Система управления вибростендом Советский патент 1987 года по МПК G05D19/02 

Изобретение касается автоматического регулирования и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброка- либрующего средства.

Цель изобретения - упрощение устройства.

На фиг, 1 показана функциональная схема сиЕтемы; на фиг, 2 - схема фа- зоуправляющего блокад на фиг, 3 - эпюры, поясняющие работу системы.

Система управления вибростендом содержит датчик 1 вибраций, первый предварительный усилитель 2, задатчи 3 вибраций, второй предварительный усилитель 4, алгебраический сумматор 5, усилитель 6 мощности, вибростенд 7, источник 8 регулируемого опорно- го напряжения, блок 9 памяти, фазо управляющий блок 10, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, генератор 12 тактовых импульсов, среднеквадратичес- кий детектор 13, многопозиционный переключатель 14, Задатчик 3 вибраций состоит из постоянного запоминающего устройства 15 значений функций цифро аналогового преобразователя 16, фильтра 17 нижних частот и имеет зна

КОВЫЙ выход 18, Блок 9 памяти содержит аналого-цифровой преобразователь 19, оперативное запоминающее устройство 20, цифроаналоговый преобразователь 21, фильтр 22 нижних частот, знаковый выход 23, Переключатель 14 имеет выходы 24-27 соответственно первый, второй, третий, четвертьй. Фазоуправляющий блок 10 имеет сигналные,входы: первый 28, второй синхро- вход 29, потен циальный выход 30, первый 31 и второй 32 числовые выходы, импульсный вход 33, и включает суммирующий счетчик 34, реверсивный счетчик 35, сумматор 36, сдвиговый двухразрядный регистр 37, первый 38 и второй 39 компараторы, шину 40 единичного потенциала, выход 41 переполнения суммирующего счетчика 34. В предлагаемом устройстве задат- чик 3 вибраций и блок 9 памяти идентичны соответствующим элементам известного устройства (дополнительные знаковые выходы, подключенные к элементу 11, имеются и в известном устройстве , но там они не используются в цепях внешней коммутации). Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 перенесен из фазоуправляющего блока в общую схему устройства, вместо нуль-оргаНОВ использованы компараторы - такие же элементы, но с переменным порогом

срабатывания. Эти отличия не связаны с дополнительными материальными затратами. Они не усложняют устройства и не увеличивают его стоимости. Устройство работает в двух режимах, каждому из которых соответствует определенное положение переключателя 14, На фиг, 1 показан режим компрессии. Он основан на использовании тригонометрического тождества.

U siniot - UpSin(uJt-0 )

2U,sin (wt+ ),

5

0

5

0

35

0

из которого следует, что разность двух синхронных синусных сигналов является синусным сигналом той же частоты с амплитудой, зависящей от угла ot При изменении oil от О до J амплитуда разности меняется от-О до 2Ug, На фиг, Зо(,5,б показаны эпюры исходных сигналов U, Ug и сигнала разности и, Индексы в обозначениях сигналов соответствуют номерам элементов, формирующих сигналы: Uj, Ug, Uj - сигналы на выходах элементов соответственно второго предварительного усилителя 4, блока 9 памяти, алгебраического сумматора 5.

Система работает следующим образом.

На вход 33 в Фазоуправляющий блок 10 подаются с тактового генератора 12 импульсы частотой f, порциональной частоте f, стенда. Частота f, соотношения

ТИ

Тн Р°

возбуждения ту определяется из N-fg где N - количество точек на период сигнала,

45 равный объему суммирующего счетчика ,34 (весу разряда переполнения). Та- кой же объем N имеет счетчик 35 и каждое из запоминающих устройств: ,постоянное 15 и оперативное 20, Импульсы на входе 33 тактируют счетчик 34, вырабатывающий последовательность натуральных чисел в виде не- прерьюно повторяющегося ряда значений от О до N-1. С первого числового

55 выхода 31 блока Ю эти числа подаются в задатчик 3 вибраций на адресный вход запоминающего устройства 15, ячейки которого содержат отсчеты функ ции синуса. Номер ячейки пропорцио50

нален фазе отсчета, определяемой с дискретностью 2J/N. Поэтому время прохождения чисел одного ряда по адресным шинам запоминающего устройства 15 соответствует одному периоду гар- монической функции, формируемой на его выходе в виде потока кодов и преобразуемой в электрическое колебание преобразователем 16 и фильтром 17.

