Устройство для регулирования виброколебаний

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ШБРОКОЛЁБАНИЙ, содержащее Задающий генератор, выходом подключенный к первому входу компрессора, послвдовательнр соединенные вибродатчик, аттенюатор, детектор и первый фапьтр низкой частоты, выход которого подключен к второму входу компрессора, а также усилитель мЬщности, выходом связанный с вибростендом о т л и ч а ю Щ е е с я тем, что, с пелью расширения динамического диапазона регулирования, оно содержит последовательно соединенные выпрямитель, второй фильтр низкой частоты и усилитель/ а также rt последовательно сое; инекнЁгх умножителей, причем выход компрессора подключен к входу выпрямителя и первому входу первого умножителя, выход усилителя сое (Л динен Cf вторш4и входами умножителей, а выхещ последнего умножителя подС ключен к зходу усилителя мощности.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) З(5)) - 05D 19 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗО6РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ч Е) („ "р

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3540921/18-24 . (22) 20 .12.82 (46) 30.04 84, Бюл. М 16 (72) В К.Белов, A.Л.Виноградов, О.М.Коломиец и В.И.Петухов (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 620.)78.5(088.8) (56) 1. Кузнецов A.A. Вибрационные.: испытания элементов и устройств ав томатики. М., Энергия, 1976, с.83.

2. Авторское свидетедьетво СССР

М 369444, кл. 6 05 9 19/02, 1970: (прототип).

З.Управляющий генератор типа 1026.

Описание и применение. Брюль и Къер, сентябрь, 1972, с..58. (54) (57) УСУРОИСТВО ДЛЯ PEKVJINPOBA

НИЯ ВИБРОКОЛ)."БАНИЙ, содержащее задающий генератор, выходом подключенный к первому входу компрессора, последовательно соединенные вибродатчик, аттенюатор, детектор и первый фнльтр низкой частоты, выход которого под;. ключен к второму входу компрессора, а также усилитель мбщности, выходом связанный с вибростендом, о т л Ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического. диапазона регулирования., оно содержит последовательно соединенные выпрямитель, второй Фильтр нивкой частоты и уси- . .литель,- а также A. последовательно соединенных умножителей, причем выход компрессора подключен к входу выпрямителя и первому входу перво- Я го умножителя, выход усилителя соединен с вторыми входами умножителей, а выхсщ последнего умножителя подключен к входу усилителя мощности.

1089556

Изобретение относится к вибраци- ра, а также усилитель мощности, выонной технике и предназначено для ходом связанный с вибростендом вве

I ( автоматизированных систем управления, дены последовательно соединенные установками синусоидальной и случай- выпрямитель, второй фильтр низкой ной вибрации. частоты и усилитель, а также н после. Известно устройство управления 5 довательно соединенных умножителей

Ф синусоидальными виброколебаниями, причем выход компрессора подключен содержащее генератор фиксированной к входу выпрямителя и первому входу частоты, усилитель с автоматической первого умножителя, выход усилителя

Регулировкой усиления (АРУ) смеси- соединен с вторыми входами умножитетель, генератор переменной частоты, )Q лей, а выход последнего умножителя фильтр низкой частоты, блок качания подключен к входу усилителя мощносчастоты, усилитель низкой частоты, ти. катодный повторитель, измерительный На фиг. 1 показана схема устройствибропреобразователь, согласующий ва управления уровнем колебательного усилитель, два интегратора, делитель 15 параметра электродинамической вибра;напряжения, усилитель, потенциометр, ционной установки в статическом режипарафазный усилитель, выпрямитель pi ) ме1 на фиг. 2 - регулировочная хаНедостатком известного устройства, рактеристика компрессора в децибелах; является то, что задание требуемого . на фиг. 3 — структурная схема нелиуровня вибрации осуществляется сме- нейного корректирующего звена; на щением рабочей точки по регулировоч- 20 фиг. 4 — структурная схема предлагаеной характеристике усилителя с АРУ мого устройства. с помощью потенциометра в обратной "- Устройство содержит компрессор 1, связи, т.е. за сМет уменьшения дина- аттенюатор 2 прямой цепи, объект 3 мического регулирования. управления, аттенюатор 4 обратной

