Устройство управления приводом балансировочного стенда Советский патент 1984 года по МПК G05B11/00 

Изобретение относится к устройствам для виброиспытаний и может быть применено в качестве задатчиков электроприводов постоянного тока балансировочных стендов. По основному авт св. № 1019396 известное устройство управления приводом балансировочного стенда,содержащее первый компаратор, последовательно соединенные задатчик первый резистор, операционный усилитель и интегратор, неинвертирующим выходом через второй резистор подключенный к входу операционного усилителя, второй компаратор, выкодом подключенный к управляющему входу первого ключа, выходом подключенного к управляющему входу регулируемого ограничителя, первым выводом соединенного с выходом операционного усилителя, датчик амплитудывибраций второй ключ и усилитель, первым входом подключенный к выходу датчика амплитуды вибраций и к первьлм входам первого и второго компараторов, а выходом - к сигнальному входу первого ключа, второй третий и четвертый выходы задатчика соединены с вторыми входами соответственно усилителя, первого и второго компараторок, выход первого компаратора соединен с управляющим входом второго ключа, соединенного первьм выводом регулируемого ограничителя, а вторым выводом - с входом оП5рационно1-о усилителя рЛ .

Недостатком известного устройсг ш является низкое быстрод ;йствие, 7г„е,длительное воздействие на исг.ытуемый объект повышенных вибраций при достижении приводом балансироаочного стенда заданной частоты вращения,расположенной вблизи резонансной об.ласти, что приводит к понижению надежности виброиспытаний,

Цель изобретения - повышение быстродействия путем сокращения времен воздействия повышенных вибраций на испытуемый элемент.

Указанная цель достигается тем, что в устройство управления приводом балансировочного стенда дополнительно установлены третий ключ 1 последовательно соединенный корректирующий блок, элемент И-НЕ и триггер, пр чем первый выход задатчика соединен с первым выводом первого резистора через третий ключ,, управляющим входом подключенный к выходу триг герг, установочным входом подключенного к пятому выходу задатчика, выход пер-вого компаратора соединен с вторым входом элемента И-НЕ, выход опергиги- онного усилителя соединен с входом нелинейного корректирующего блока.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эпюры выходных сигналов основных блоков устройства.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 компараторы, суг мирующий усилитель 3, усилитель 4, интегратор 5, задатчик 6, датчик 7 амплигуды вибраций, нелинейный корректирующий блок 8, элемент И-НЕ 9, триггер 10, первый 11, третий 12 и второй 13 ключи, регулируемый .ограничитель 14, первый 15 и второй 16 операционные усилители, первый 17, второй 18 и третий 19 резисторы, конденсатор 20, избирательный фильтр 21 усилитель-ограничитель 22 и выпрямитель 23. Приняты следующие обозначения; U; -выходной сигнал i-ro функционального блока; U - сигнал на J-OM выходе i-ro функционального блока; Uoi| - уровень постоянного ограничения в цепи обратной связи первого операционного усилителя 15,

В состав суммирующего усилителя 3 входят ключ 13, регулируемый ограничитель 14, операционный усилитель 15 и резисторы 17 и 18.

Нелинейный корректирующий блок 8 содержит избирательный фильтр 21, усилитель-ограничитель 22 и выпрямитель 23.

Избирательный фильтр 21 служит для выА,еления переменной составляющей сигнала, поступающего на его вход.

В состав интегратора 5 входят резистор 13, конденсатор 20 и операционный усилитель 16.

Устройство работает следующим образом.

Постоянные сигналы U, U

и,

в

гсачестве пороговых сигналов четверпороговых сигналов того третьего и второго выходов задатчи са б поступают яа вторые вхо0 г, ды соответственно второго 2 и перусилителя 4. вого 1 компараторов и Вел.нчины пороговых сигналов U, , U,

и, залатчика 6 устанавливаются в зависимостг-; от выбора максимального и минимальвюго значений амплитуды испытуемого объекта при соблюдении следующих условий;

..

та X J

значения ампЛ,аГ граничные

- ITli я литуды вибраций исследуемого объекта.

