Устройство для регулирования колебаний виброплощадки

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОВРЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 987597(61) Дополнительное к авт. санд-ву(22) Заявлено 17. 04. 81 (21) 3278 ч 11/18-2 Мс присоединением заявки М(53)М. Кл,С 05 О 19/02 Гееудерстееееые кеннтет СССР В аееем изебретеннй и еткрьдийДата опубликования описания 07,01.83 А, А, Шурупов11 Ордена Ленина институт проблем управления(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ ВИБРОПЛОЩАДКИ1Изобретение относится к устройст", вам автоматического управления механическими колебаниями и предназначено для использования в системах автоматического управления вибрационными машинами технологического назначения, в частности виброплощадками для уплотнения бетонных смесей. Известно устройство автоматичес 1 О кого управления, в котором для обеспечения оптимального режима вибрации, когда амплитуда колебаний рабочего органа вибромашины, осуществляющего вибрационное воздействие на обраба 15 тываемую среду, максимальна, используется стабилизация разности фаз между двумя знакойеременными сигналами. Этими сигналами являются сигнал виброперемещения, поступающий с датчика вибрации, установленного на рабочем органе вибромашины,и сигнал угла поворота дебаланса вибратора, поступающий с датчика угла поворота 11. 2Недостатком этого устройства яв" ляется низкая точность поддержания. экстремума амплитуды колебаний при увеличении демпфирования колебательной системы и неравномерное распределение амплитуд колебаний в различных точках рабочего органа, обладающего несколькими степенями свободы, что объясняется косвенной оценкой оптимальности режима по сдвигу фаз между вынуждающей силой и виброперемещением.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является экстремальный регулятор, содержащий датчик вибрации, усилитель, гене- . ратор, .блок вычисления амплитуды, одноканальный автоматический оптимизатор, выполненный в виде блока запоминания и вычисления с логическим элементом, блок форсированного выхода на экстремум и исполнительное устройство. Усилитель и блок вычисления амплитуды преобразуют зна87597аная схема оптимизатора; на фиг. 3 структурная схема одноканальной сис.темы автоматической оптимизации, поясняющая работу оптимизатора в слу-,5 чае поиска минимума критерия качества 9 обьекта оптимизации..Устройство содержит вибродатчики11, 1, сумматор 2, блок 3 выделения огибающей, автоматический й-ка 1 р нальный оптимизатор 4, преобразователь 5, напряжения в частоту, блоки 6управляемой задержки, исполнительныйорган - силовой преобразователь 7,виброплощадку 8, Кроме того, на 15 фиг. 1 обозначено Ч 1, Ч 2 - сигналыдатчиков вибрации; Чс - выходной сиг;нал сумматора; А - выходной сигналблока вычисления амплитуды 01, 020 1 - выходные сигналы оптимизатора; 1.1 - выходной сигнал преобразователя напряжения в частоту;, 1т- выходные сигналы блоков уйравляемой задержки; Г, Г,Г силовые воздействия. Устройствопсодержит также формирователь 9 сигнала производной, пороговые генераторы 10 триггеры 11со счетными входами, интеграторы 12,ц,обьект 13 оптимизации. На фиг, 2 и 3обозначено 0 ВХ- выхорной сигнал фоРмирователя; Оо - опорный сигнал;0 - выходной сигнал генератора; 0 г -.гвыходной сигнал триггера. 50 3 9копеременный сигнал виброперемещения в сигнал, являющийся критериемкачества для автоматического оптимизатора. Блок формированного выходана экстремум позволяет производитьширотно-импульсную модуляцию выходного сигнала логического элемента,цем обеспечивается увеличение среднего значения скорости изменениявыходной величины исполнительногоустройства едали от экстремума иуменьшение скорости по мере приближения к экстремуму 2 1.Недостатком известного устройства является максимизация интенсивности колебаний лишь в одной точке рабочего органа, что приводит к снижению точности равномерного распределения амплитуд колебаний по поверхности рабочего органа и неравномерному уплотнению бетонной смеси, Недостаток устройства объясняется тем,что критерием качества вибрационного режима является амплитуда виброперемещений, измеряемых датчиком.