Система управления вибровозбудителем Советский патент 1985 года по МПК G05D19/02 

1 Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления, в частнос ти, электродинамическими, электромаг нитными или электрогидравлическими вибровозбудителями. Цель изобретения повышение быстродействия устройства путем уменьшения времени регулирования при сохранении его качества. На фиг. 1 изображена функциональная схема системы; на фиг, 2 - экспе риментально полученные фазовые траек тории предлагаемой и известной систем; на фиг. 3 - принципиальная схема блока дифференцирования; на фиг. 4 - блок Зона нечувствительнос ти-. Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит блок 1 усиления, последовательно соединенные датчик 2 положения и блок 3 дифференцирования, последовательно соединенные первый квадратор 4, первьш блок 5 умножения и суммирующий блок 6, последова- тельно включенные релейный элемент 7 и третий блок 8 умножения, а также второй блок 9 умножения, второй квад ратор 10, последовательно соединенные блок Зона нечувствительности 1 и второй суммирующий блок 12, программньш блок 13, вибровозбудитель 14 В блок 1 усиления входят сумматор 15 и усилитель 16 мощности. В качестве 1,атчика 2 положения . может быть использован любой серийно выпускаемьш датчик линейного йеремещения. Блок 3 дифференцирования может быть выполнен в виде двух блоков - датчика скорости и датчика ускорения, либо по схеме быстродействующего дифференцирующего фильтра (фиг. 3), представляющего собой аналоговое вычислительное устройство, решающее дифференциальное уравнение 2у+1, х, где |U - постоянная времени у,у, у- - оценки соответственно X, X , X. При выборе /х.0,1 a)j,c максимальная рабочая частота системы, динамика дифференцирующего фильт ра мало сказывается на динамике всей системы, и можно считать х si У, . X УОВ качестве квадраторов 4 и 10 Mdгут быть применены интегральные 11еремножители КР525ПСЗ. При этом 632 . входом квадратора являются объединенные входы перемножителя. Суммирующий блок б и сумматор 12 могут быть выполнены по схеме многовходового сумматора на базе операционных усилителей серий К 140, К 153 или подобных. В качестве реле иного двухпозиционного элемента 7 может быть применен операционный усилитель, например, серии К 140, включенньй без обратной связи. При этом на один вход усилителя подан,нулевой потенциал, второй вход усилителя является входом реле, а выход усилителя выходом реле. В качестве блока 8 умножения может быть использован серийный, например, интегральный аналоговый перемножитель КР525ПСЗ. . Блок Зона нечувствительности 11 (фиг. 4) может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных двуханодного стабилитрона и усилителя. При этом ширина зоны нечувствительности определяется напряжением стабилизации стабилитрона, Программньй блок 13 представляет собой набор переменных резисторов, задающих коэффициенты передачи усилителей и потенциометрического делителя, формирующего напряжение, равное квадрату желаемой амплитуды колебаний, и поступающее на дополнительньй вход суммирующего блока 6, Предлагаемое устройство в совокупности с вибровозбудителем 14 представляет собой генератор синусоидальных колебаний вида X АО siniOgt, (1) где X - сигнал на выходе датчика перемещения, Ар, и)р- заданные амплитуда и частота колебаний. На выходе блока 6 с помощью блоков 4, 5, 10 и 13 формируется разность квадратов действительной и заданной амплитуд колебаний в соответствии с уравнением - Д х + J р A(t)sin2uj,,t + A(t) -А; АЧ-А, , (2) где у -оценка производной xj A(t) - текущая амплитуда колебаний (ее мгновенное значение); d - сигнал на выходе блока 6. 3 Напряжение -А , пропорционально квадрату заданной амплитуды колебаний, поступает на вход блока 6 из программного блока 13, который задает также коэффициент передачи и усилителя 5. Для регулирования амплитуды коле баний с помощью блоков 7, 8, 11 и 1 организована обратная связь по первой производной сигнала х. Знак обратной связи определяется знаком 3. Полный алгоритм управления, реал зованный в предлагаемом устройстве, имеетвид U : + + ) + + J sign у} ,(3) где k - коэффициент усиления бло ка 1 ; U - сигнал управления (выходной сигнал блока 1), поступающий на вход вибровозбудителя 14; У, у - оценки соответственно ±, X, формируемые на выходе блока 3 дифференцирования ЧА) коэффициент передачи усилителя 9, численно равный квадрату заданной час- тоты колебаний, X - выходной сигнал датчика 2 j 0 .- размах -выходного сигнала реле 7j (д)- выходной сигнал усилите ля с зоной нечувствительности/3 - коэффициент передачи суммирующего блока 6. Дифференциальное уравнение, описывающее объект управления (вибровоз- будитель 14), может быть записано в BH;je (x,x,x,t) + (b(x,S:,Ji,t)u, (4) где f - нелинейная функция, b О - коэффициент. Зависимость f и Ь от t отражает, нестационарность характеристик вибро возбудителя и наличие возмущений. Движение объекта по уравнению (4) при управлении, описанном равенством (3), и достаточно.большом описывается вырожденным уравнением У « (4) + 4 j sign у + + UJ X О,(5) соответствующим колебательному звену с частотой собственных колебаний равной Wo. Для анализа характера 763 процесса установления колебаний дифференцируют уравнение (2) по t: А + 2хх + 2u) у-у. С учетом равенства (5), предположив X i у, x:s.y, получаем J+ ( О (6) Дифференциальное уравнение (6) описывает процесс стремпения . и следовательно A(t) Ад. Неидеальность характеристик квадраторов приводит к нарушению соотношений (2.) и появлению в сигнале л пульсаций. Это эквивалентно появлению в правой части уравнения (6) периодического возмущающего воздействия. В известном устройстве V{4) s О и уменьшение влияния возмущения может быть достигнуто уменьшением коэффициента усиления ft суммирующего блока 6, что равносильно увеличению постоянной времени уравнения (6). Однако это существенно увеличивает время установления колеба- НИИ. Введение блоков 11 и 12 позволяет повысить быстродействие устройства при больших Л и тем самым уменьшить время установления колебаний. При /Л / а, где а - ширина зоны нечувствительности усилителя 11, соответствующим выбором ft можно обеспечить достаточно хорошую фильтрацию возмущающего воздействия, присутствующего в сигнале 4 , и тем самым добиться нужного качества воспроизведения синусоидального сигнала. Ширина зоны нечувствительности определяется качеством примененных квадраторов. Скорость процесса установления колебаний зависит от коэффициента передачи усилителя с зоной нечувствительности. Таким образом, снабжение известного устройства сумматором 12 и блоком Зона нечувствительности 11 озволяет повысить быстродействие стройства при больших отклонениях мплитуды колебаний от заданной что риводит к уменьшению времени регуирования при сохранении качества егулирования. Предлагаемое устройство-работает ледующим образом. Пусть в начальный момент времени (0) х, у-У О, а выход блока 1 силения отключен от входа вибровозудителя 14. Программный блок 13 адает коэффициенты передачи усилиелей 5 и 9 и подает на дополнительный вход блока 6 напряжение, пропорциональное квадрату заданной амплитуды колебаний. При этом на выходе блока 1 формируется сигнал

