Электрогидравлическая следящая система стенда Советский патент 1993 года по МПК F15B19/00 

Изобретение относится к области ги,цроавтоматихи и может быть использооано в конструкциях испытательных стеидоп, предназначенных для проведения циклических испытаний механических узлов и конструкций,

Целью изобретения является повышение быстродейстоип стенда.

На фиг.1 изображена структурная схема элсктрогидравлической системы стенда; на фиК2 - структурная схема накопителя; на фиг.З - структурная схема формирователя аналогового сигнала; на фиг.4- графики сигналов на выходах элементов системы при ее работе.

Система ((|)иг.1) содержит блок 1 задания прогрзмм (возможно мспользозание ЦЗВМ). Часть разрядов (хйрактеризующих коды ординат, формы, цикла) цифрового цыхода блока 1 соединена с соответствующими разрядами цифрового входа формирооателя 2 зиалогоаого сигнала. Другая часть разрядов (характеризующая частоту) выхода блока 1 подана на один из цифровых йходов сумматора 3. Второй цифровой вход сумматора 3 соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя 4, а вход управления су(Мматора 3 связан с выходом Конец преобразования преобразователя 4. Выход сумматора 3 подключен к разрядам частоты цифрового входа блока 2, аналоговый вход которого подключен к одном из входов блока 5 сравнения. Другой вход блока 5 соединен с выходом датчика G обратной связи. Выход блока 5 сравнения подключен к входу усилителя 7 мощности, выход которого свяаан с входш-ли электрогидравлического усилителя 8 и электронного фильтра 9, Выход усилителя 8 соединен с входом датчика 6, Выход фильтра 9 соединен с входом амплитудомера 10, выходом соединенного с одним из входов блока 11 вычитания, вторбй вход,1;оторого связан с выходом блока 12 усторок допустимой величины TOKGуправления, Выход блока 11 подключен к сигнальному входу злектронмого ключа 13, выход которого соедин.ен с входом блока 14 выборки м хранения сигнала.

Выход блока 14 подключен к входу накопг.теля 15 разностей. Аналоговый выход накопителя 1Б соединен с вхо,пом аналогоцифрового преобразователя 4. Позиционный выход сигнала Конец накопления накопителя 15 связан с входом сигнала Начало преобразования преобразователя 4,

Входы обнуления блока 14м накопителя № объединены и подключены к выходу первого логического элемента 1Л 16, один вход которого соединен с входом второго логического эпемента И 17 м выходом сигнала

Признак экстремума формирователя 2. Второй вход элемента И 16 подключен к выход инвертора 18, чей вход соединен с вторым входом элемента И 17 и выходом сигнала Цикл формирователя 2. ВУХОД элемента И 17 подключен к управляющему входу электронного ключа 13.

Накопитель 15 (фиг.2) содержит второй

сумматор 19, один из входов которого связан с аналоговым входом накопителя 15, входами формирователя импульса 20 и дополнительного электронного ключа 21. Друтой вход второго сумматора 19 соединен с

выходом второго блока 22 выборки и хранегшя сигнала, вход которого связан с вуходом дополнительного электронного ключа 23, чей сигнальный вход представляет собой аналоговый выход накопителя 15 и подключей к интегратору 24 и одному из входов второго блока 25 сравнения. Другой вход блока 25 соединен с выходом сумматора 19, позиционный выход блока 25 подключен к управляющему входу ключа 21. Выход формирователя 20 импульса соединен с управляЮШ,им входом ключа 23, Входы обнуления блока 22 и интегратора 24 связаны с входом обнуления накопителя 15.