вибрации лишь в одной точке виброплощадки, и невозможностью раздельного управления силовыми воздействиями в случае нескольких вибровозбудителей.Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения устройства,Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее первыйвибродатцик, блок выделения огибающей и исполнительный орган, введены последовательно соединенные второй вибродатчик и сумматор, последовательно соединенные оптимизатори преобразователь напряжения в частоту, а также блоки задержки, первые входы которых подключены к соответствующим вторым выходам оптимизатора, а вторые входы - к выходупреобразователя напряжения в частоту, второй вход сумматора связанс выходом первого вибродатчика, авыход - с входом блока выделения огибающей, выходом подключенного к входу оптимизатора, причем выходы преобразователя напряжения в частотуи блоков задержки соединены с соответствующими входами исполнительного органа, а вибродатцики установлены в противоположных углах виброплощадки.На фиг. 1 изображена блок-схемаустройства;.на фиг. 2 - функциональ. Виброперемещение каждой точкижесткой виброплошадки определяется пофоомулеЧ (1,х,у)=Е(й)+ Ч (х-)ф М) (у-у,),где 2(с) - вертикальное поступательное перемещение;ЧЩУИ 1 - углы поворота относительно продольной и поперечной осей;х,у - координаты точки в прямоугольной системе коор 45динат, начало которойсовпадает с одним изуглов .виброплощадки;хд,уо- координаты центра тяжести;время,Основную гармонику виброперемещения Ч(,х,у) как сумму синусоид выразим следующим образом:Ч(й,х,у)=а(х,у) ып ьо с,где ы - частота колебаний;о 1 Х,М)(- амплитуда.Интегральный критерий интенсивности колебаний, учитывая малость из987597 ХМ а (х,у 13 хйу 2 О О где 5менения частоты в резонансной зоне,примет следующий вид: где х, у - длина и ширина виброплощадки,О определяет сумму квадратов амплитуд по всем точкам виброплощадки и хакрактеризует суммарную интенсив" ность колебаний. Интегральный критерий равномерности распределения амплитуд колебаний Р имеет вид: Х УР=- б-а(х,уЦ йхсЬ, О О ХУ1О= О 1 (х,У)ЫХ дУ.Х00 Р характеризует распределение амплитуд колебаний по поверхности виброплощадки, так как является интеграломквадрата разности между средним значением а по всей поверхности и значением а в точке (х,у), Р неположителен и в случае равномерного распре-,деления достигает максимума равного0, так как при этом а(х,у)=сопят.При распределении амплитуд, отличномот равномерного (меньше 0 ), Р определяет интегральную ошибку равномерного распределения,Критерий качества 5 выбираем ввиде суммы5=О+Ри после преобразования получим ний в двух противоположных углах виброплощадки.Система автоматической оптимизации работает следующим образом 1 фиг 3)Пороговый генератор 10 представляет собой интегратор со сбросом,последовательно соединенный с пороговым элементом ПЭ, Частота выходных импульсов блока 10 пропорцио нальна сумме сигналов Оо и Ох. Пос"- ле срабатывания ПЭ конденсатор С1разряжается через управляемый ключК, и интегратор возвращается в ис"ходное состояние. Импульс с выхода 15 блока 10 замыкает ключ и одновременно перебрасывает триггер 11 вновое состояние, Напряжение О натвыходе триггера принимает значения+ Ц. Выходной сигнал блока 11 пос тупает на вход интегратора 12, формирующего управляющее воздействиеО. На выходе объекта 13 имеет вели"чину О, которая поступает на входформирователя 9. Формирователь 9 пред назначен для фильтрации постояннойсоставляющей выходного сигнала объекта и создания необходимого для ра" .боты системы фазового сдвига,Он выполнен в виде дифференциатора с коэф- зО фициентом усиления рд,. Пусть в начальный момент времени С ОО и ОО Э=-О , Выходная величина объекта Опри этом уменьшается и ОВХ 0. О О вы"бирается из условия ООЪ 1 О 1 и О +ОЬХ О 9 Хвсегда больше О, В момент временина выходе блока 10 формируетсяимпульс, перебрасывающий триггер 11в новое состояние и От = О . В ре".713зультате этого О меняет знак, Вмомент сг формируется новый импульсна выходе блока 10. Разность й1, Обольше йг- й 1, так как О в + О в8 Х Опервом случае меньше, чем во втором.