U -ku)ix.

cS.

где k - коэ«Ьфициентусиления блока 1;

ш - коэффициент передачи усилителя 9.

После подключения выхода блока 1 к входу вибровозбудителя 14 подвижный элемент последнего приходит в движение. Это влечет за собой изменение сигнала х на выходе датчика 2 положения и появление сигналов у, У на выходах блока 3 дифференцирования. С помощью квадраторов 4 и 10 и усилителя 5 на выходе суммирующего блока 6 формируется сигнал Л пропорциональный разности квадратов действительной и заданной амплитуд колебаний. Сигнал 4 с выхода блока 6 поступает на вход блока 12 и через блок 11 на второй вход суммирующего блока 12. На выходе блока 8 умножения появляется сигнал

2 (foL sign у, где oL - размах выходного сигнала

реле 7;

сГ- сигнал на выходе сумматора 12.

На входы блока 1 усиления поступают сигналы у с первого выхода блока 3 дифференцирования, усиленный в и)§ раз усилителем 9 сигнал с выхода датчика 2 положения и сигнал X с выхода блока 8 умножения. В результате на вьпсоде блока 1 формируется следующий алгоритм управления.

и + у у),

который обеспечивает стремпение амплитуды колебаний к заданному значению. При (д|7а, где а - ширина зоны нечувствительности, усилитель

обеспечивает дополнительное усиление сигнала Л, что приводит к уменьшению времени установления колебаний на выходе вибровозбудителя 14. Невысокий коэффициент усиления блока 6

при |дI а позволяет получить колебания хорошего качества и при неидеальных квадраторах 4 и 10.

Наиболее эфф,ективная работа предлагаемого устройства обеспечивается при использовании блока 1 усиления с релейной характеристикой. В этом случае устройство работает в режиме скольжения, что позволит эффективно парировать нестационарность характеристик вибровозбудителя и действие возмущений при одновременном повышении КПД устройства и снижении стоимости усилителя мощности.

s

2CL b) W

АО ЮВ

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕМ, содержащая блок усиления, связанньй выходом с вибровозбудителем, последовательно соединенные датчик положения подвижной части вибровозбудителя и блок дифференцирования, первый выход которого подключен . к первому входу блока усиления, последовательно соединенные первый квадратор, первьй регулируемьй усилитель и первый суммирующий блок, програм- мньй блок, выходы которого подключены соответственно к второму входу первого суммирующего блока, первому входу второго регулируемого усилителя и к второму входу первого регулируемого усилителя, последовательно соединенные релейньй элемент и блок умножения, выход которого подключен к второму входу блока усиления, второй выход блока дифференцирования соединен с входом первого квадратора и с входом релейного элемента, а вход через второй квадратор - с третьим входом первого суммирующего блока и с вторым входом второго регулируемого усилителя, связанного выходом с третьим входом блока усиS fB ления , отличающаяся тем, что, с целью повьппения быстродейст(Л вия системы, она содержит последовательно соединенные блок Зона нечувствительности и второй суммирующий блок, подключенный выходом к второму входу блока умножения, причем выход первого суммируиицего блока соединен с входом блока Зона нечувствительности и с вторым входом второго суммирующего блока. Од 00

Ы: