Устройство для управления вибровозбудителем

Устройство для управления вибровозбудителем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ:М, содержащее последовательно соединенные суммирующий блок и усилитель мощности, выход которого подключен к входу вибровозбудителя . Датчик положения подвижной части вибровозбудителя, связанный выходом через первый усилитель с первым входом суммирующего блока и с входом блока дифференцирования , первый выход которого подключен к второму входу суммирующего блока, а второй выход - к первому входу блока перемножения, соед;иненного выходом с третьим входом суммирующего блока, а также последовательно соединенные блок сравнения и второй усилитель, выход которого подключен к второму входу блока перемножения, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства , ОНО содержит функциональный преоб эазователь, включаю1ций в себя последовательно соединенные первый масштабный усилитель, первый нелинейный блок, коммутатор, второй масштабный усилитель, а также второй нелинейный блок, вход которого связан с выходом первого масштабного , а выход - с BTojibiM входом коммутатора, причем выход (Л датчика положения соединен с входом первого масштабного усилителя функционального преобразователя, второй выход блока дифференцирования подключен к управляющему входу коммутатора функциона;и5ного преобразователя и к первому входу блока срав нения, второй вх1:.д которого связан а с выходом второго масштабного ycHJnfсо о со теля функционального преобразователя .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 05 0 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ теля.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3711149/24-24 (22) 13.01.84 (46) 30,08.85.Бюл,1« - 32 (7 2) Г, Н. Голодных, А. С . В ос трико в и В.С.Крапивин (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 986509, кл. В 06 В 3/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1061413, кл. Н 02 Р 7/62, 1983. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДДЯ УПРАВЛЕН1Л

ВИБРОБОЗБУДИТЕЛЕ11, содержащее последовательно соединенные суммирую" щий блок и усилитель мощности, выход которого подключен к входу виб— ровозбудителя, датчик положения подвижной части вибровозбудителя, связанный выходом через первый усилитель с первым входом суммирующего блока и с входом блока дифференцирования, первый «зыход которого подключен к второму входу суммирующего блока, а второй выход — к перному входу блока перемножения, соеди-. ненного выходом с третьим входом

„„SU„„17 ЗО9 А суммирующего блока, а также последовательно соединенные блок сраввторой торого подключен к второму входу блока перемножения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, оно содержит функциональный преобразователь, включающий в себя последовательно соединенные первый масштабный усилитель, первый нелинейный блок, коммутатор, второй масштабный усилитель, а также второй нелинейный блок, вход которого связан с выходом первого масштабного ус илителя, а выход — с н то рым входом коммутатора, причем выход датчика положения соединен с входом первого масштабного усилителя функционального преобразователя, второй выход блока дифференцирования подключен к управляющему нходу коммутатора функционального преобразователя и к перному входу блока срав— нения, второй вхс,д которого связан с выходом второго масштабного усилителя функционального преобразова!!И 309

Изобретение относится к виброиспытаниям и может .быть использовано для управЛения электродинамическими, электрогидравлическими или электромагнитными вибронозбудителями. 5

Цель изобретения - расширение области применения устройства.

На фиг. 1 изображена функциональ!

О ная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — графики процессов на выходе датчика положения подвижной части вибровозбудителя; на фиг. 3 — зависимости, реализуемые нелинейными блоками и соответствующие процессам на фиг.2; на Фиг. 4 — принципиальная схема одного иэ вариантов выполнения блока дифференцирования.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные суммирующий блок 1 и усилитель.2 мощности, выход которого подключен к входу вибронозбудителя 3. Выход датчика 4 положения подвижной части нибронозбудителя 3 подсоединен к входу блока 5 дифференцирования, через первый усилитель 6 — к второму входу суммирующего блока 1 и через первый масштабный усилитель 7 — к входам нелинейных блоков 8 и 9, Выходы бло- З0 кон 8 и 9 через последовательно соединенные коммутатор О и второй масштабный усилитель 11 подключены к входу блока 12 сравнения. Первый выход блока 5 дифференцирования подсоеди- 3g. нен к первому входу суммирующего бло-. ка 1, второй выход блока 5 подключен к второму входу блока 12 сравнения, первому входу блока 13 перемножения и к управляющему входу коммутато- 40 ра 10, Выход блока 12 сравнения через второй усилитель 14 подключен к второму входу блока 13, выход которого подсоединен к третьему входу суммирующего блока 1. Блоки 7-11 45 структурно объединены н.функциональ— ный блок 15 °

В качестве датчика 4 положения может быть использован любой серийно выпускаемый датчик линейного 50 перемещения, например типа ДЛП-1, Блок 5 диЛФеренциронания может быть выполнен в виде двух блоков датчика скорости и датчика ускорения, либо в виде дифференцирующего фильт- 55 ра (Фиг.4), осуществляющего решение дифференциального уравнения,ц у +

+ 1,4 ру + у-= x(t), где у, у, у— оценки соответственно %, х, х;

P — постоянная времени.