За время й- йо, называемое периодомпробного воздействия, О увеличивает: хУсР: -Ц 1(о О)+с (Х,УЦ: - " "хч а 1,Х,о)+с (0 ЪЦ Сумма а с точностью до знака есть амплитуда А сумарного сигнала в двух противоположных угловых точках виброплощадки. Следовательно. ху Аг4Так как х, у = солей то максимизация Аобеспечивает максимизацию 5, В качестве критерия качества. виброплощадки достаточно взять амплитуду суммарного сигнала виброперемеще"е св нв величину е еи (В Е и) и Ъ 2 приближается к экстремуму. Изменение О за период пробного воздействия определяется величиной - Я- и после окончания процесса поисКа стайЦ новится равным 0 Система переходит в режим автоколебаний около экстремального значения О . При поиске максимума отпадает необходимость в инверторе формирователя 9, и работа системы полностью аналогична. Иногогде И(,Ш) - передаточная функциялинейной части объектаоптимизации; 20 Р(М= ке И(1 цйД; дш.,= О;-ц, И; =;25(и;,Ч;,Ь - соответственно частота,1начальная фаза и амплитуда пробного воздействия -го канала;У - сдвиг фаз в линейнойчасти объекта оптимизации.Средние значения каждой из координат изменяются согласно градиенту экстремальной характеристики объекта.Устройство автоматического управления жесткой виброплощадкой (фиг.1) работает следующим образом.В начаЛьный момент времени частота импульсов выходного сигнала Ф, преобразователя 5 напряжения в частоту пропорциональна величине входного сигнала и определяется начальным значением напряжения О, на первом выходе оптимизатора 4. Импульсы"1 с выхода блока 5 поступают на соответствующие вторые входы (М) блоков 6 .задержки. На первые входы блоков 6 поступают сигналы соответственно О , О ,О,1 остальных (Й) выходов ойтимйзатора 4, Каждый блок управляемой задержки состоит из К-триггера, выполняющего функцию расширителя им 55 .пульсов, генератора линейно изменяющегося напряжения и сравнивающего устройства, одновременно являющегося формирователем выходного сиг 9875 канальный оптимизатор (фиг.2) отличается одновременным функционированием Й каналов из пороговых генераторов 16, триггеров 11 и интеграторов 12. Периоды пробных воздействий 5 по каждому из каналов выбираются раз" личными. Уравнения для изменений средних значений управляющих воздействий выходных сигналов оптимизатора определяются по формулеИ, ц. н2"ОМрйй2 Ф15Ьчи 1 - хсоььш 1-ачя,нала. Второй вход блока является 1-входом триггера, а первый - вторым входом устройства сравнения, на первый вход которого поступает выходной сигнал генератора линейно изме-. няющегося напряжения, входным сигналом которого является выходное напряжение 1 К-триггера. Выходной импульс блока, поступающий на К-вход триггера, перебрасывает его в ис:ходное состояние. Выходные импульсы блоков 6 имеют одинаковую частоту равйую частоте сигнала Г 1, и запаздывают на величины времени, пропорциональные сигналам, поступающим на первые входы блоков 6. Задержки им. пульсов в начальный момент определяются начальными напряжениями О, О,, О, Начальные напряжения на выходах оптимизатора 4 не имеют принципиального значения для работы системы, так как оптимизатор обеспечивает поиск экстремума входного сигнала во всем диапазоне изменений выходных наяряжений. Сигналы Г, Г, , т поступают на соответствующие входы силового преобразователя 7 виброплощадки, преобразующего М входных последовательностей входных импульсов в периодические силовые воздействия Г 1, Г.Г с частотой и сдвигами фаз, ойределяемыми О О 2,О,. В качестве силового преобразователя 7 может быть, например, тиристорный блок питания электромагнитных вибровозбудителей, Силовые воздействия при неизменных О О Ол определяются следующим образом с учетом малости изменения частоты в резонансной области:1= СВп (О 1+)Г: С 51 п(О 1 + ф +О );2.= 51 ц в 1 где С; - амплитуда 1-го силового воздействия;В сдвиг фаз, вносимый преобразователем.