преобразователя, а третьим выходом с первым входом второго блока сравнения,подключенного вторым выходом к выходу преобразователя временной интервал - код, введены интегратор и измерительный преобразователь, подключенный первым выходом к второму входупервого блока сравнения, вторым выходом к входу преобразователя времен-ЗОной интервал - код, первым входом квторому выходу генератора входных сигналов, а вторым входом к выходу исполнительного органа, причем вход интегратора связан с выходом второго бло- З 5ка сравнения, а выход - с входом цифроаналогового преобразователя.На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - блок-схемагенератора сигналов; на фиг.3 - блок 4 Осхема интегратора; на фиг4 - блоксхема одного из вариантов измерительного преобразователя; на фиг. 5 -временная диаграмма этого вариантаизмерительного преобразователя; нафиг. б - график заданной функцииХ=х(1); на фиг, 7 - график коррекции скорости и формирования управляющего сигнала,10 Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 входных сигналов, второй блок 2 сравнения, интегратор 3, цифроаналоговый преобразователь 4 (ЦАП), усилитель 5, исполнительный орган б, измерительный преобразователь 7, преобразователь 8 временной интервал-код,первый блок 9 сравнения; Б,Мэ, В - задающие параметры в цифровом коде управления исполнительным органом б соот ветственно положения, скорости и знака. Ми, Мк- обратная связи (измеренное истинное значение) по положению и скорости исполнительного блока 6, Е - импульсный выход измерительного 65 преобразователя 7, + д - сигнал рассогласования.Генератор 1 сигналов содержит кольцевой регистр 10,матрицу 11 постоянного перепрограммируемого запоминающего устройства (ППЗУ) и регистры памяти положения 12, скорости 13 и знака 14,Интегратор 3 содержит генератор15 импульсов, предварительный делитель 16, управляемый делитель 17,первый элемент И 18 и второй элементИ 19, реверсивный счетчик 20, схему21 защиты от опрокидывания реверсивного счетчика 20,инвертор 22,выход23, установка 24 предварительного делителя 16, управляющий вход 25 (сигнал рассогласования + с),Измерительный преобразователь 7содержит. преобразователь 26 неэлектрической величины в аналоговый электрический сигнал, измерительный усилитель 27, компаратор 28, линейныйЦАП 29, реверсивный счетчик 30, триггер 31 запуска, генератор 32 эталонной частоты, первый, второй, третийэлементы И 33 - 35, инвертор 36, переключатель 37 запуска, выход цифровой (М,), выход импульсный (Е), входзнаковый (В), Вход (А)Измерительный преобразователь 7предназначен для преобразования неэлектрической физической величины(перемещения, усилия, давления, температуры) в электрический нормализованный сигнал и далее преобразованияего по уровню в цифровой код, а скорости изменения сигнала во временнойинтервал, в котором преобразованиеаналогового электрического сигналаизмерительного усилителя 27 в квантованный по уровню цифровой код осуществляется по принципу следящего АЦП.Второй блок 2 сравнения представляет схему параллельного комбинационного сумматора, которая реализует алгоритм М 3- Мд= + сСигн ал на выходе (цифрового) ин-.тегратора 3 изменяется по алгоритму11)=(о Е сК2Огде К - коэффициент, устанавливаемый в предварительном делителе 16;д - переменный коэффициент деления (сигнал рассогласованиявторого блока 2 сравнения),поступающий на управляемыйделитель 17,ЦАП 4 представляет схему линейногоЦАП с управляемым переключателем полярности напряжения, Усилитель 5 иисполнительный орган б выполнен поизвестным техническим решениям вэлектрогидравлических вибрационныхустановках. В качестве исполнительо(,= Чдх 1 Ж д ного органа может быть и другой сервомеханизм (пневмоцилиндр, электродвигатель и др.).Устройство работает следующим образом.При поступлении питания (на блоксхеме цепи питания не показано) реверсивный (асинхронный) счетчик 30 обнулен и на выходе линейного ЦАП 29сигнал нулевого уровня. Если на выходе измерительного усилителя 27 так-)Оже сигнал нулевого уровня, то на выходе компаратора 28 появляется сигналлогического 0, который переключает триггер 31 запуска,и элементы И 33и 34 пропускают пачку импульсов с ге-(5нератора 32 эталонной частоты с частотой Й на реверсивный асинхронныйсчетчик ЗО.На выходе линейного ЦАП 29появляется ступенька напряжения,а навыходе компаратора 28 - логическая1,которая переключает триггер31 запуска, а первый элемент И 33пропускает импульсы с генератора 32эталонной частоты. Таким образом, схемаподготовлена к работе.