С выхода задатчика 3 вибрации гармонический сигнал в форме U sinwt принимается на вход предварительного усилителя 4 и по второму входу четвертого контакта переключателя 14 проходит на вход блока 9 памяти (шина 27), который используется для получения сигнала U sin(u)t-c/) . Блок 9 запоминает информацию с появлением импульса на синхровходе 29 фазоуправляющего блока 10, Синхроимпульс обнуляет выход сдвигового регистра 37, связанный с потенциальным выходом 30 блока 10. Сигнал О, передаваемый по проводу с выхода 30 на управляю- щий вход блока 9 памяти, задает запоминающему устройству 20 режим записи. Реверсивньм счетчик 35 устанавливается в нулевое состояние, поэтому сумматор 36 пропускает на выход 32 фазоуправляющего блока 10 числа, идентичные выхо;|у 31. В результате содержимое задатчика 3 переписывается в блок 9 памяти по тем же адресам. В процессе записи входной сигнал дискретизируется, преобразуется, с помощью преобразователя 19 в поток двоичных кодов и записывается в ячейки запоминающего устройства 20 с тактовой частотой генератора 12.

Наличие двух разрядов сдвигового регистра 37 обеспечивает полную запись сигнала в память - всех его значений за период - независимо от того в какой момент времени на вхо- де 29 блока 10 появляется импульс синхронизации. Импульсы переполнения счетчика 34 тактируют регистр 37, занося в его разряды сигнал 1 с шины 40. На потенциальном выходе 30 блока 10 сигнал 1 появляется после второго переполнения счетчика 34, который к этому моменту отформирует всю последовательность адресов 0..., N-1 и обратится к каждой из ячеек запоминающего устройства 20 для записи в нее кода преобразователя 19. С установлением единичного потенциала на выходе 30 запоминающего устройства

М он перейдет в режим считьшания записанного сигнала, который преобрзуется в аналоговый электрический сигнал с помощью преобразователя 21 и фильтра 22 и подается на инвертирующий вход сумматора 5. Не имеет значения, какому адресу в запоминающем устройстве 20 соответствует начало периода записанного сигнала, так как значение угла оС , от которого зависит амплитуда колебаний стенда и который пропорционален разности фаз воспроизводимых сигналов, в дальнейшем поддерживается автоматически. Но совпадение адресов и фаз в запоминающих устройствах 15 и 20 позволяет начать регулировку возбуждения с О и тем самым избежать динамического толчка в системе. В первый момент, когда реверсивный счетчик 35 еще пуст, а в блоке 20 памяти уже началось считьшание, фазы сигналов Ug и Uj совпадают. Усилитель 4 передает сигнал Uj на прямой вход сумматору 5, не изменяя его амплитуды (провод 24 отсоединен от нулевой шины переключателем 14, инвертирующий вход усилителя 4 сохраняет связь только с выходом, и имеет место схема (фиг. 2) повторителя. Вследствие этого совпадают фазы Ug и и, и на- выходе сумматора 5 сигнала нет (фиг. 3ct). При отсутствии возбуждения нет сигнала, в цепи датчика 1 вибраций, а значит, - на выходах предусилителя 2 и детектора 13

1

Компараторы 38 и 39 сравнивают сигнал детектора 13 (U28) с опорным напряжением U от источника 8. Уровень напряжения устанавливается оператором, и так как в первый момент и, 7 Ujg , компараторы 38 и 39 выдают логические сигналы соответственно Ugg 0, 1. Сигнал Ujg 1 задает счетчику 35 режим вычитания. На счетный вход счетчика 35 по про- воду 41 приходит импульс переполнения суммирующего счетчика 34 - один импульс за период. Счетчик 35 засчи- тьшает импульс и передает его в виде кода разности (т.е. в виде дополнительного кода единицы) на второй вход цифрового сумматора 36. После этого числа адресного потока, проходящие чеиез сумматор 36 на выход 32 блока 10, уменьшаются на единицу. Это приводит к тому, что сигнал блока 9 памяти вызывается с запаздыванием