При выборе,и (0,1о „, гдеи!...,„„ максимальная воспроизводимая частота, динамика дифференцирующего фильтра мало сказывается на динамике всей системы и можно считать х у, R у.

Нелинейные блоки 8 и 9 могут быть реализованы на диодных ячейках методом кусочно-линейной аппроксимации, либо использованы стандартные, например БН-3А (от аналоговой вычислительной машины 1ЧНЕ-1).

Коммутатор 10 может быть выполнен на базе компаратора типа 521САЗ, нагрузкой которого является электромагнитное реле с переключающими контактами, При этом один вход компаратора является управляющим входом коммутатора, на второй вход компаратора подан нулевой потенциал, крайние контакты переключающей группы реле являются входами коммутатора, а средний (подвижный) контакт — его выходом, Коммутатор 10 подключает к входу усилителя » выход либо блока 8, либо блока 9 в зависимости от знака сигнала науправляющем входе, В предлагаемом устройстве реализовано управление по отклонению первой производной выходного сигна— ла датчика 4 положения от ее желаемого значения, формируемого Функциональным блоком 15.

Пусть, например, на выходе датчика 4 положения необходимо реализовать периодический процесс:

-t Т х = 1-е 0(t <- —

Т Т х = 1-е ---6t --- °

4 2

Т ЗТ х = — 1-е

2 4

3 1.

4 (1) где Т вЂ” период колебаний (кривая 1 на Фиг,? ) .

Процессу (1 ) соответствует кривая на Фазовой плоскости (х,х). Ее урав1 нение можно найти, продифференциронан (1 )по и освободившись затем от параметра : — х+! при х ) О, х 7 О; х =х l прих)0, х(0; х = -х — 1 при х <0 хсО; х„,= х+1 при х 0, х)0, (2) где х — желаемое значение производной х

1176309

При х = х, т,е. выполнении соотг фУ ношений (2 ), процесс на выходе датчика 4 положения будет желаемым.

Следовательно, для достижения поставленной цели предлагаемое устройство должно, начиная с некоторого момента времени (времени установления колебаний), обеспечить выполнение соотношений (2 ).

Введенный в устройство функцио- 10 нальный блок 15 вырабатывает х в соответствии с уравнениями (2).При этом кривая BCDGB (д кг.3 ), соответствующая уравнениям (2 ), доопределена при) х) ) 1 и реализована с помощьюдвух 15 нелинейных блоков 8 и 9, причем один из них, например блок 8, реализует зависимость FBCD)i (фиг.3), а второй (блок 9 ) — зависимость АВСРЕ. Коммутатор 10 обеспечивает поочередную 20 работу блоков 8 и 9„ причем при х ) О к выходу коммутатора 10 подключается выход блока 8, а при х (Π— выход блока 9. Масштабные усилители 7 и 11 введены с целью изменения масшта- 25 бов кривых, реализуемых блоками

8 и 9, что дает возможность регулировать амплитуду и частоту колебаний на выходе датчика 4 положения.

Кривые 1-3 на фиг.2 иллюстрируют изме- щ нение амплитуды и частоты колебаний при разных значениях коэффициентов передачи п „ и rn усилителей 7 и 11, Динамика вибровозбудителя 3 электродинамического или электромагнит- 35 ного типа может быть описана нелинейным дифференциальным уравнением третьего порядка: где х — выходная координата вибровоэбудителя (сигнал на выходе датчика 4 положения); х = (х, х, х ) — вектор состоя45 ния вибровозбудителя 3 ;

U — напряжение управления на

Входе вибровоз- 50 будителя 3; — нелинейная функция;

Ь) О, -Зависимость f u b ат 6 отражает Ы нестационарность характеристик вибро- возбудителя и нагрузки и действие возмущений.

В предлагаемом устройстве реализован следующий алгоритм управления; где 4 = (х ж — х) — выходной сигнал устройства 12 сравнения; о = коэффициент усиления усилителя 14;

p — коэффициент усиления усилителя 6; — коэффициент усиления усилителя ? мощности.