Если же перед пуском устройства. на выходе измерительного усилителя27 имеется установочный сигнал, тонажатием на переключатель 37 запуска пропускают импульсы генератора32 эталонной частоты на реверсивный 3 Оасинхронный счетчик 30, пока сигналы на входах компаратора 28 сравняются,и далее после отпускания переключателя 37 запуска, схема устанавливается в рабочее состояние, как 35было описано выше,На реверсивный асинхронный счетчик 30 поступает пачка импульсов сцелью исключения переключения схемы от случайного одиночного импульса (помехи или сбоя), а также с целью получения опережающего реверсареверсивного асинхронного счетчика30 в экстремальных точках (точка Рна временной диаграмме фиг. 4). Для 45этого младшие разряды реверсивногоасинхронного счетчика 30 остаютсясвободными,Преобразователь 8 временной интервал - код предназначен для преобразования временно интервала, обратно пропорционального скорости изменения сигнала (скорости исполнительного органа б) в цифровой код.Первый блок 9 сравнения выдаетодиночный импульс при равенстве ко 3 ФРабота устройства циФрового Управления вибрацией основана на том, чтолюбая заданная функция Е=х, которая должна воспроизводиться исполнительным органом б, может быть аппроксимирована кусочно-линейнымиучастками с требуемой точностью(фиг, 5). Затем исполнительный органб как .бы интерполирует заданную функ цию й=х по программе, отслеживая каждый заданный кусочно-линейный участок, для чего в память матрицы 11 ПЗУ генератора 1 (входных) сигналов заносятся координаты и знак наклона линейных участков. При этом координаты узловых точек задаются в цифровом коде величиной уровня (например Х 1),Х - Х а угол наклона с(,=агсМ в -"линейк ного участка КЬ величиной временного интервала Ь в цифровом коде на дискретном участке йх изменения уровня сигнала, так как угол наклона кусочно-линейных участков или скорость Ч изменения сигнала во времени при равномерном квантовании амплитуды (йх=сопз 1)обратно пропорциональны времениЖ изменения сигнала на дискретных участках. Величина уровня сигнала определяет положение исполнительного органаб, а наклон линейного участка - заданную скорость исполнительного органаб.Смена программы в регистрах 12 -14 генератора 1 (входных) сигналовпроисходит автоматически по узловымточкам при совпадении в первом блоке9 сравнения заданного уровня сигналаХ(ИЗ) с действительным положениемНисполнительного органа б, измереннйм посредством измерительного преобразователя 7, при этом заданный наклон кусочно-линейного участка отрабатывается контуром стабилизации скорости (преобразователь 8, второй блок2 сравнения, интегратор 3, ЦАП 4)Коррекция скорости осуществляется накаждом дискретном участке пути ЬХ путем сравнения измеренного временногоинтервала ДИ(М) с заданным сигналомМ(М) во втором блоке 2 сравнения,На фиг. 7 показан график коррекциискорости и Формирования управляющего сигнала, где 1 - заданная Функцияух,11 -аппроксимация заданцойфункции; 111 - истинное значение воспроизведенной функции, 1 У - управляющий сигнал Х - частота генератора 15ф 01импульсов, Йо - частота на выходе управляемого делителя 17. Сигнал рас-.согласования сР(1,(1122) уменьшает.ся дискретно, увеличивая автоматически и дискретно постоянную временицифрового интегратора З,приближаяс каждым дискретом сигнал рассогласования дк нулю. Этим и достигаетсявысокая точность как по амплитуде,так и по фазе воспроизведенной функции.Для устойчивой работы различныхзамкнутых систем в предварительномделителе 16 (цифрового) интеграто 1003017ра 3 можно предварительно заноситьнеобходимый коэффициент деления(коэффициент усиления),Рассмотрим работу устройства напримере конкретной реализации устройбтва. По сигналу Пуск(на 5блок-схеме цепи питания не показано)на выходных шинах И, Мз, В появляется первое управляющее слово, которое задает отработку первой координаты, например, точка К на фиг. 5,б. Поскольку в момент пуска сигнал М-О, то сигнал рассогласованиявторого блока 2 сравнения Ы:МЗ, т,е,имеет максимальное значение. Этотсигнал устанавливает коэффициент15деления управляемого делителя 17(цифрового) интегратора З,и импульсы частотой 202(фиг, б) с генератора 15 импульсов через элемент И 18поступают на реверсивный счетчик 20,который накапливает их с частотойГО 2 . На выходе ЦАП 4 фор ируется уп-,равляющее напряжение Б= й Ж,Как только исполнител нйи орган02б приходит в движение (вперед, вверх),возрастает сигнал на выходе измерительного усилителя 27 измерительного преобразователя 7, а на выходекомпаратора 28 появляется логический 0, который переключает триггер 31 запуска, и на реверсивный 30,асинхронный счетчик 30 проходит пачкаимпульсов. На выходе линейного ЦАП29 пояьляется нормированная ступенька напряжения, а на выходе компаратора 28 снова появляется логическая . З 51 фф, котораявозвращает триггер 31запуска в начальное состояние, а элемент И ЗЗ пропускает импульсы. Приувеличении сигнала А цикл повторяется, отмеряя напряжение на квантованную величину по уровню. Тогдана выходе Е триггера 31 запуска образуется импульсный сигнал, периодТ которого обратно пропорционаленскорости изменения сигнала А, т,е.