Формирователь 2 аналогового сигнала

(фмг.З) состоит из блока 26 буферных регистров, вход которого связан с цифровым входом формирователя 2, а выход- с входом блока 27 рабочих регистров, причем разряд на выходе буферного регистра, определяющий передачу сигнала Цикл, соединенс 1слеммой выхода сигнала Цикл формирователя 2. Цифровые выходы блока 27 рабочих регистров соответственно соединены с выходами управляемого генератора 28 и цифровыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей 29 и 30. опорные входы которых объединены и подключены к выходу третьего цифроаналогового преобразователя 31. Выходы цифроаналоговых преобразователей 29 и 30 соответственно соединены с двумя входами резисторной матрицы 32, выходы которой подключены к коммутатору 3. Выход коммутатора 33 соединен с входом интерполятора

34, выход которого связан с электронным усллителем 35, чей. выход является выходом аналогового сигнала формирователя 2. Входы управления коммутатора 33 и интегратора 34 соединены с управляющим выходом

генератора 28, при этом выход сигнала Признак зкстремума генератора 28 соединен с одноименным выходом формирователя 2 и входом управления блока 27 рабочих регистров. Усилитель 8 соединен с объектом испытания (не показан).

Электрогидравлическая следящая система стенда работает следующим образом.

При пуске и в начале каждой циклической ступени программы блок 14 выборки хранения и накопитель 15 обнуляются по сигналу Пуск или по сигналу Признак экстремума, вырабатываемому формирователем 2. Т.к. накопитель 15 обнулен, выход аналого-цифрового преобразователя 4 также.равен нулю, поэтому код частоты, выдаваемый блоком 1 через сумматор 3, поступает на вход формирователя 2 аналогового сигнала в первоначальном виде, соответствующем программе. На аналоговом выходе формирователя 2 при этом начнет генерироваться программный сигнал нагру. жения.

Этот сигнал поступает на вход блока 5 сравнения, где будет сравнен с сигналом обратной связи датчика 6. Выходной сигнал блока 5. зависящий от разности сигналов на его входах, поступит на вход усилителя 7 мощности, который своим токовым выходным сигналом приведет а действие злектрогидравлический ycилиteль 8, создающий необходимое воздействие на объект испытаний, Величина этого воздействия через датчик 6 поступит на вход обратной связи блока 5 сравнения. Таким образом, система автоматически отслеживает программную функцию, заданную блоком 2.

СигнаЯ управления с выхода усилителя 7 подается на вход фильтра 9, который убирает на нем высокочастотные наводки. Максимальные значения тока на выходе усилителя 3 и, следовательно, фильтра 9 возникают в момент наибольшей скорости изменения программного сигнала, т.е. между точками экстремумов программной функции. Выходной сигнал фильтраЭ поступает на амплитудомер 10, который запоминает амплитуды тока управления злектрогидравлическим усилителем 8. Запомненное значение амплитуды блоком 11 вычитается и.з предельно допустимой величины тока управления, заданной блоком 12 уставок. Сигнал, пропорцибнальный вычисленной разности, с выхода блрка 11 поступает на вход нормально разомкнутого ключа 13, который управляется следующим образом.

Если нет сигнала Цикл с выхода формирователя-2, то ключ 13 всегда разомкнут, т.к. элемент И 17 не пропустит через себя сигнал Признак экстремума, замыкающий ключ 13. В этом случае сигнал Признак экстремума через инвертор 18 и элемент И 16 еще раз обнулит практическиобнуление блока 14 выборки и хранения и накопителя 15. Таким образом, накопитель 15 на нециклических участках программы всегдеЧ обнулен.

Если генерируется циклическая ступень программы, то сразу после сигнала о первом экстремуме этой программы на выходе Цикл формирователя 2 появляется сигнал Цикл, который запрещает (посредством элемента И 16) обнуление блока 14 выборки и хранения и накопителя 15, но разрешает зарядку накопителя 15 через замкнутый ключ 13 и блок 14 по сигналу Признак экстремума, вырабатываемому формирователем 2 и проходящему через элемент И 17.

ЗЗрядка накопителя 15 происходит сле. дующим образом.