Наиболее близким к предлагаемому 25 связи, умножитель 5, детектор 6, является устройство улравлеяия виера- фильтр 7 вивяой частоте, усилитель 8, испытаниями, которое содержит задаю- задающий генератор 9, компрессор 10, щий генератор, компрессор, сдвоен- умножители 11, объект 12, включающий ный потенциометрв управляемый от усилитель мощности вибростен в I д и ад чика программы, объект управ- 3() вибродатчик (не показаны), аттенюаления (усилитель мощности, вибра- тор 1.3, детектор 14, первый фильтр стенд вибродатчик), детектор с фильт- 15 низкой частоты, выпрямитель 16 ром низкой частоты 1. 1 час таты 1.2 1, второй фильтр 17 низкой частоты

Ю I

Недостатком такого устройства яв- и усилитель 18, ляется то, что изменение коэффициентаЗ5 В вибрационных установках для стабилизации колебательного параметра используются устройства автоматической регулировки усиления — компресглубины обратной связи сглаживается иль т сары, регулировочная характерис и ф ром с большой постоянной време- которых с достаточной ст т ка

40 епенью точни, то всякое возмущение в цепи пря- ности аппроксимируется выражением мой передачи подается на вход объек- (см.3). та, что может привести к толчкам и (М недопустимым перегрузкам испытуемого кй = () и (1) изделия. Предусматриваемое в задаю- где К ч — коэффициент передачи компщей аппаратуре устройства безопаснос-45 рессора; ти будет снимать сигнал возбуждения U — регулирующее напряжение; с объекта управления при каждом npe- Uz - значение U при единичном вышении скорости изменения уровня усилении регулирующей сигнала допустимых пределов безопасцепиу ности. Кроме того, практическая реа- 50 а — постоянная, обычно а 40. лизация аттенюатора прямой цепи с

Структурная схема устройства плавной регулировкой коэффициента УпРавлЕниЯ УРовнем колебательного усиления в широком диапазоне (не ме «параметра электроДинамической вибранее бр дБ) сопряжена со значительными Йционной установки в статическом ре технологическими трудностями и во жиме содержит К -компрессор с нелимногих случаях невозможна. нейной регулировочной характеристиЦель изобретения — расширение динамического диапазона регулирования.

Управления, описывающие статичеспоставленная цель достигается КИй РЕЖИМ ЗаМКНУтОГО КОНтУРа PeI yJIBтем, что в устройство, содержащее РованиЯ, значительно УпроЩаютсЯ задающий генератор, выходом по клю 60 .при переходе к логариФмическому масченный к первому входу компрессора штабУ. Относительно начального УРовпоСледовательно соедиФенные вибродат- ня Бб для регулировочной характерисчик, аттенюатор, детектор и первый тики компрессора в децибелах (фиг.2) фильтр низкой частоты, выход которого подключен к второму входу компрессоК, = —.aU (2) 1089556

Отсюда очевндно, что эффективный диапазон сжатия устройства зависит от. Уровня колебаний и будет уменьшаться с уменьшением требуемого уровня задания.

5 Уменьшение диапазона регулирования связано с тем, что при изменении глубины обратной связи происходит смещение рабочей точки по регулиро вочной характеристике компрессора. (p Действительно,для уровня регулирующе,го напряжения U,îïðåäåëÿþùåãî положение рабочей точки,при о(=0 из выражения (7) имеем

U = (1.(Ц) +Р) „ . (10) 15

Положение рабочей точки на характеристике компрессора при установке требуемого уровня возбуждения будет оставаться неизменным, если в выражении (7) исключить зависимость регулирующего напряжения от. глубины обратной связи. В устройстве (2) это достигается с помощью включения аттенюатора прямой цепи, коэффициент передачи которого изменяется по, закону о = -P . При этом уравнения (б) и (7) принимают вид (7) Зо

)1+а

Отсюда по-прежнему уровень колебательного параметра задается с помощью аттенюатора обратной связи (11), но смещение рабочей точки по харак.теристике компрессора не происходит (12) .