на один такт, угол d приобретает значение 2J/N и., на вькоде сумматора появляется небольшой сигнал возбуждения. Стенд 7 приходит в движение и детектор 13 формирует пропорционал ный амплитуде колебаний среднеквад- ратический сигнал. Если колебания оказываются меньше заданного уровня, с началом нового периода разность в .счетчике 35 увеличивается на единицу и соответственно на один квант увеличивается угол запаздьшания d , Возбуждение стенда 7 возрастает (фиг, 3 б). Так продолжается до тех пор, пока величины Ujt и Пге не достигают равенства. В случае ц.,- , па выходах компараторов 39 и 38 фиксируются О, и счетчик 35 перестает реагировать на счетные импульсы U. Интенсивность колебаний достигает заданного уровня.

При перевозбуждении (V(., U ) выходные сигналы компараторов принимают значения Ujg t, О и счетчик .35 переходит в режим суммирования. Тогда с каждым периодом сигнала U sintdt УГОЛ 0 уменьшается, уменьшая амплитуду колебаний стенда 7, пока равенство U2e И восстановится .

Если считать максимально допустимым на выходе сумматора 5 напряжение )t, система обеспечивает компрессию сигнала возбуждения во всем диапазоне значений.

Другая функция системы - коррекция формы колебаний - реализуется при изменении положения переключателя 14. Провод 24 подключается к шине нулевого потенциала, и усилитель 4 принимает вид масштабного блока с прямой передачей сигнала. Коэффициент усиления равен

1 +

fi.,

R

8х

R

.п. гг 9

R

где ROO - сопротивление обратной

связиi

Rj - входное сопротивление инвертирующего входа. Кроме того, вход детектора 13 подключается к вькоду элемента ИСКШО- ЧАЩЕЕ ШШ 11, вход 26 блока 10 - к шине нулевого потенциала, а вход 27 блока 9 памяти - к выходу предусилителя 2. Коэффициент передачи поfO

с

056496

следнего выбран так, что при отсутствии искажений амплитуда сигнала на входе 27 блока 9 памяти равна U.

Как и в первом случае, система начинает работать с появлением синхроимпульса, на проводе 29. Регистр 37 устанавливается в О, блок 9 памяти переходит в режим записи, выход его запирается, и на инвертирующем входе алгебраического сумматора 5 фиксируется отсутствие напряжения. На вибростенд 7 проходит синусный сигнал .возбуждения, а если его частота кратна резонансной, могут возникать искажения формы колебаний вибростола. Электрический сигнал на выходе предусилителя 2 пропорционален колебаниям стенда и описывается выражением

U2 .(Mt-d) + (1-ci/cu) ,

15

20

где X(t) - искажаюл(ая функция

об - отставание по фазе относительно Uj (масса вибростола не может мгновенно придти в движение и создает естественную задержку колебаний),

Сигнал Uj подается на запись в запоминающее устройство 20. Запись продолжается до второго переполнения счетчика 34, затем записанньш сигнал начинает непрерывно воспроизводиться, В первый момент воспроизведения, когда счетчик 35 еще остается в ну- левом состоянии, имеет место равенство: Ug U2, и Ug также отстает от Uj по фазе на угол / . Знаковые функции и и,,, запоминаюпщх устройств системы анализирует элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11. Он формирует импульсы, пропорциональные разности фаз сигналов, и передает их в детектор 13 для усреднения, Продетектиро- ванный сигнал сравнивается с О, и компаратор 38 устанавливает счетчик 35 на суммирование. В результате после каждого переполнения счетчика 34 угол 0 уменьшается, пока не до-. стигает значения О. Так как угол не изменяется, оставаясь все время равным О, то счетчик 35- в режиме коррекции на вычитание вообще не работает. Единственным устойчивым состоянием системы является совмеще

ние фаз и и И так как только в этом случае 113 0. Эпюры , Ujj, U показаны для случая с1 О (фиг„ За), О d. Ti (фиг, 3 Б ) и

д II (фиг. 3 g) . При совмещении знаковых функций 0 о, и на инвертирующем входе сумматора 5 остается сигнал Ug UpSinwt + X(t). Он вычитается из синусного сигнала с удвоенной амплитудой, вырабатываемого усилителем 4

Uj- U4-U9 2Uosinwt sintot+X(t) UoSinuJt-X(t).

