Устройство для управления вибровозбудителем
Иллюстрации
Реферат
УСТРОЙСТВО/ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОВОЗВУДИТЕЛЕМ, содержащее последовательно соединенные суммируниций усилитель, блок cpaвнeния усилитель сигнёша рассогласования и усилитель мощности, подключенный к выходу вибровозбудителя,а также интегрирующий усилитель, подключенный между выходом блока сравнения и вторым входом усилителя мощности, датчик перемещения подвижного элемента вибровозбудигеля , подключенный через блок дифференцирования ко второму входу блока сравнения, и задакшшй генератор с подключенным к его входам первым и вторым выходами блока управления,отличающееся тем, что, с целью расширения частотного рабочего диапазона и повышения быстродействия парирования возмущений , оно снабжено квадратором, первым и вторым блоками перемножения и суммирующим блоком, причем вход квадратора подключен к первого выходу блока управления, а выход через первый блок перемножения поцключен к первому входу суммирующего усилителя, ко второму входу которого подключен выход второго блока перемножения, входы которого подключены соответственно к первому выходу блока управления и второму выходу блока дифференцирования , при этом выход сумми (Л руквдего блока подключен ко второму входу первого блока перемножения, а его входы подключены соответственно к выходу задающего генератора, третьН ему выходу блока управления и выходу 2 датчика перемещения подвижного элемента вибровозбудителя. 1чэ О А 4
СООЭ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3349092/18-10 (22) 13. 10 .81 (46) 15. 04. 83. Бюл. 9 14 (72) В. С. Крапивин (53) 620 ° 178.5(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР
9 623585, кл. В 06 В 1/04, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3318453/18-10, кл. В 06 В 1/04, 1981. (54)(57) УСТРОИС1ВО,:ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ
ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕМ, содеРжащее последовательно соединенные суммирующий усилитель, блок сравнения усилитель сигнала рассогла=ования и усилитель мощности, подключенный к выходу вибровозбудителя, а также интегрирующий усилитель, подключенный между выходом блока сравнения и вторым входом усилителя мощности, датчик перемещения подвижного элемента вибровоэбудигеля, подключенный через блок дифференцирования ко второму входу блока сравнения, и задающий генератор с подключенным к его вхо„„SU„„1012064 А
3Ш С 01 М 7/00; В 06 В 1/04 дам первым и вторым выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного рабочего диапазона и повышения быстродействия парирования возмущений, оно снабжено квадратором, первым и вторым блоками перемножения и суммирующим блоком, причем вход квадратора подключен к первому выходу блока управления, а выход через первый блок перемножения подключен к первому входу суммирующего усилителя, ко второму входу которого подключен выход второго блока перемножения, входы которого подключены соответственно к первому выходу блока управления и второму выходу блока диффе- Е
Ф ренцирования, при этом выход сугегирующего блока подключен ко второму входу первого блока перемножения, а
его входы подключены соответственно С к выходу задающего генератора, треть ему выходу блоха управления и выходу Я датчика перемещения подвижного элемента вибровозбудителя. фивам, 1012064
Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в стендах для виброиспытаний различных приборов, узлов машин и других устройств.
Известно устройство для управления вибровозбудителем электродинамического типа, содержащее задающий генератор, подключенный к программному блоку, в соответствии с сигналами которого передаются на испытуемый fo объект усилия разных тестовых формЩ
Однако это устройство характеры= зуется невозможностью обеспечения заданной формы колебаний при наличии сигнальных и параметрических возмущений.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления вибровозбудителем, содержащее последователь- 2О но соединенные суммирующий усилитель, блок сравнения, усилитель сигнала рассогласования и усилитель мощности, подключенный к выходу вибровозбудителя, а также интегрирующий усилитель, подключенный между выходом блока сравнения и вторым входом усилителя мощности, датчик перемещения подвижного элемента вибровозбудителя, подключенный через блок дифференцирования ко второму входу блока сравнения, и задающий генератор с подключенным к его входам первым, вторым и третьим входами блока управления $2 ).
Недостатками известного устройст- З5 ва являются узкий частотный диапазон его работы и малое быстродействие парирования возмущений, вследствие того, что оно работает в режиме отслеживания заданных сигналов, пос- 40 тупающих с задающего генератора и блока управления в функции времени.
При этом инерционность блока дифференцирования должна быть по крайней мере в 300 раз меньше полупериода 45 колебаний, а.темп воспроизведения желаемого значения производной выходной величины на выходе суммирующего усилителя должен по крайней мере в 10 Раз превышать темп изменения задающего сигнала. Таким образом, для достаточно точного воспроизведения закона на выходе задающего генератора необходимо воспроизвести функцию производной выходной величины в 10 раз более высоком темпе.
Целью изобретения является расширение частотного рабочего диапазона и повышение, быстродействия парирования возмущений.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления вибровозбудителем, содержащее последовательно соединенные суммирующий усилитель, блок сравнения, усилите.ль сигнала рассогласования и усилитель 65 мощности, подключенный к выходу вибровозбудителя, а также интегрирующий усилитель, подключенный между выходом блока сравнения и вторым входом усилителя мощности, датчик перемещения подвижного элемента вибровозбудителя, подключенный через блок дифференцирования ко второму входу блока сравнения, и аадающий генератор с подключенным к его вхо дам первым и вторым выходами блока управления, снабжено квадратором, первым и вторым блоками перемножения и суммирующим блоком, причем вход квадратора подключен к первому выходу блока управления, а выход через первый блок перемножения подключен к первому входу суммирующего усилителя, ко второму входу которого подключен выход второго блока перемножения, входы которого подключены соответственно к первому выходу блока управления и второму выходу блока дифференцирования, при этом выход суммирующего блока подключен ко второму входу первого блока перемножения, а его входы подключены соответственно к выходу задающего генератора, третьему выходу блока управления и выходу датчика перемещения подвиж;ного элемента вибровозбудителя.
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 — осциллограммы сигнала на выходе суммирующего блока при отключенном датчике перемещения и выходного сигнала датчика перемещения.
Устройство содержит вибровозбудитель 1, последовательно соединенные блок 2 управления, квадратор 3, первый блок перемножения 4, суммирующий усилитель 5, блок сравнения
6, усилитель 7 сигнала рассогласования и усилитель мощности 8, подключенный к вибровозбудителю 1, интегрирующий усилитель 9,.включенный параллельно усилителю 7, задающий генератор 10, подключенный к первому и второму выходам блока 2 управления и ко входу суммирующего блока 11, подключенного к третьему выходу блока 2 управления, второму входу первого блока перемножения 4 и выходу датчика перемещения 12 подвижного элемента вибровозбудителя 1, блок дифференцирования 13, подключенный ко второму входу блока сравнения 6 и второму блоку перемножения 14, входы которого подключены к первому и второму выходам блока 2 управления, а выход подключен ко второму входу суммирующего усилителя 5.
Устройство работает следующим образом.
При появлении на выходе программного блока 2 задающих сигналов, воздействие последних на блоки 3-5, 10, 11 и 14 приводит к появлению
10120б4
Ф+эй=о, э=э(у х„)!.
nx„+v(x„,x„,ц=,(,)(„) С ) 15 или в нормальной форме х(= x2 ...x 2 = xg, x = (х.„xg x3)
«(v,х„)м — — "F(x„,õ ц=чсх,ц+ьсх,t)u, 20
25 (Хф= в зу (! !Х.!)ЭР+ — Г Х (вХ2)" (2)
- —" (=(Х„> Х,+), 8(X, )= — "F V((X„), выходная величина (координата перемещения подвижного 35 элемента вибровозбудителя 1); . потокосцепление, ток и активное сопротивление управляющей обмотки вибровозбудителя соответственно; 40 напряжение управления на выходе блока 81 масса подвижной части систеЬИ; внешние силовые воздействия 45 на подвижный элемент вибровозбудителяу тяговое усилие, воздействующее на подвижный элемент; время; где Х
9,.) !9 (х„,,цFate,X)50
8 с.)=„
aF,(V„X ) с,,„(!,к,)=
1
Зависимость Функций 9 и S oT t отражает наличие сигнальных -и параметрических возмущений.
