Автоматическая система управления жесткостью упругого элемента гасителя колебаний Советский патент 1985 года по МПК G05D19/02 

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что, блок частотной настройки каткдого селективного .фильтра содержит последовательно соединенные частотный детектор и первьй фильтр нижней частоты, а также последовательно соединенные фазовый детектор, второй фильтр нижней частоты, сумматор и управляющий элемент, выход которого соединен с управляемым входом селективного фильтра, при этом первый вход блока частотой настройки соединен с входом частотного детектора и первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом блока .частотной настройки,а выход первого фильтра нижней.частоты соединен с вторым входом сумматора.

3. Система по п.2, отличающ а я с я тем, что, с целью обеспечения линейности регулировочной характеристики селективного фильтра, в качестве управляющего элемента применена оптоэлектронная пара, содержащая источник излучения и фоторезистор, причем источник излучения подключен к выходу сумматора блока частотной настройки, а фоторезистор входит в состав селективного фильтра

1. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТЬЮ УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ по авт.св. №1072012, отличающаяся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивосги и точности настройки, в нее введены два селективных фильтра и два блока частотной настройки, причем вход первого селективного фильтра соединен с выходом усилителя сигнала первого датчика вибраций, а выход - с первым входом первого сумматора, вход второго селективного фильтра соединен с выходом усилителя сигнала второго датчика вибраций, а выход - с вторым входом первого сумматора, входом частотного детектора и первым входом фазового детектора, вход каждого селективного фильтра соединен с первым входом i соответствующего блока частотной настройки, выход - с вторым входом (Л соответствующего блока частотной настройки, а управляемый вход связан с выходом соответствующего блока частотной настройки. / К) 1C СП 00

Изобретение относится к технике виброгашения и предназначено преимущественно для установки на виброактивное оборудование, амплитуда и частота колебаний которого изменяютс iBO времени, а т;а. на а ортизирован ные приборы и . Ус г1 ойства5; раходящие1ся в зоне действия виброактивного оборудования I ; - . .

Цель изобре|Тейия - повышение помехо устойчивости й;исте1№1,и то1ности ее настройки, и обесп рчение линейности регулировочной характеристики селективного фильтра, .г .

iНа фиг.1 изобр1йсёна блок-схема автоматической управления жесткостью гасител я колебаний; на фиг.2 - принципиальная схема одного из вариантов выполнения селективного фильтра. .

Система (фиг.1) включает в себя объект 1 виброзащиты, на котором установлен -гаситель 2 колебаний.

На объекте 1 виброзащиты и гасителе 2 колебаний закреплены первый 3 и второй 4 датчики вибраций, которые соединены соответственно с усилителями 5 и 6 сигналов датчиков вибраций. Выходы усилителей подключены соответственно к входам первого 7 и второго 8 селективных фильтров и первым входам соответствующих блоков 9 и 10 частотной настройки, выходы которых соединены с управляемыми входами

соответствующих селективных фильтров 7 и 8. Выход первого фильтра 7 соединен с вторым входом блока 9 и первым неинвертирзтощим входом первого сумматора 11. Выход второго фильтра 8 соединен с вторым входом блока 10, вторым инвертирующим входом первого сумматора 11, первым входом, фазового детектора 12 и входом частотного детектора 13. Ввпкод первого сумматора 11 подключен к второму входу фазового детектора 12, выход которого через фильтр 14 нижней частоты соединен с первым неинвертирующим входом второго сумматора 15. Выход частотного детектора 13 через фильтр 16 нижней частоты соединен с вторым неинвертирующим входом второго сумматора 15, выход которого через усилитель 17 постоянного тока подключен к гасителю 2,