Таким образом, возбуждающее воздействие, пропорциональное Vg на выходе алгебраического сумматора 5, оказывается искаженным в такой же ста пени, но с другим знаком, что приводит к выравниванию колебаний вибростола по форме образцового сигнала.

Система значительно проще известной и в то же время решает все зада- чи по калибровке виброизмерительных датчиков.

Формула изобрет е н и я

1. Система управления вибростендом, содержащая датчик вибраций, подключенньй к входу первого предварительного усилителя, последовательно соединенные задатчик вибрации, второй предварительньй усилитель и алгебраический сумматор, а также усилитель мощности, соединенный последовательно с вибростендом, источник регулируемого опорного напряже- ния, блок памяти, фазоуправляющий блок, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и генератор тактовых импульсов, к выходу которого подключены импульсные входы блока памяти и фазоуправляющего бло- ка, синхровход которого соединен с шиной синхронизирующих импульсов, первьй числовой выход фазоуправляющего блока связан с входом задатчи- ка вибраций, а второй числовой вы- ход - с адресным входом блока памяти, управляющий вход которого соединен с.потенциальным выходом фазоуправляющего блока, а выход - с вторым инвертирующим входом алгебраическо- го сумматора, отличающая- с я тем, что, с целью упрощения, введены среднеквадратический детектор и многопозиционный переключатель у которого первые входы первого и третьего контактов подключены к шине нулевого потенциала, первый вход вто5

o

5

0

5

рого контакта - к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены со знаковыми выходами задатчи- ка вибраций и блока памяти, первый вход четвертого и второй вход второго контактов многопозиционного переключателя соединены с выходом первого (Предварительного усилителя, второй вход третьего контакта - с выходом ис- точника регулируемого опорного напряжения, второй вход четвертого контакта - с выходом задатчика вибраций, многопозиционный переключатель соединен в кодом первого контакта с входом управления второго предварительного усилителя, выходом второго контакта через среднеквадратический детектор - с первым сигнальным входом, выходом третьего контакта - с вторым сигнальным входом фазоуправляющего блока, выходом четвертого контакта - с входом блока памяти, а выход алгебраического сумматора подключен к входу усилителя мощности.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что фазоуправляющий блок содержит первый и второй компараторы, суммирующий и реверсивный счетчики, сумматор и сдвиговый регистр, у которого вход установки в О соединен с синхровходом блока, сигнальньй вход - с шиной единичного потенциала, тактовый вход - с выходом переполнения суммирующего счетчика, выход - с потенциальным выходом блока и с входом установки в О реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с первым числовым выходом блока и с выходом суммирующего счетчика, вход которого соединен с импульсным входом блока, у которого второй числовой выход является выходом сумматора, причем прямой вход первого компаратора соединен с инвертирующим входом второго компаратора и с первым сигнальным входом блока, а прямой вход второго компаратора соединен с инвертирующим входом первого компаратора и i с вторым сигнальным входом блока, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с входами управления суммированием и вычитанием реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу переполнения суммирующего счетчика.

Изобретение касается автоматического регулирования и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброка- либрующего средства. Цель изобретения - упрощение устройства. Цель до- . стигается тем, что выход алгебраического сумматора подключен к выходу усилителя мощности и в устройство дополнительно введены среднеквадра- тический детектор с многопозиционным переключателем. Кроме того, пель достигается тем, что в фазоуправля- ющем блоке использованы компараторы, а элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ вынесен в общую схему. При этом система содержит запоминающие устройства и связанные с ними функциональные узлы. Причем регулировка организована с использованием тождества U|3sinwt-U(,sin(u)t-ci) r2U,sin |- sin (wt+ -™- ). Фазоуправляющий блок, сравнивая фактическое возбуждение с его опорным значением, воздействует на d , задерживая вызов из блока памяти синусоидального сигнала, предварительно записанного туда с выхода задат- чика вибраций. С изменением о изменяется амплитуда разностного сигнала, стабилизируя колебания вибростола на заданном уровне. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. с & (Л со о СП У: Х

o

J7

36

W

w

ж

Фив.

а

УО д

6L

Редактор Н.Рогулич

Составитель Л.Птенцова Техред и.Попович

Заказ 1450/45 Тираж 864Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 3

Корректор А.Зимокосов