Из последнего выражения с учетом формулы (2) получим

Принимая во внимание, что, как правило, .а у 40, и используя (6), запишем 35 у (8) т.е. уровень колебаний У определяется глубиной обратной cases, а влияние изменения коэффициентов передачи и L(cd) на уровень вибрации снижается компрессором в (1+а) раз. Эффективный диапазон регулирования устройства определяется диапазоном изменения коэффициента передачи объекта управления L(cd), который может быть сжат устройством без смещения рабочей точки компрессора в область насыщения, где возможны периодичес» кие режимы и потеря устойчивости регулирования.

Проводим сравнительный анализ предлагаемого и известных устройств с точки зрения эффективного диапазона регулирования.

Для устройства (1) К=О и уровень вибрации в соответствии с (8) задается аттенюатором обратной связи.

Из выражения (5) найдем бО

УчитываЯу чт 3 УрОВень Входного сигнала постоянный, В децибелах относительно начальных значений, определенных при единичном усилении компрессора, имеем:

Е -аБ.„; (3)

Y = -aU +ц(+Ь(ы) р (4)

U= Y+Ð (5) где Б вЂ,уровень сигнала на выходе компрессора;

0 — уровень регулирующего напряжения;

Y — - уровень колебательного параметра на столе вибратора;

ot,L(uJ),ð --коэффициенты передачи . аттенюатора прямой цепи, объекта управления и ат.тенюатора обратной связи соответственно.

Объект управления включает усилитель мощности, вибратор, испытуемое изделие и вибропреобразователь.

После несложных преобразований из (4) и (5) получим

Р Й + 1 L() 1 . (6)

)+а 1+а 1+а"

U = (aL+ L(cd) + p)

1+а

Представив это значение в формулу (7) и учитывая (2), получим

Ь(иу ) = — Кч+ Y Y = — P+ а (ы); (11) 1

1+а ь{м) »- кур (13) т.е. эффективный диапазон регулирования устройства определяется диапазоном регулирования компрессора.

Однако в связи с тем, что при изменении. коэффициента передачи аттенюатора прямой цепи не исключена

;возможность появления возбуждающе-. го сигнала, задание уровня коле-. баний с помощью сдвоенного потенциометра в практике виброиспытаний не используется.

<В предлагаемом устройстве для расширения диапазона регулирования вмес то аттенюатора в прямой цепи используют нелинейное корректирующее звено с коэффициентом передачи

06 = у (Е) ", (14) где .у — коэффициент пропорциональности;

Е - постоянное напряжение, пропорциональное уровню сигнала на выходе компрессора;

n — - целое.

1089556

Техническая реализация функциональной зависимости (14) может быть представлена в виде последовательно соединенных умножителей, детектора, фильтра низкой частоты и усилителя. ,Цетектор,фильтр и усилитель обра- 5 вуют измерительную цепь.

Умножитель имеет значительно более низкий уровень шумов по сравнению а компрессором, который при малом коэффициенте передачи превращается .10 в источник высокочастотного шума.

Это обстоятельство позволяет получить иа выходе умножителя изменение сигнала в большем, чем у компрессора, диапазоне. 15

В децибелах, относительно уровня сигнала при единичном усилении компрессора, выражение (14) примет вид и Е 20 или, учитывая формулу (3), запишем а(= — anU (15) Подставив полученное выражение в формулу (7), найдем

Для уровня колебательного параметра Y можно записать

Х = Е+ о(+ L() или, принимая -во внимание (2) и (15) у = -a(n+l) U + Т. (Ю ) (17) 35

Совместное решение (16) и (17) дает а (и+1), 1

1+a(n+1) 1+a(n+1) 40 (» р (18) т.е. уровень колебаний обратно 45 пропорционален коэффициенту передачи аттенюатора обратной свяэц,. Сравнивая .Выражения (16) и (10), получим, что в предлагаемом устройстве смещениЕ рабочей точки по регулировочной 50 характеристике компрессора при уста-. нонке требуемого уровня вибрации путем изменения глубины обратной связи s (и+1) раз меньше, чем в известном, 55

Эффективный. диапазон регулирования устройства найдем из выражения (16), подставив в него зависимости (2) и (18)

L (cu) (-КС +Х) --пкч (19) 60 так как на практике У< К, то (.(й) -(1,К.

Из формул (9), (13) ° и (19) следует, что эффективный диапазон регу-. лирования устройства превышает диа- 65 пазоны регулирования известных уст-ройств не менее чем в и раз.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал возбуждения, формируемый задающим генератором 9, через компрессор 10 и нелинейное корректирующее звено, включающее последовательно соединенные умножители 11 и измерительную цепь, составленную из выпрямителя 16, фильтра 17 низкой частоты и усилителя 18, подается на объект 12 управления, возбуждая в нем механические колебания. Установка и стабилизация уровня колебательного параметра на выходе объекта осуществляется автоматической регулировкой коэффициента усиления компрессора 10 по цепи обратной связи, в.которой сигнал, снимаемый с выходе объекта 12, выпрямляется детектором 14, сглаживается фильтром 15 и подается, на управляющий вход компрессора 10. Глубина обратной связи определяется аттенюатором 13. Регулируется его коэффициент передачи, уста навливают требуемое вибрационное состояние объекта. Всякое изменение заданного колебательного параметра объекта вызывает пропорциональное изменение управляющего напряжения на входе компрессора и смещение его рабочей точки, а следовательно, коэффициента передачи и уровня выходного сигнала, который через нелинейное корректирующее звено возвра- щает объект в его прежнее состояние.

Коэффициент передачи корректирующего звена нелинейно зависит от амплитуды его входного сигнала. Зависимость имеет вид степенной функции и реализуется последовательным соединением умножителей 11, число которых определяется показателем степени.

В умножителях 11 сигнал возбуждения умножается на постоянное напряжение, пропорциональное его амплитуде-. Выделение амплитудного значения сигна . ла на выходе компрессора осуществляется измерительной цепью.

Изменение управляющего напряжения компрессора, обусловленное неравномерностью частотной характеристики объекта либо изменением глубины обратной. связи, приводит к смещению его рабочей точки по регулировочной характеристики. Это смещение фиксируется в измерительной цепи нелинейного корректирующего звена и вызыва-, ет изменение его коэффициента передачи в ту же сторону, что и.компрессора. При этом происходит перераспределение общего изменения коэффициента передачи прямой цепи, необходимого для компенсации отклонения уровня,колебаиий объекта, между компрессором и нелинейным корректирую1 1)8955Ь

65 Ь

pyg, 3

Составитель Л.Цаллагова

Редактор Н.Безродная Техред И.Метелева

Корректор И.Эрдейи

Заказ 293 44 Тираж 842

ВНИИПИ ГосударственноГо комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4l 5

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, щим звеном. За счет 3701о смещен::е рабочей точки компрессора по регулировочной характеристике уменьшается. Смещение будет тем меньше, чем большее число умножителей 11 установлено в нелинейном корректирую- 5 щем звене, т.е. величина смещения при определенном изменении уровня вибрации будет обратно пропорциональна показателю степенной функции, реализуемой корректирующим звеном,, 19 что равнозначно увеличению во столько же раз динамического диапазона регулирования.

Преимуществом предлагаемого устройства является то, что изменеФ ние коэффициента передачи прчм1я цепи происходит плавно, со с коростью, определяемой постоянной времени фильтров низкой частоты, соответствующий выбор параметров которых исключает возникновение толчков и перегрузок испытуемых изделий.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет по сравнению с известными существенно расширить ди- намический диапазон регулирования, являющийся одним из основных параметров устройств управления виброиспытаниями, определяющих .их качество и функциональные возможности