Устройство для регулирования колебаний виброплощадки

 

Союз Советских

Социалистических республик

ОП ИСАНИНА

ИЗОВРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и>987597 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 17. 04. 81 (21) 3278411/18-24 с присоединением заявки М (23) ПриоритетОпублнковано 07,01.83. Бюллетень М 1 (53)A%. Кл.

G 05 0 19/02

Гееудерстеанвй кемнтет

СССР

Ю Мелем езебретеннй и еткрытий (53) УДКб21.531 °. 7 (088. 8) Дата опубликования описания 07.01.83

А

3 „.

A. A. Шурупов 1

-„°

k

Ордена Ленина институт проблем управления (72) Автор изобретения

{71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ

ВИБРОПЛОЩАДКИ

Изобретение 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 о кого управления, в котором для обеспечения оптимального режима вибрации, когда амплитуда колебаний рабочего органа вибромашины, осуществляющего вибрационное воздействие на обраба15 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 1j.

Недостатком этого устройства является 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 зна87597

4 ная схема оптимизатора; на фиг. 3структурная схема одноканальной системы автоматической оптимизации, поясняющая работу оптимизатора в слу-, 5 чае поиска минимума критерия качества Q объекта оптимизации. .Устройство содержит вибродатчики

1, 1, сумматор 2,. блок 3 выделения огибающей, автоматический й-ка1в нальный оптимизатор 4, преобразователь 5. напряжения в частоту, блоки 6 управляемой задержки, исполнительный орган - силовой преобразователь 7, виброплощадку 8. Кроме того, на

1 фиг. 1 обозначено Ч„, Ч2 - сигналы датчиков вибрации; Vo — выходной сиг; нал сумматора; А - выходной сигнал блока вычисления амплитуды; U<, 0

0 1 - выходные сигналы оптимизатора; f< - выходной сигнал преобразователя напряжения в частоту;

1, 1,...,1 - выходные сигналы блоков уйравляемой задержки; F<, F>, --силовые воздействия. Устройство п содержит также формирователь 9 car нала производной, пороговые генераторы 10„,,„ триггеры 11 ы со счет" ными входами, интеграторы 12„,ц, объект 13 оптимизации. На фиг. 2 и 3 обозначено 08Х- выходной сигнал формирователя; 0 - опорный сигнал;

U - выходной сигнал генератора; 0 г -. г выходной сигнал триггера.

3 9 копеременный сигнал виброперемещения в сигнал, являющийся критерием качества для автоматического оптимизатора. Блок формированного выхода на экстремум позволяет производить широтно-импульсную модуляцию выходного сигнала логического элемента, чем обеспечивается увеличение среднего значения скорости изменения выходной величины исполнительного устройства вдали от экстремума и уменьшение скорости по мере приближения к экстремуму 52 ).

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 вибро перемещений, 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 первый вибродатчик, блок выделения огибающей и исполнительный орган, введены последовательно соединенные второй вибродатчик и сумматор, последовательно соединенные оптимизатор и преобразователь напряжения в частоту, а также блоки задержки, первые входы которых подключены к соответствующим вторым выходам оптимизатора, а вторые входы — к выходу преобразователя напряжения в частоту, второй вход сумматора связан с выходом первого вибродатчика, а выход - с входом блока выделения огибающей, выходом подключенного к входу оптимизатора, причем выходы преобразователя напряжения в частоту и блоков задержки соединены с соответствующими входами исполнительного органа, а вибродатчики установлены в противоположных углах виброплощадки.

На фиг ° 1 изображена блок-схема устройства;.на фиг. 2 - функциональВиброперемещение каждой точки жесткой виброплошадки определяется по фоомуле

V (t,x,y)=Z(t) + Ч()(х- ) Wt)(y-!,), где Z(t) - вертикальное поступательное перемещение;

Ч (ЦУ() - углы поворота относительно продольной и поперечной осей;

x,у — координаты точки в прямоугольной системе коор45 динат, начало которой совпадает с одним из углов .виброплощадки; хв,у - координаты центра тяжести; время.

Основную гармонику виброперемещения V(t,х,у) как сумму синусоид выразим следующим образом:

V(t,x,у)=а(х,у) sfn u) t, где - частота колебаний;

/of(Xp)) - амплитуда.