"Вырожденное" движение объекта (3! при управлении (4 ) и достаточно большом К описывается уравнением

Х вЂ” OC4 X+/ЗХ = О

При 4 ) О, т.е. нахождении изображающей точки системы внутри цикла

BCDGB (фиг.3), траектории системы (5) расходятся от начала координат, при 4(0 (изображающая точка вне цикла BCDGB ) — сходятся к началу координат. Следовательно, при любых начальных условиях траектории системы (5 ) сходятся к предел ному циклу

BCDGB, соответствующему заданному колебательному процессу. Величины коэффициентов о и ф определяют. характер процесса установления колебаний (колебательный, апериодический ) и его продолжительность.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить на выходе вибровозбу— дителя 3 периодические процессы

x(t) с ограниченными во величине производными х, х, х, причем производная х должна менять знак лишь два раза за период.

Таким образом, введение в устройство функционального блока 15, включающего масштабные усилители

7 и 11, нелинейные блоки 8 и 9 и коммутатор 10, и организация управления IIo отклонению первой производной сигнала датчика 4 положения от его желаемого значения позволяет сформировать на выходе вибровозбудителя 3 колебания заданной формы.

Этим достигается расширение функциональных возможностей устройства.

Устройство работает следующим образом.

Пусть н начальный момент времеI ни <(o)= хо у = у = 0 а выход усилителя 2 мощности отключен от входа вибровозбудителя 3. Б этом

1176309 случае на выходе усилителя 2 мощности формируется сигнал

0=-КРх где К - коэффициент усиления усилителя 2 мощности;, — коэффициент передачи усилителя 6.

После подключения выхода усилителя 2 мощности к входу вибровозбу- 10 дителя 3 подвижный элемент последнего приходит в движение, что влечет за собой изменение сигнала на выходе датчика 4 положения и появление сигналов., у, у на выходах 15 блока 5 дифференцирования. Изменяющийся сигнал с выхода датчика 4 через усилитель 7 поступает на входы блоков 8 и 9. Коммутатор 10 в зависимости от знака сигнала, посту- 20 лающего на его управляющий вход из блока 5, подключает к входу усилителя ll выход либо блока 8, либо блока 9. В результате на выходе усилителя 11 формируется сигнал, пропор- 25 циональный желаемому значению х первой производной сигнала х. Этот сиг- нал сравнивается в блоке 12 с поступающей иэ блока 5 оценкой у . действи— тельного значенияпроизводной Разност- "0 ный сигнал д с выхода блока 12 усиливается в g раз усилителем !4 и умножается блоком 13 на сигнал оценки, поступающий из блока 5. Сигналы о йЭ с выхода блока 13 перемножения, у с выхода блока 5, пропорциональный величине второй производной сигнала х, а также усиленный в в раз усилителем 6 сигнал х с выхода датчика 4 положения суммируются бло- g0 ком 1 и усиливаются далее по мощности блоком 2. В результате на выходе усилителя 2 мощности формируется следующий алгоритм управления:

U-1<(9- Û (õ „- ) у+рх) ., Как было показано, такой алгоритм управления обеспечивает стремление к нулю формируемой на выходе блока 12 разности между действительным и желаемым значениями первой производной сигнала х на выходе датчика 4 положения. По истечении времени, определяемого величинами коэффициентов с и а, подвижный элемент вибровозбудителя 3 будет совершать колебания заданной формы.

Наиболее эффективная работа предлагаемого устройства обеспечивается при использовании усилителя 2 мощности с релейной характеристикой.

В этом случае устройство будет рабо— тать в режиме скольжения, что позволяет эффективно парировать нестационарность характеристик вибровозбудителя и действие возмущений, а также повысить КПД устройства при одновременном снижении стоимости усилителя мощности.

Диапазон рабочих частот устройства может быть существенно расширен, если в качестве коммутатора 10 использовать интегральный коммутатор типа К590КН2 или подобный ему.

Выполнение усилителя 14 в ниде днухпозиционного реле дает возможность путем увеличения коэффициента передачи усилителя 6 уменьшить время установления колебаний на выходе нибровозбудителя 3.. 117б309

A(t)

0,5

0,5

I

=1

=05

Фиг.2

1176309

Фиг.З

Составитель Л.Цаллагова

Техред И. Асталош

Редактор M,Ïåòðîâà

Корректор Л,Бескид

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 5360/47 Тираж 863

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5