После появления сигнала Цикл при достижении первого же экстремума (второго на циклической ступени) замыкается ключ 13 сигналом с элемента И 17 и разность с выхода блока 11, характеризующая .несоответствие максимального значения тока управления на выходе блока 10 допустимому току, заданному блоком 12 уставок, поступает в накопитель 15, который ее запоминает и через преобразователь 4 передает на второй вход сумматора 3, на первом входе которого находится код, заданный блоК.ОМ 1 и определяющий программное значение частоты циклической ступени. На выходе сумматора 3 появится двух входных величин. Эта ;умма поступит в формирователь 2 аналогового сигнала на его выходе. Тем самым система начнет отслеживать сигнал более высокой частоты. В связи с этим ток управления на выходе усилителя 7 мощности увеличится, что будет измерено амплитудомером 10 и сравнено в блоке 11 с допустимым значением тэка. Вычисленная разность вновь поступит на вход ключа 13. который замкнется при проявлении следующего сигнала Признак экстремума, и в накопитель 15 добавится новая величина разности, в результате преобразователь 4 и сумматор 3 вновь осуществят коррекцию частоты цикла.

Так будет повторяться до тех пор, пока на выходе блока 11 вычитания разность не станет равной нулю. Это будет означать работу системы с максимально допустимой частотой. По окончании циклической ступени программы блоком 1 снимается сигнал Цикл сразу nocns предпоследнего на этой ступени сигнала Признак экстремума. Это приводит к тому, что элементы 16 и 17 приходят в такое состояние, которое при появлении последнего сигнала Признак экстремума на данной Ступени обнуляет блок 14 выборки м хранения и накопитель 15. Следовательно, система готова к переходу на другую ступень, которая будет реалиовываться зналогично описанной. Необхоимо отметить, что для правильной работы акопителя 15 на его входе между двумя оседними сигналами Признак экстремуа должен находиться постоянный сигнал, авный величине разности, вычисленной локом 110 момент появления первого из них. Так как ключ 13 замыкаетс л на премя уществования импульсного сигнала Принак экстремума, а затем размыкается, жду выходом ключа 13 и входом накопиеля 15 установлен блок 14 выборки и хранения, запоминающий сигнал вычисленной разности. Накопитель 15 последовательно накапливает эти разности от экстремума к экстремуму программной функции и тем самым через посредство преобразователя 4 и сумматора 3 корректирует код частоты циклов,

Накопитель 15 разностей при этом работает следующим образом. : Сигнал обнуления, приходящий на 13ХОД оВнуления накопителя 15, в начало каждой циклической ступени обнуляет блок 22 хра-. Иония и выборки и интегратор 24. После э;того на аналоговый вход накопителя 15 поступает ступенчатый сигнал (величина разности с блока 11 через ключ 13. и блок 14), который попадает на один из входов сумматора 19 и на входы формирователя 20 импуль.са и ключа 21. На выходе сумматора 19 в этот момент появится сигнал, равный сигналу на его первом входе. Сигналы на входах блока 25 .сравнения станут неравными между собой, и позиционный выходной сигнал блока 25 замкнет, ключ 21, интегратор 24 нач1- етзаряжаться, изменяя сигнал на БЫХОда накопителя 15, Зарядка интегратора 24 будет идти до тех пор, пока сигналы на входах блока 25 не станут равными.

Е5, этот момент блок 25 сравнения изменит сЪой выходной сигнал, и к.пюч 21 разомкнется.

В результате интегратор 24 запомнит сигнал,.равный Еюличине на входе накопителя 15. Если на входе накопителя 15 вновь ступенчато изменится сигнал (новый цикл коррекции), формирователь 20 импульса сформирует импульс, который через ключ 23 занесет в блок 22 выборки и хранения сигнал, равный сигналу на выходе интегратора 24, поэтому на входах сумматора 19 появятся два сигнала: один, равный сигналу на входе накопителя 15, а другой, - сигналу на выходе 22. Следовательно, на выходе сумматора 19 появится сигнал, величина которого равна сумме разностей в предыдущем цикле накопления и в настоящем. Это приведет к нарушению равенства сигналов на входах блока 25 сравнения, и он замкнет

ключ 21, Интегратор 24 начнет заряжаться до тех пор, пока на его выходе не появится сигнал, равный сигналу на выходе сумматора 17, т.е. сумме разностей. После .этого

ключ 21 разомкнется. Накопление, аналогичное описанному, будет происходить до тех пор, пока не перестанет изменяться сигнал на входе накопителя 15. Накопленный накопителем 15 сигнал есть сигнал, характе0 ризующий величину коррекции частоты циклического нагружения.