Силовые воздействия вызывают вынужденные колебания виброплощадки 8, которые преобразуются вибродатчиками 1, установленными на противоположных углах виброплощадки, в периодические знакопеременные сигналы У, Ч,2. Преобразователь напряжения в частоту, блоки управляемой задержки, силовой преобразователь, виброплощадка вместе с датчиками вибрации и сумматор вместе с блоком вычисления амплиту-ды являются объектом оптимизации дляавтоматического оптимизатора 4. Сигналы Ч и Ч поступают на сумматор 2, выходной сигнал которого Ч есть знакопеременный периодический сигнал, поступающий на вход блока 3 вы деления огибающей. Выходной сигнал Р блока 3 пропорционален амплитуде суммарного виброперемещения. Блоки 2 и 3 являются формирователями критерия качества для оптимизатора 4. Наибольшая частота пробных воздействий оптимизатора выбирается заведомо много меньшей частоты колебаний виброплощадки. Оптимизатор 4 осуществляет непрерывные пробные измене ния напряжений на всех И выходах одновременно с различными частотами. Пробные изменения О 1, О, О преобразуются блоками 5 и 6 и силовым преобразователем в изменения частоты 20 и сдвигов фаз силовых воздействийПри этом изменяется частота и амплитуды колебаний в угловых точках виброплощадки 8, что фиксируется датчиками 1. В результате этого изменяется сигнал А. Под воздействием непрерывных изменений О, 02О 1 величина А изменяется согласно градиенту экстремальной характеристикой объекта оптимизации, 30 т.е, скорость изменения выходного сигнала оптимизатора пропорциональна частной производной экстремальной характеристики о этому сигналу1 а направление изменения соответствует увеличению Я. Сигнал А возрастает до тех пор, пока не будет достигнута окрестность максимума экстремальной характеристики, после чего в системе возникают колебания, не 4 о выходящие за пределы этой окрестности. Так как оптимизация А обеспечивает максимизацию критерия качества 5, то таким образом обеспечивается поиСк и поддержание критерия Ь на 45 максимальном уровне.Оптимизация критерия, являющегося суммой показателя .интенсивности колебаний и равномерности распределения амплитуд колебаний, при помощи общего управления частотой и раздельного управления сдвигами фаз силовых воздействий виброплощадки позволяет производить поиск и поддерживать колебания виброплощадки с большей суммарной мощностью и меньшей ошибкой равномерного распределения амплитуд колебаний, что в конечном счете повышает равномерность уплотнения бетонной смеси.Использование устройства возможно для управления виброплощадками, не шляющимися абсолютно жесткими при собственных частотах изгибных коле" баний, превышающих частоту силовых воздействий, так как при этом изгиб- ными колебаниями можно пренебречь.Применение предлагаемого устройства управления особенно целесообразно для виброплощадки с несимметричными относительно центра тяжести и изменяющимися параметрами, при этом коэффициент неравномерности амплитуд ко" лебаний, равный отношению разности между максимальным и минимальным зна" чением к среднему значению амплитуды, может быть уменьшен в 1,5-2 раза, а интенсивность колебаний увеличена в 1,2-1,5 раза. формула изобретенияУстройство для регулирования колебаний виброплощадки, содержащее пер- .вый вибродатчик, блок выделения огибающей и исполнительный орган, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности и расширенияобласти его применения, оно содержитпоследовательно соединенные второйвибродатчик и сумматор, последовательно соединенные оптимизатор ипреобразователь напряжения в часто"ту, а также блоки задержки, первыевходы которых подключены к соответствующим вторым выходам оптимизатора,а вторые входы - к выходу преобразователя напряжения в частоту, второйвход сумматора связан с выходомпервого вибродатчика, а выход - свходом блока выделения огибающей,выходом подключенного к входу оптимизатора, причем выходы преобразователя напряжения в частоту и блоков задержки соединены с соответствующимивходами исполнительного органа, авибродатчики установлены в противоположных углах виброплощадки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 189475, кл. С 05 0 12/02, 1966.2. Авторское свидетельство СССРЮ 1 270041, кл. С 05 0 19/02 1970987597 авитель Л. ЦаллаговаЖ.Кастелевич Корректор Н. Ко эктор Л.Филь е ПодписноСР аказ 10302/36 Тираж 872 ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна