Система управления вибровозбудителем

стриков ОСУДАРСТЭЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВ(71) Новосибирский электротехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР й, кл.В 06 В 1/04, 1978.Авторское свидетельство СССР 9 1079071 кл. С 05 Э 19/02, 1984. (54)(57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕМ, содержащая блок усиления, связанный выходом с вибровозбудителем, последовательно соединенные датчик положения подвижной части вибровозбудителя и блок дифференцирования, первый выход которого подключен . к первому входу блока усиления, последовательно соединенные первый квадратор, первый регулируемый усилитель и .первый суммирующий блок, программный блок, выходы которого подключены соответственно к второму входу первого суммирующего блока, к перво,ЯО 117176 му входу второго регулируемого усилителя и к второму входу первого регулируемого усилителя, последовательно соединенные релейный элемент и блок умножения, выход которого подключен к второму входу блока усиления, второй выход блока дифференцирования соединен с входом гервого квадратора и с входом релейного элемента, а вход через второй квадратор - с третьим входом первого суммирующего блока и с вторым входом второго регулируемого усилителя, связанного выходом с третьим входом блока усиления, о т л и ч а ю щ а я с я тем, 8 что, с целью повьппения быстродействия системы, она содержит последовательно соединенные блок "Зона нечувствительности" и второй суммируФЩющий блок, подключенный выходом к Я . второму входу блока умножения, причем выход первого суммирующего блокаЬией соединен с входом блока "Зона нечувствительности" и с вторым входом . ф второго суммируппцего блока.Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления, в частности, электродинамическими, электромагнитными или электрогидравлическими 5вибровозбудителями.Цель изобретения - повышениебыстродействия устройства путемуменьшения времени регулированияпри сохранении его качества.На фиг. 1 изображена функциональная схема системы; на Фиг. 2 - экспериментально полученные фазовые траектории предлагаемой и известной систем, на фиг. 3 - принцйпиальная схема блока дифференцирования; наФиг. 4 в . блок "Зона нечувствительностин,Предлагаемое устройство (фиг. 1)содержит блок 1 усиления, последовательно соединенные датчик 2 положения и блок 3 дифференцирования,последовательно соединенные первыйквадратор 4, первый блок 5 умножения и суммирующий блок 6, последовательно включенные релейный элемент 7и третий блок 8 умножения, а такжевторой блок 9 умножения, второй квадратор 10, последовательно соединенные блок "Зона нечувствительности" 11 30и второй суммирующий блок 12, про. граммный блок 13, вибровозбудитель 14.В блок 1 усиления входят сумматор 15и усилитель 16 мощности.В качестве датчика 2 положенияможет быть использован любой серийновыпускаемый датчик линейного перемещения. Блок 3 дифференцирования может быть выполнен в виде двух блоков - датчика скорости и датчика ус Окорения, либо по схеме быстродействующего дифференцирующего Фильтра(фиг. 3), представляющего собой аналоговое вычислительное устройство,решающее дифференциальное уравнениер 2 у+ 1,4,и, у+ у =хгде и - постоянная времениу,у, у - оценки соответственно х, х , х.ПРи выбоРе и,(0,1 ющо, гдеЮмфкс 5 Омаксимальная рабочая частота системы, динамика дифференцирующего фильтра мало сказывается на динамике всейсистемы, и можно считать х у,55В качестве квадраторов 4 и 10 могут быть применены интегральныеперемножители КР 525 ПСЗ. При этом входом квадратора являются объединенные входы перемножителя,Суммирующий блок 6 и сумматор 12могут быть выполнены по схеме многовходового сумматора на базе операционных усилителей серий К 140, К 153или подобных.В качестве реле иного двухпозиционного элемента 7 может быть применен операционный усилитель, например, серии К 140, включенный безобратной связи. При этом на одинвход усилителя подан нулевой потенциал, второй вход усилителя является входом реле, а выход усилителя -выходом реле.В качестве блока 8 умножения может быть использован серийный, например, интегральный аналоговый перемножитель КР 525 ПСЗ.Блок "Зона нечувствительности" 11(фиг. 4) может быть выполнен, например, в виде последовательно соединен-ных двуханодного стабилитрона и усилителя. При этом ширина зоны нечувствительности определяется напряжением стабилизации стабилитрона.Программный блок 13 прецставляетсобой набор переменных резисторов,задающих коэффициенты передачи усилителей и потенциометрического делителя, формирующего напряжение, равное квадрату желаемой амплитуды колебаний, и поступающее на дополнительный вход суммирующего блока 6.Предлагаемое устройство в сово"купности с вибровозбудителем 14 представляет собой генератор синусоидальных колебаний видах = Ао зхпыо 1, (1)где х - сигнал на выходе датчика перемещения,А , 1 - заданные амплитуда ичастота колебаний. На выходе блока 6 с помощью блоков 4, 5, 10 и 13 формируется разность квадратов действительной и за данной амплитуд колебаний в соответствии с уравнениемхг+у о Аог= А зпгюой + А (С)соз ыоС -А А-А (2) где у - оценка производной х;А(С) - текущая амплитуда колебаний (ее мгновенное значение);й - сигнал на выходе блока 6.Напряжение -А , пропорциональноеквадрату заданной амплитуды колеба-ний, поступает на вход блока 6 изпрограммного блока 13, который за-дает также коэффициент передачи ш; 5усилителя 5,Для регулирования амплитуды колебаний с помощью блоков 7, 8, 11 и 12организована обратная связь по первой производной сигнала х. Знак обратной связи определяется знаком а,Полный алгоритм управления, реализованный в предлагаемом устройстве,имеет видц:= -1 у +и)ох + /3 1(д) + 15+ й 3 зддп у, (3)где К - коэффициент усиления блока 1;ц - сигнал управления (выходной сигнал блока 1), поступающий на вход вибровозбудителя 14;у, у - оценки соответственно х,х, формируемые на выходе.ЬГ - коэффициент передачи усилителя 9, численно равныйквадрату заданной частоты колебаний,/Х - выходной сигнал датчика 2;О( .- "размах" выходного сигнала реле 7,Ч(Ь) - выходной сигнал усилителя с зоной нечувствительности,Д - коэффициент передачисуммирующего блока 6,Дифференциальное уравнение, описывающее объект управления (вибровозбудитель 14), может быть записано ввидех= Е(х,х,х,) + (Ь(х2,)ц, (4)где Г - нелинейная функЯия,Ь ) О - коэффициент. 45Зависимость Г и Ь ототражаетнестационарность характеристик вибровозбудителя и наличие возмущений. Движение объекта по уравнению (4) при управлении, описанном равенством (3), и достаточно большом описывается "вырожденным" уравнениемУ + ЫР 9(Д) + дз 8 п У ++ Фх= О, (5) и соответствующим колебательному звену с частотой собственных колебанийравной И . Для анализа характера процесса установления колебаний дифФеренцируют уравнение (2) по 1:3 + 2 хх + 2 о 3 уу,ОС учетом равенства (5), предположив1х = у, х у, получаемй + 2 оС р со 2х (Ч (а)А= О (6)Дифференциальное уравнение (6)описывает процесс стремления йОи следовательно А -ф А.Неидеальность характеристик квадраторов приводит к нарушению соотношений (2) и появлению в сигнале йпульсаций. Это эквивалентно появлениюв правой части уравнения (6) периодического возмущающего воздействия.В известном устройстве (Л) в Ои уменьшение влияния возмущенияможет быть достигнуто уменьшениемкоэффициента усиления 5 суммирующего блока 6, что равносильно увеличению постоянной времени уравнения (6). Однако это существенно увеличивает время установления колебаний. Введение блоков 11 и 12 позволяет повысить быстродействие устройства при больших й и тем самымуменьшить время установления колебаний. При й( а, где а - ширина.зоны нечувствительности усилителя 1,соответствующим выбором Д можнообеспечить достаточно хорошую фильт"рацию возмущающего воздействия, присутствующего в сигнале А, и темсамым добиться нужного качества воспроизведения синусоидального сигнала.Ширина зоны нечувствительности определяется качеством примененных квадраторов. Скорость процесса установления колебаний зависит от коэффициента передачи усилителя с зонойнечувствительности.Таким образом, снабжение известного устройства сумматором 12 и11блоком Зона нечувствительности" 11позволяет повысить быстродействиеустройства при больших отклоненияхамплитуды колебаний от заданной, чтоприводит к уменьшению времени регулирования при сохранении качестварегулирования.Предлагаемое устройство работаетследующим образом.Пусть в начальный момент времених(О) = х , у-у = О, а выход блока 1усиления отключен от входа вибровозбудителя 14. Программный блок 13задает. коэффициенты передачи усилителей 5 и 9 и подает на дополнитель 1171763ный вход блока 6 напряжение, пропорциональное квадрату заданной амплитуды колебаний, При этом на выходе блока 1 формируется сигналц=-Е(д хо офгде К - коэффициент усиления блока 1;шг - коэффициент передачи усиолителя 9. После подключения выхода блока 1к входу вибровозбудителя 14 подвижный элемент последнего приходит вдвижение. Это влечет за собой изменение сигнала х на выходе датчика 2положения и появление сигналов у,на выходах блока 3 дифференцирования. С помощью квадраторов 4 и 10и усилителя 5 на выходе суммирующегоблока 6 формируется сигнал д, пропорциональный разности квадратовдействительной и заданной амплитудколебаний. Сигнал д с выхода блока 6 поступает на вход блока 12 ичерез блок 11 на второй вход суммирунщего блока 12. На выходе блока 8умножения появляется сигналв = оМ здп у,где о - "размах" выходного сигналареле 7;с"- сигнал на выходе сумматора 12,На входы блока 1 усиления посту- пают сигналы у с первого выхода блока 3 дифференцирования, усиленный в шог раз усилителем 9 сигнал с выхода датчика 2 положения и сигнал х с выхода блока 8 умножения. В результатена выходеблока 1 формируется следующийалгоритм управления.ц = -К( ог х + у + осЬдп у), который обеспечивает стремление амплитуды колебаний к заданному значению. При 1 Ь (1 а, где а - ширина зоны нечувствительностью, усилитель обеспечивает дополнительное усиление сигнала Д, что приводит к уменьшению времени установления колебаний на выходе вибровозбудителя 14. Невысокий коэффициент усиления блока 6 при д а позволяет получить коле.бания хорошего качества и при неидеальных квадраторах 4 и 10.Наиболее эффективная работа предлагаемого устройства обеспечивается при использовании блока 1 усиления с релейной характеристикой. В этом случае устройство работает в режиме скольжения, что позволит эффективно парировать нестационарность характеристик вибровозбудителя и действие возмущений при одновременном повышении КПД устройства и снижении стоимости усилителя мощности.1171763 Составитель Л.Цаллаговаехред Ж.Кастелевич Корректор Е.Сир ктор .Н,Бобков каз 4 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 1/39 Тираж 86 ВНИИПИ Государственнопо делам изобретени 113035, Москва, Ж,Подписноео комитета СССР