В предлагаемом устройстве как ив известном реализуется принцип управления по вектору скорости с организацией высокочастотных автоколеба" ний в контуРе быстрых движений. 65 сигнала рассогласования h на выходе блока сравнения 6. Этот сигнал усиливается блоками 7, 8, 9 и поступает а вход вибровозбудителя 1. В результате этого возникает тяговое усилие, которое воздействует на подвижнй 5 элемент внбровозбудителя и приводит к его перемещению. Причем форма, частота и амплитуда колебательного движения Х„ вибровозбудителя задаюто ся блоками 2-6 и 10-14. 10
Во многих случаях дннамики вибровозбудителя описывается в общем .виде следующими уравнениями:
При этом желаемые динамические свой=тва всей системы в целом (устройства управления и вибровозбудителя) задаются следующими выражениями (фиг.2):
Х1 х2 I х!=х „=т (x а)-xÄj-т "га !», )(С+}=Х СЦ+Х )1+sign(sin w%))=)((1)+Хз, (3) .о
Хзг Х„, P+ sign (sin мюЦ) ! =С. Т =С„Е, w=23lf, т-2» С! -2 2
= „т,=С„Ю,,2ат =С2т =СК, периодический закон изменения предписанного значения выходной величины (на выходе блока 11 при отключенном датчике перемещения 12); сигнал на выходе задающего генератора 10; медленно меняющаяся составляющая заданного колебательного процесса на выходе программного блока 2; заданная амплитуда колебаний подвижного элемента вибровозбудителяу период и частота колебаний соответственноу желае!ые значения постоянной времени и коэффициента демпфирования соответственно1 постоянные коэффициенты. где Xo(t) ЗГ о
x„(t) Хо т,а—
С C .1 ю С-р
С= c =1 ; с =зь °
3 1 9
Для подчинения движения вйброэоэбудителя и всей системы в целом уравнениям (3) на выходе блока 8
Блоки 2 и 10 выполняют функции задатчиков амплитуды, частоты прямоугольных импульсов Х3 - а также
Зг медленно меняющейся составляющей колебательного процесса. Формирование желаемого значения X> (n- 1)-й проиэводной выходной величины, где n — по,рядок математической. моделя системы (2), обеспечивается блоками 2-5 и
)0-14 в соответствии с выражениями (3). Форма колебаний прежде всего определяется значениями коэффициен-! тов С., С, С>, Осциллограмма перемещения подвижного элемента вибро.возбудителя 1, представленная на фиг.2, иллюстрирует желаемый колебательиый процесс при следующих значениях коэффициентов
1012064
+К. U если Ь)д"
У foal
К К если Р14с (4) и 5 — К (/ если -Ь<-d, tTl
3» 3
О= Кв = К КУЬ In(q) - Х т(ВНИИПИ Заказ 2748/51 Тираж 871 Подписное
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 формируется следующий алгоритм управ-. ления где К вЂ” коэффициент передачи блока 8;
K — - коэффициент передачи усили- 0 теля 7; сигнал рассогласования (ошибки) на выходе блока б;
Фд - границы зоны линейности усилителя 7; 15
Щ
«+U — уровни ограничений на выходное напряжение усилителя 7.
Для реализации алгоритма управления вида (4) требуется осуществлять двукратное дифференцирование выходной величины. В качестве блока дифференцирования 13 удобно использовать схему быстродействующего дифференцирующего фильтра, построенного по принципу следящей системы с передаточной функцией вида
%,„(тР)=(РР +pS„P+1), (51 где,ц. — малый параметр, определяющий gp инерционность блока. С учетом (5) измеренные значения фазовых координат Х4, Х, Х определяется из выражений
Y. Х.(p Р +,иЬ„Р+1) ", (.e) Ç5
Если обеспечивается условие попада ния траекторий системы в зону, где действует линейный закон управления то при К 7 К„ в предлагаемом устройстве осуществляется движение в режиме высокочастотных актоколебаний, которое определяется уравнениями (3) и не зависит от возмущений и свойств собственно вибровозбудителя как объекта управления. Использование интегрирующего усилителя 9, включенного параллельно;усилителю 7, также как и в устройстве-прототипе, приводит к усилению свойства инвариантности предлагаемоГо устройства управления к возмущениям.
В отличие от известного устройства предлагаемое устройство работает че в режиме отслеживания временной программы Х (t) а в режиме отработки заданных переходных процессов, являющихся решением желаемого дифференциального уравнения
Это и приводит к повышению быстродействия устройства, расширению его рабочего частотного диапазона. Кроме того, в предлагаемом устройстве не требуется обеспечивать большой ре-, сурс управления. Достаточно выполнить условие
0 =(2-3)Uot где U — медленно меняющаяся составляющая высокочастотного автоколебательного процесса в контуре поддержания произ водной Х (контуре быстрых движений) .
В предложенном устройстве исполь- . зуется принцип управления по вектору скорости с организацией высокочастотных автоколебаний в контуре поддержания желаемого значения (и-1)-ой производной выходной величины.
Устройство при этом функционирует в режиме отработки заданных переходных процессов, а это и приводит к расширению рабочего частотного диапазона, повышению быстродействия парирования возмущений и уменьшению необходимого ресурса управления.