Перед Нслча.лом работы устройства триггер 10 устанавливают в нулевое сос-гояние. ДгЛЯ этой цели на устано:зочнь1й вход триггера 10 с пятого выхода задатчика 6 подается импульсный стрии.ательный сигнал , обеспечивающий переход триггера .10 в поло хе и-аэ О . При этом на выходе триггера 10 формируется сигнал U,(,, 0.

С г ервого выхода задатчика б на :тигг;альный вход ключа 12 подается постоянный сигнал задания U ., уровень tcoTOporo определяв частоту вращения, до которой осушествляется разгон привода балансировочного стенда (не показан). Сигнал U, пропорциональный амплитуде вибраций исследуемого объекта в аналоговой форме, поступает с выхода датчика 7 амплитуды вибраций.одновременно на первый вход усилителя 4, где сравнивается с пороговым сигналом задания U , по ступающим со второго выхода задатчик 6 на его второй вход и на первые . входы компараторов 1 и 2, где сравни вается соответственно с пороговыми сигналами заданий U, поступающими с третьего и четвертого выходов задатчика 6 на их вторые входы. При этом на выходе компаратора 1 сигнал устанавливается в соответствии с выражением: и, при и г Ug ; при и Ug, 7 где и - выходной сигнал компаратора 1; и - выходной сигнал датчика 7 амплитуды вибраций. На выходе компаратора 2 сигнал из меняется с выражением Ги при и и ; /. О при U7 и , где U2 - уровень выходного сигнала компаратора 2; Uj - выходной сигнал датчика 7 амплитуды вибраций. На выходе усилителя 4 сигнал изме няется в соответствии с формулой U4 К Ufe- U7 , где К л - коэффициент передачи усил теля 4 . Перед началом разгона привода ба лансировочного стенда при отсутствии сигналов на выходах компараторов 1 и 2 и установлении триггера 10 в нуле вое состояние первый ключ 11 разомк нут, второй 12 и третий 13 ключи зам нуты, на выходе логического элемента И-НЕ 9 присутствует сигнал . Сигнал задания U/ частоты вращения балансировочного стенда привода с первого выхода задатчика 6 через замкнутый второй ключ 12 подается н первый вход суммирующего усилителя 3, являющийся одновременно инвертирующим входом первого операционного усилителя 15, который работает в ре жиме регулируемого ограничения, так как в цепь обратной связи первого операционного усилителя 15 с помощь замкнутого ключа 13 включается регу лируемый ограничитель 14, представляющий собой устройство с нелинейными элементами (например, диодную мостовую схему сравнения), изменяющее общее сопротивление цепи обратной связи R операционного усилителя 15 в зайис имости от соотношения величин выходного сигнала И(операционного усилителя 15 и ыходного сигнала Uj, первого ключ-а 1, в соответствии с выражением де ROC - сопротивление цепи обратной вязи первого операционного усилиеля 15; сопротивление шунтирующих цепей нелинейных элементов;уровень постоянного ограничения в цепи обратной связи первого операционного усилителя 15. При этом величина выходного сигала суммирующего усилитель 3 опрееляется в соответств с выражением Г-К, ( UyO, если и,5 . и„ , , если U,, Ujij const, если и,5 ugu при отсутствии и , -коэффициент передачи операционного усилителя 15; -выходное напряжение интегратора 5; -уровень постоянного ограничения в цепи обратной связи первого операционного усили теля 15. Как только сигнал задания 4J поступает на первый вход суммирующего усилителя 3, он переводит его в режим ограничения с положительной или отрицательной величиной выходного сигнала в зависимости от направления вращения или режима работы привода балансировочного стенда (разгон или торможение). Выходной сигнал из суммирующего усилителя 3 интегрируется интегратором 5 с парафазньоми выходами, и привод балансировочного стенда разгоняется. Пока выходной сигнал 5 интегратора 5 не достиг уровня сигнала задания U, поступающего через замкнутый ключ 12 с первого выхода задатчика 6, обратная связь суммирующего усилителя 3, сигнал которого поступает на его второй вход, являющийся вторым суммирующим входом операционного усилителя 15, блокирована. При этом выходной сигнал из суммирующего усилителя 3 определяется установкой регулируемого ограничителя 14, включенного через замкнутый ключ 13 в цепь обратной связи первого операционного усилителя 15. В этот момент времени сигнал Ug на выходе нелинейного корректирующего блока 8 отсутствует, так как постоянный сигнал из суммирующего усилителя 3 на вход усилителя-ограничителя 22 не проходит через избирательный фильтр 21, представляющий собой, например, разделительную цепь,

выполненную в виде разделительного конденсатора.

При работе привода балансировочного стенда вне области резонансных частот, характеризующейся мальем уровнем выходного сигнала U датчика 7 амплитуды вибраций, пропСрциональныГД амплитуде исследуемого объекта и соответствующим условию , сигнал на выходе второго компаратора 2 отсутствует, т.е. . В это время первый ключи разомкнут и сигнал выхода усилителя 4 не проходит на третий вход суммирующего усилителя 3, который является одновременно управляющим входом регулируемого ограничителя 14. При этом выходной сигнал Ug суммирующего усилителя 3 определяется первоначальной установкой tJ(,ij регулируемого- ограничителя 14 Сигнал на выходе интегратора 5 изменяется по линейному закону в соответствии с выражением

5 - i - ij

где Т - постоянная времени интегрирования интегратора 5; Up,. - уровень постоянного ограничения в цепи обратной связ операционного усилителя 15 1Время интегрирования t интегратора 5, а следовательно, темп раз-гона привода балансировочного стенда может регулироваться изменением величины уровня постоянного ограничения U(ju в цепи обратной связи операционного усилителя 15. Как только выходной сигнал Од . интегратора 5 достигнет уровня сиг нала задания U е первого выхода задатчика б, то вследствие того, что интегратор 5 и суммирующий усилитель 3 охвачены отрицательной обратной связью с коэффициентом передачи, равным 1, процесс ,интегриров.-ния в интеграторе 5 прекращается. Привод балансировочного стенда вращается .с -постоянной частотой в соответствии с сигналом задания Ug .

В этот момент на выходе суммирую-, щего усилителя 3 появляется переменный, сигнал Uj с частотой и амплитудой, определяемыми настроечныЕ 1и параметрами операционного усилителя 15, регулируемого ограничителя 14 и янте ратора 5,,который через избирательны фильтр 21, вход которого является вхдом нелинейного корректирующего блок 8, поступает на вход усилителя-огран чителя 22, где усиливается до определенного уровня, поддерживаемого постоянным. Переменный сигнал с постоянной амплитудой с выхода усилителя-ограничителя 22 поступает на вход выпрямителя 23, представляющего собой блок выделения модуля со сглаживающим фильтром, в котором переменный сигнал преобразуется в постоянный логический сигнал .

Таким образом, при достижении равенства сигналов U U на выходе нелинейного корректирующего блока 8 появится постоянный логический сигнал , который поступает па один из входов элемента И-НЕ 9. Однако на выходе элемента И-НЕ 9 логическйй сигнал не изменяется, так как на его другой вход с выхода первого компаратора 1 приходит логический

О

сигнал

При исчезновении сигнала задания и с первого входа суммирующего усилителя 3 или снижения его уровня привод балансировочного стенда переходит в режим торможения. При этом .выходной сигнал из суммирующего усилителя 3 под действием сигнала своей обратной связи меняет свой знак. Это приводит к снижению уровня выходного сигнала Uc интегратора 5 или его неизменной полярности на время торможения.

При работе привода балансировочного стенда на рабочих частотах вблизи резонансной зоны исследуемого объекта, .как только амплитуда выбраций объекта превысит уровень сигнала и, определяемый установкой задатчика б, срабатывает компара ор 2, ВЫ.ХОДНОЙ сигнал Ug которого замыкает первый ключ 11, и на третий вход суммирующего усилителя 3 с вы.хода усилителя 4 поступает сигнал 0ц ограничивающий выходной сигнал суммирующего усилителя 3, который изменяется в соответствии с выражением.

и, а,, K,{u| Ufj ,

Темп нарастания выходного сигнала интегра-гора 5 при этом, снижается в соответствии с формулой

-к,К- т I

и

вызывая замедление разгона привода балансировочного стенда.

Так как в зоне рабочих частот исследуемого объекта выполняется условие Uf (t)-. . то разгон привода балансировочного стенда до заданной частоты вращения и врапдение .с постоянной частотой в соответствии задаюа.им сигналом Ug происходит при отСУТСТВ.ИИ сигнала О,; на выходе первого компаратора 1. Сигнал на выходе элемента И-НЕ 9 в это время не | еняется.

При работе привода балансировочно5го стенда на резонансных частотах, сопровождающихся првышенным уровнем амплитуды вибраций, превышающим уровень сигнала U., определяющий допустимый уровень безопасных вибраций, срабатывает первый компаратор 1. На его выходе появляется сигнал U, который, воздействуя на четвертый вход cwvn.iHpymmero усилителя 3; являющийся одновременно управляющим входом ключа 13, переводитего в режим насыщения, так как вэто время разрывается цепь обратнойсвязи операционного усилителя 15.

Темп нарастания выходного сигнала и интегратора Ьпри этом значительно увеличиваетсяв соответствии с выражением

5 -ич ,

Т

где Uy - выходной сигнал суммирующего усилителя 3 в режиме насыщения, т.е. работающего в режиме компаратора (U,,Uo,j ), вызывая резкое ускорение разгона привода балансировочного стенда по линейному закону.

В соответствии с требованиями технологии испытаний объекта выбор максимальной рабочей частоты вращения, соответствующей уровню сигнала задания U , до которой происходит разгон привода балансировочного стенда, выбирается вне области резонансных частот его вращения.

Если по каким-либо причинам заданная частота вращения, до которой осуществляется разгон привода балансировочного стенда, оказалась вблизи резонансной частоты исследуемого объекта, то вращение привода с постоянной частотой в соответствии с уровнем сигнала задания U сопровождается повышенным уровнем вибрации исследуемого объекта, превышающим порог и|, определяющий предел безопасных испытаний.

Однако в это время, как только выходной сигнал Uj интегратора 5 достигнет заданного уровня и, на выходе суммирующего усилителя 3 появится переменный сигнал, воздействующий на вход нелинейного корректирующего блока 3, на выходе которого появится постоянный логический сигнал , поступающий на один из

входов элемента И-НЕ 9. На другой вход элемента И-НЕ 9 логический сигнал поступает еще раньше в тот момент, когда на первом входе компаратора 1 сигнал вибрации Uf превысил пороговый сигнал u| с третьего выхода задатчика 6, на выходе компаратора 1 появится сигнал Of,

соответствующий логическому сигналу I I 1 I I

При установлении равенства сигналов Uj и в зоне вращения привода балансировочного стенда, сопровождаю щегося повышенным уровнем вибрации объекта, превышающем уровень сигнала и, на счетный вход триггера 10 с выхода логического элемента И-НЕ 9 приходит логический сигнал О, переводящий триггер 10 в единичное состояние. Сигнал , на выходе триггера 10 подается на управляющий вход ключа 12 и размыкает его. С этого момента сигнал Ug с первого выхода задатчика 6 не проходит на первый вход суммирующего усилителя 3 и привод балансировочного стенда отключается.

Таким образом, введение блоков 8, 9, 10 и 12 , обеспечивающих прохождение сигнала задания U с первого выхода задатчика 6 на первый

вход суммирующего усилителя 3 в зависимости от уровня вибраций объекта на заданной частоте вращения, т.е. от уровня выходного сигнала UT- датчика 7 уровня вибраций, позволяет примерно в 15 раз повысить быстродействие предлагаемого устройства по сравнению с обычным задатчиком частоты вращения привода балансировочного стенда ДБВ-50, принятым за базовый объект, что в свою очередь позволяет примерно в шесть раз повысить надежность виброиспытаний.

о

и

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ БАЛАНСИРОВОЧНОГО СТЕНДА по авт.св. 1019396, отличаю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нек1 дополнительно установлены третий ключ и последовательно.соединенные нелинейный корректирующий блок, элемент И-НЕ и триггер, причем, первый выход эадатчика соединен с первым выводом первого резистора через третий ключ, управляющим входом подключенный к выходу триггера, установочивм входом подключенного к пятому выходу эадатчика, выход первого компаратора соединен с вторым входом элемента И-НЕ, выход операционного усилителя соединен с входом нелинейного корректирующего блока. Фие. 1 -i-