скорости исполнительного органа б.Выходной код с реверсивного асинхронного счетчика 30 поступает на первыйвход первого блока 9 сравнения дляопроса сигнала по уровню, а импульсный сигнал Е - на вход преобразователя 8, в котором измеряется временнойинтервал и преобразуется в цифровойкод, который затем транслируется навторой вход второго блока 2 сравнения.Во втором блоке 2 сравнения опять55происходит алгебраическое сложениеизмеренного сигнала с заданным. Вычисленный сигнал рассогласования дустанавливает новый коэффициент деле-,ния управляемого делителя 17 (цифрового) интегратора 3, На выходе ЦАП4 возрастает управляющее напряжениес большей постоянной времени (участок 1;1 фиг. 6). При отсутствиирассогласования на выходе второго блока 2 сравнения на вход реверсивного счетчика 20 импульсы непоступают, и управляющее напряжениена выходе ЦАП 4 сохраняет постоянное значение, а при отрицательномсигнале рассогласования сРреверсивный счетчик 20 вычитывает импульсы с частотой й и управляющий сигнал на выходе ЦАй 4 уменьшается, Присовпадении истинного положения исполнительного органа б с первой заданной координатной узловой точки (точка К на фиг, 5) первый блок 9 сравнения выдает импульс, по которому генератор 1 входных сигналов считываетновое слово, записанное в программедля отработки очередного кусочнолинейного участка заданной функции(КЬ на фиг. 5), и процесс повторяется,В экстремальных точках (точка Рна фиг, 5) на выходе регистра 14 знака генератора 1 входных сигналов происходит смена знака, по которому изменяется направление счета реверсивного асинхронного счетчика 30 измерительного преобразователя 7 и меняется полярность управляющего напряжения на выходе ЦАП 4. Исполнительныйорган б по этому сигналу осуществляетреверс.Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется сравнение накаждом дискретном участке пути исполнительного органа б с заданнымипараметрами и соответствующая приэтом коррекция, При этом алгоритмуправления и коррекции прост, таккак выполняются элементарные простей.шие операции (исключены операцииумножения, деления). Этим достигается высокое быстродействие, а следовательно, и требуемая точность.Предложенное устройство позволяет проводить ускоренные стендовыевиброиспытания различных узлов, конструкций и трансгортных средств с1 высокой точностью воспроизведения зацанного процесса испытания,Ускорение виброиспытаний в этомслучае достигается эа счет того, что,не искажая существенно накопленногоповреждения, воспроизводят программноне весь процесс нагружения (вибрации),а лишь часть его, влияющую на разви.тие усталостного разрушения, Сокращение сроков испытаний при этом может достигнуть 10-100 раз по сравнению с полигонными или стендовыми,приближенными к ним.Формула изобретенияУстройство для управления вибрацией, содержащее последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усилитель и исполнительныйорган, генератор сигналов, соединенный управляющим входом и первым выходом соответственно с выходом и первым входом первого блока сравнения, вторым выходом с первым входом цифроаналогового преобразователя, а треть 5 им выходом с первым входом второго блока сравнения, подключенного вторым входом к выходу преобразователя временной интервал - код, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью 10 повышения точности устройства, в него введены интегратор и измерительный преобразователь, подключенный первым выходом к второму входу первого блока сравнения, вторым выходом 15 к входу преобразователя временной интервал - код, первым входом к второму выходу генератора сигналов,а вторым входом к выходу исполнительного органа, причем вход интеграторасвязан с выходом второго блока сравнения, а выход - с входом цифроаналогового преобразователя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Чеголит П.М. и др. ЦИфроваясистема управления вибрационнымииспытаниями технических обаектов. -Методы и средства автоматизациинаучных исследований. Минск,ИТК АН БССР, 1978, вып, 4,с.125-128.2. Авторское свидетельство СССРР 736055, кл. С 05 В 23/02, 1980