Формирователь 2 аналогового сигнала в процессе работы системы функционирует следующим образом,

5 Коды частоты, ординаты и приз1 ака цикла подаются на вход блока 26 буферных регистров, где запоминаются и устанавливаются па входах блока 27 рабочих регистров. Кроме того, код сигнала Цикл

0 выводится на внешний контакт формирователя 2, называемый сигнал Цикл. Участки программы могут быть как циклические, так и нециклические,,в последнем случае сигнала Цикл нет. В блоке 27 рабочих регистров

5 указанные коды записываются по сигналу Экстремум функций, вырабатываемому управляемым генератором 28. Этот же сигнал выдается на одноименный выход формиров.ателя 2. Как только на выходах блока

0 27 рабочих регистров появляется новая информация, генератор 28 начинает на своем выходе вырабатывать серию импульсов с новой частотой, а цифроаналоговые преобразователи 29 и 30 задают новые уроёни

5 аналоговых сигналов на входы резисторной матрицы 32. Импульсы новой частоты приходят на коммутатор 33, который в соответствии с ними начинает генерировать на своем выходе новую циклическую фракцию

0 с новой частотой и новым размахом. Выходной сигнал коммутатора 33 сглаживается интерполятором 4 и усиливается усилителем 35.

Таким образом, на каждой ступени

5 программы ведется изменение частоты циклического сигнала, направленное на достижение максимально допустимого значения тока управления, определяющего максимальную производительность систе0 мы. Следует подчеркнуть, что указанное изменение чаютоты автоматически компенсирует недетерминированные изменения КПД системы и характеристик обьемов испытаний, т.к. контур коррекции частоты по5 строен по принципу обратной связи, где регулируемым параметром является заданное наибольш.ее допустимое значение тока управления.

Использование изобретения в конструкциях испытательных стендов позволит

сократить сроки испытаний объектов при соблюдении требуемой точности в условиях изменения свойств испытуемых изделий и условий испытаний.

(56) Авторское свидетельство СССР N; 857572.кл. F 15 В 9/03. 1979.

Электронная промышленность. 1979. . С.44.РИС.1

Формула изобретения

0 управляющим входам накопителя и блока выборки и хранения..а управляющий вход ключа соединен с выходом первого элемента И.

5 что накопитель выполнен в виде интегратора, двух дополнительных электронных ключей, второго сумматора, второго блока сравнения, второго блока выборки и хранения сигнала и формирователя импуль0 сов, причем один из входов второго сумматора соединен с аналоговым входом накопителя и входом формирователя импульсов, другой вход второго сумматора соединен с выходом второго блока выборки и хранения, входы которого подключены к формирователю импульсов и через один из дополнительных ключей - к выходу интегратора и к одному из уходов второго блока сравнения, другой вход Kotoporo соединен с управляющим входом другого дополнительного ключа, через который вход интегратора соединен с входом второго сумматора.

5 3. Система по п.1, отличающаяся тем. что формирователь аналогового сигнала выполнен в виде управляемого генератора, трех цифроаналоговых преобразователей, блока буферных регистров, блока рабочих

0 регистров, резксторной матрицы, коммутатора, интерполятора и электронного усилителя, при этом тактовый выход управляемого генератора соединен с входами управления коммутатора и интерпо5 лятора, а вход - с выходом блока рабочих регистров, соединенного через два цифроаналоговых преобразователя, резисторную матрицу, коммутатор и интерполятор с злектронным усилителем, при этом третий

0 цифроаналоговы й преобразователь соединен с опорными входами первых двух цифроаналоговых преобразователей.