Первый вход блока 9 частотной настройки соединен с входом частотного

,детектора 18 и первым входом фазового детектора 19, второй вход которого подключен к второму входу блока 9. Выход фазового детектора 19 через первый фильтр 20 нижней частоты соединен с пррвым входом сумматора 21. Выход частотного детектора 18 через второй фильтр 22 нижней частоты соединен с вторым входом сумматора 21, выход которого через управляющий элемент 23 связан с выко3дом блока 9, Блок 10 выполнен аналогично. Система работает следующим образом. Максимальный эффект динамическог гашения достигается . при равенстве парциальной частоты гасителя колеба НИИ и частоты возбуждающего усилия. При этом фазовый сдвиг колебаний объекта 1 защиты и гасителя 2 колеб Инфор ний должен составлять - --мация о колебаниях объекта 1 защиты и гасителя 2 колебаний, получаемая с помощью датчиков ,3 и 4 вибрации, поступает на усилители 5 и 6 сигналов соответствующих датчиков, обеспечивающих согласование датчиков с элементами, схемы, а далее через селективные фильтры 7 и 8 на входы фазового 12 и частотного 13 детекторов, причем сигнал с выхода селек тивного фильтра 8 поступает на вход частотного детектора 13 и на первьй вход фазового детектора 12, на второй вход которого подается с суммат ра 11 разность сигналов на выходе селективных фильтров 7 и 8. В случа выполнения условия настройки, т.е, в статическом режиме, напряжение на выходе фазового детектора 12 равно При этом на выходе частотного детек тора 13 формируется сигнал, пропорциональный частоте колебаний объект 1 защиты. Полученный сигнал проходит через фильтр 16 нижней частоты, где сглаживаются его высокочастотные состав ляющие, через сумматор 15, через усилитель 17 постоянного тока и подаётся на обмотки гасителя 2 колеба ний. Ток в обмотках, пропорциональный напряжению на выходе усилителя 17 постоянного тока, поддерживает постоянную величину электромагнитной жесткости и частоту настройки гасителя 2 колебаний. В статическом режиме селективные фильтры 7 и 8 с блоками 9 и 10 частотной настройки соответственно работают следукицим образом. Сигнал с выхода усилителя 5 сигнала датчика 3 вибрации поступает на вход фильтра 7 и первый вход блока 9, Си нал с выхода фильтра 7 подается на второй вход блока 9. Блок частотной настройки выполнен по комбинированно му принципу - настройка осуществля8ется по частоте входного сигнала и по разности фаз на входе и выходе фильтра, которая при точной настройке в общем случае кратна - 1. Частот- ный сигнал, содержащий частотный дв тектор 18 и фильтр 22 нижней частоты, формирует сигнал, пропорциональный частоте входного сигнала. Фазовый канал, содержащий фаз.овый детектор 19 и фильтр 20 нижней частоты, формирует сигнал, пропорциональный разности . фаз на входе и выходе селективного фильтра 7. Полученные сигналы суммируются на аналоговом сумматоре 21 и поступают на управляющий элемент 23, В статическом режиме сигнал частотного канала имеет постоянную ве- лишшу, а сигнал фазового капалгч равен 0, При этом величина управляемого параметра фильтра (например;, сопротивление фоторезистора) поддерживается неизменной. Таким образом,, селективный фильтр 7 настроен па частоту входного сигнала и пропускает его без изменения. При нарушении условия настройки, сдвиг фаз колебаний объекта 1 и гасителЯ 2 отличен от - -г , следова- . тельно, сигнал на выходе фазового детектора 12 отличен от 0„ Это прН водит к изменению сигнала на выходе фильтра 14 нижней частоты и напряжения на выходе усилителя 17, При значительной расстройке изменение частоты колебаний объекта вызывает изменение уровня сигнала частотного канала (частотньш детектор 13 и 16). Этот сигнал, сут шруясь с сигналом фазового канала на аналоговом сумматоре 15, вызывает изменение напряжения на выходе усилителя 17. При этом ток в обмотках гасителя 2 колебаний изменяется, меняя электромагнитную жесткость и частоту настройки. Изменение частотной настройки происходит до тех пор, пока фазовый сдвиг колебаний объекта 1 и вйброгасителя 2 не становится равньш J 3 напряжение на выходе фазового детектора 12-0. При этом напряжение на выходе частотного канала устанавливается на новом уровне, соответствующем новому значению частоты колебаний объекта 1. В этом режиме селективные фильтры 7 и 8 работают следующим образом. При изменении частоты выходного сигнала