Интегральный критерий интенсивности колебаний, учитывая малость из987597

ХМ е (х,у) dxdy

О О где

5 менения частоты в резонансной зоне, примет следующий вид: где х, у - длина и ширина виброплощадки, U определяет сумму квадратов амплитуд по всем точкам виброплощадки и хакрактеризует суммарную интенсивность колебаний. Интегральный критерий равномерности распределения амплитуд колебаний Р имеет вид: х у (а-а(х,У1) ах Ь, О 0

ХУ

a= о1 (х,У) йх о1УХJ

Р характеризует распределение амплитуд колебаний по поверхности вибропло щадки, так как является интегралом квадрата 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 равного

О, так как при этом а(х,y)=const

При распределении амплитуд, отличном от равномерного (меньше О ), Р определяет интегральную ошибку равномерного распределения.

Критерий качества S выбираем в виде суммы

S =U P и после преобразования получим

S=xsca = —" (с1(00)+сЗ(х,У)) = — х ч gas(x,o)+

Сумма а с точностью до знака есть амплитуда А сумарного сигнала в двух противоположных угловых точках виброплощадки. Следовательно хУ А2

Так как х, у = const то максимизация

А обеспечивает максимизацию S, В качестве критерия качества. виброплощадки достаточно взять амплитуду суммарного сигнала виброперемещений в двух противоположных углах виброплощадки.

Система автоматической оптимизации работает следующим образом 1фиг. 3) .

Пороговый генератор 10 представляет собой интегратор со сбросом, последовательно соединенный с пороговым элементом ПЭ. Частота выходных импульсов блока 10 пропорцио1О нальна сумме сигналов 00 и 0 х. Пос- ле срабатывания ПЭ конденсатор С

1 разряжается через управляемый ключ

К, и интегратор возвращается в исходное состояние. Импульс с выхода

15 блока 10 замыкает ключ и одновременно перебрасывает триггер 11 в новое состояние. Напряжение U на т выходе триггера принимает значения

+ Ц„. Выходной сигнал блока 11 посто тупает на вход интегратора 12, формирующего управляющее воздействие

U, На выходе объекта 13 имеет вели" чину Q, которая поступает на вход формирователя 9. Формирователь 9 пред25 назначен для фильтрации постоянной составляющей выходного сигнала объекта и создания необходимого для ра- . боты системы фазового сдвига, Он выполнен в виде дифференциатора с коэф58 фициентом усиления р . Пусть в начальный момент времени t U < 0 u U

О Э

=-0 . Выходная величина объекта О при этом уменьшается и 0 x<0. Uв вы" бирается из условия 0в > 1 0+ 1и U +О

ЬХ 0 6Х всегда больше О. В момент времени на выходе блока 10 формируется импульс, перебрасывающий триггер,,11 в новое состояние и 0т = U . В ре". п1 зультате этого U „меняет знак. В момент t2 формируется новый импульс на выходе блока 10. Разность t

1, 0 больше t>- t1,,так как U + U в

8х 0 первом случае меньше, чем во втором.

За время t<- to, называемое периодом пробного воздействия, 0 увеличивает"ю си нв величину g < (q g g j u

Ъ 2 приближается к экстремуму. Изменение 0 за период пробного воздействия определяется величиной — Я- и после окончания процесса поисКа стаАЦ новится равным 0.. Система переходит в режим автоколебаний около экстремального значения 0 . При поиске максимума отпадает необходимость в инверторе формирователя 9, и работа системы полностью аналогична. Иногогде 14(, v) - передаточная Функция линейной части объекта оптимизации; 20

I (m)= е М(ЗАД аш = UI;-u). I

1j 1

6Ч; =Ч;-Ч5, 25 (и;,Ч ;,h — - соответственно частота, I начальная фаза и амплитуда пробного воздействия i-ro канала;

У1- сдвиг фаз в линейной части 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 f преобразователя напряжения в частоту пропорциональна величине входного сигнала и определяется начальным значением напряжения 0.1 на первом выходе оптимизатора 4. Импульсы"f с выхода блока поступают на соответствующие вторые входы (N-1) блоков

6 .задержки. На первые входы блоков

6 поступают сигналы соответственно

0, 0,...011 OCTBJlbHblX (Й-1) выходов ойтимйзатора 4. Каждый блок управляемой задержки состоит из IK-триггера, выполняющего функцию расширителя им55 .пульсов, генератора линейно изменяющегося напряжения и сравнивающего устройства, одновременно являющегося формирователем выходного сиг7 9875 канальный оптимизатор (фиг.2) отличается одновременным функционированием N каналов из пороговых генераторов 10., триггеров 11 и интеграторов 12. Периоды пробных воздействий 5 по каждому из каналов выбираются pas- личными. Уравнения для изменений средних значений управляющих воздействий выходных сигналов оптимизатора определяются по формуле

I И т1. Ц1. н

2 h.Ð (u)-) - %;к

М 2=1 й6

МФ, 15

i IФ(1пi )) — о х поп ппц- su> ivan/), нала. Второй вход блока является

I-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 IK-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 f<, и запаздывают на величины времени, пропорциональные сигналам, поступающим на первые входы блоков 6. Задержки импульсов в начальный момент определяются начальными напряжениями 02, 0,..., UN. 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 напряжений. Сигналы У„, Г, ...,1 „ поступают на соответствующие входы силового преобразователя 7 виброплощадки, преобразующего М входных последовательностей входных импульсов в пе1 риодические силовые воздействия Г.1, F,,......,,F< с частотой и сдвигами фаз, ойределяемыми 0.1, 0>,...U . В качестве силового преобразователя 7 может быть, например, тиристорный блок питания электромагнитных вибровозбудителей. Силовые воздействия при неизменных 0.1, 0<,..., 01,1определяются следующим образом с учетом малости изменения частоты в резонансной области:

F.= С„ВЪ (U t+ 1„);

Г » С 51п(0.1< + ф + 0 ) ф

12.

F = С@5!и (IJ < t t (и+ Н Д где С;- амплитуда i-ro 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„, V>. Преобразователь напряжения в частоту, блоки управляемой задержки, силовой преобразователь, виброплощадка вместе с датчиками вибрации и сумматор вместе с блоком вычисления амплитуды являются объектом оптимизации для

987597 10 автоматического оптимизатора 4. Сигналы Ч„ и l поступают на сумматор

2, выходной сигнал которого V есть знакопеременный периодический сигнал, поступающий на вход блока 3 выделения огибающей. Выходной сигнал A. 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- 15 ния напряжений на всех И выходах одновременно с различными частотами.

Пробные изменения 0.1, U, ...U< преобразуются блоками 5 и 6 и силовым преобразователем в изменения частоты и сдвигов фаз силовых воздействий

При 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

0„, 02,...,UN величина А изменяется согласно градиенту экстремальной характеристикой объекта оптимизации, 30 т.е. скорость изменения выходного сигнала оптимизатора пропорциональна частной производной экстремальной характеристики по этому сигналу

1 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 40 выходящие за пределы этой окрестности. Так как оптимизация А обеспечивает максимизацию критерия качест ва S, то таким образом обеспечивается поиск и поддержание критерия Ь на 4 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 изгибными колебаниями можно пренебречь.

Применение предлагаемого устройства управления особенно целесообразно для виброплощадки с несимметричными относительно центра тяжести и изменяющимися параметрами, при этом коэффициент неравномерности амплитуд колебаний, 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 изобретения

Устройство 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, с целью повышения точности и расширения области его применения, оно содержит последовательно соединенные второй вибродатчик и сумматор, последовательно соединенные оптимизатор и преобразователь напряжения в часто" ту, а также блоки задержки, первые входы которых подключены к соответствующим вторым выходам оптимизатора, а вторые входы - к выходу преобразователя напряжения в частоту, второй вход сумматора связан с выходом первого вибродатчика, а выход — с входом блока выделения огибающей, выходом подключенного к входу оптимизатора, причем выходы преобразователя напряжения в частоту и блоков задержки соединены с соответствующими входами исполнительного органа, а вибродатчики установлены в противоположных углах виброплощадки.

Источники информации, принятые во.внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

hà 189475 кл. G 05 D 12/02, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю1 270041, кл. G 05 0 19/0?, 1970 (прототип).

987597

Составитель Л. Цаллагова

Техред Ж.Кастелевич Корректор Н. Король

Редактор Л. Филь

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

Заказ 10302/36 Тираж 872, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Носква, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5