усилителя 5, т.е. в динамическом режиме , соответствующим образом изменяется напряжение на выходе частотного канала (частотный детектор 18, фильтр 22 блока 9 частотной настройки. На выходе фазового канала (фазовьш детектор 19, фильтр 20) появляется напряжение, отличное от 0. Это объясняется тем, что при изменении частоты входного сигнала изменяется и разность фаз на входе и-выходе селективного фильтра 7, настроенного на предьщущую частоту. Напряжения обоих каналов суммируются на аналоговом сумматоре 21, поступают на вход управляющего элемента 23. Величина управляемого параметра фильтра при этом изменяется до тех nops пока собственная частота фильтра не становится равной новой частоте входного сигнала. При дальнейшем изменении частоты входного сигнала селективный фильтр 7 продолжает работать в следящем .режиме. Селективный фильтр 8 с блоком 10 частотной настройки работает аналогично. При неизменной частоте входного сигнала селективные фильтры пераходят в статический режим, а автоматическая система управления-жесткостью упругого элемента гасителя работаетаналогично указанному.

В случае наличия помех в сигнале с датчиков вибрации (например, высших гармонических составляющих), селективный фильтр пропускает без изменения основной сигнал той частоты, на которую настроен и обеспечивает затзгхание остальных составляющих спектра. При изменении частоты основного сигнала селективный фильтр следит за его эволюциями, .-по-прежнему обеспечивая затухание остальных частот. Параметры блока частотной настройки выбираются так, что селективный фильтр отслеживает медленные изменения частоты основного сигнала и возможно меньша отслеживает сравнительно быстрые изменения результирующего входного колебания, обусловленные действием шума.

TaKHivt образом, наличие в системе селективного фильтра с блоком частотной настройки обеспечивает выделение основного сигнала из шума и нормальное функционирование автоматической cиcтe & управления жесткостью упругого элемента гасителя колебаний

как при наличии шума, так и при его отсутствии.

С целью обеспечения линейности регулировочной характеристики селективного фильтра в качестве управляющего элемента может быть применена, например, оптоэлектронная пара. Она содержит источник излучения и фоторезистор, входящий в состав фильтра. Источник излучения подключен к выходу сумматора блока частотной настройки. При изменении частоты сигнала на входе фильтра, например при ее увеличении, увеличивается уровень напряжения на выходе сумматора 21 блока 9. Это вызывает увеличение интенсивности свечения источника излучения оптоэлектронной пары, что приводит к уменьшению величины сопротивления фоторезистора. Резонансная частота селективного фильтра изменяется обратно пропорционально изменению- сопротивления фоторезис тора, входящего в его состав. Это изменение происходит до тех пор, пока новое значение резонансной частоты фильтра не становится равным новому значению частоты входного сигнала.

На схеме (фиг,2) обозначены сдвоенная оптоэлектронная пара 24 и 25, транзистор 26, резисторы 27 - 42, конденсаторы 42 и 43, операционные усилители 44 - 48. При этом вход 1 является сигнальным, вход 2 - управляющим фазового канала, вход 3 - управляющим частотного канала.

В фильтре в качестве управляющего элемента применена оптоэлектронная пара. Линейность регулировочной характеристики при этом обеспечивается по следующей причине. Выражение, для . собственной частоты селективного фильтра имеет вид f 1/2FRC, где R - сопротивление оптрона; С - емкость конденсатора. Для поддержания резонансного- режима собственная частота фильтра f должнд совпадать с основной частотой входного сигнала f Отсюда следует, что при изменении входной частоты сопротивление оптрона должно изменяться по закону R 1/2 TfC, т.е. обратно пропорционально частоте. Характеристики детекторов, частотного и фазового, являются линейными. Зависимость сопротивления оптрона от подводимого напряжения R F(U) также обратно пропорциональна. Таким образом, для получения линейной регулировочной характеристики фильтра необходимо только подобрать постоянные коэффициенты в характеристиках R F(f) и R - F(U). Использование любого другого управляющего элемента (например, с линейной характеристикой R F(U)) не может обеспечить линейность регулировочной характеристики в рабочем диапазоне и удовлетворительную точность нйстройки фильтра. Наличие в автоматической системе управления жесткостью упругого эл,е510 15

г /

ifut 2 мента гасителя колебаний селективных фильтров с блоками частотной наСтройки повышает точность настройки и улучшает помехоустойчивость системы, Это увеличивает эффективность виброзащиты механизмов и тем самым повышает общий срок их службы, уменьшает вероятность выхода из строя. Гасители колебаний с предлагаемой автоматической системой управления жесткостью упругого элемента могут быть использованы на любых системах и механизмах, уровень вибрации которых превышает допустимый, в различньгх областях техники.