Устройство для воспроизведения силовых воздействий Советский патент 1977 года по МПК G01M7/00 

1

Изобретение касается экспериментальных устройств, предназначенных для динамических испытаний механических конструкций, в частности воспроизведения силовых воздействий при определении упруго-массовых характеристик конструкций методом электромеханического моделирования.

К устройствам указанного назначения предъявляются требования преобразования синусоидальных электрических сигналов в механические усилия с высокой точностью (погрешность преобразования но амплитуде 1- 2%) ив широком диапазоне частот (от единиц до сотен герц). От точности поддержания внешних воздействий при непрерывном (или дискретном) изменении частоты возбуждения колебаний зависит точность определения амплитудно-частотных характеристик обобщенной массы, декремента и других параметров исследуемой конструкции.

Известны устройства указанного назначения, содержащие электродинамический возбудитель колебаний и цепь обратной связи, содержащую измерительный преобразователь и усилитель напряжения, выходной сигнал которого управляет амплитудой напряжения задающего генератора для уменьшения отклонений регулируемого параметра от требуемого его значения 1.

Однако эти устройства не обеспечивают необходимой точности регулирования амплитуды силы возбудителя, а при увеличении коэффициентов передачи ycиv итeлeй и наличии определенных фазовых сдвигов теряют устойчивость.

Прототипом изобретения является устройство для воспроизведения силовых воздействий, содержащее в прямой цепп задающий генератор, сумматор, усилитель мощности, электродинамический возбудитель колебаний, а в цепи обратной связи - силоизмерительный преобразователь с усилителем напряжения н фазоинвертор. В этом устройстве между возбудителем и объектом находится силоизмерительный преобразователь, сигнал которого усиливается и сравнивается с напряжением задающего генератора 2.

Однако это устройство не обладает достаточной точностью и необходимым запасом устойчивости в требуемом диапазоне частот. Коррекция частотных характеристик с целью стабилизации замкнутой системы связана с синтезом чрезмерно сложных корректирующих цепей, а в случаях, когда испытываемый объект имеет переменные параметры или требуется исследовать несколько собственных тонов упругой конструкции, такая коррекция практически иереализуема. Целью изобретения является повышение запаса устойчивости н точности работы устройства в широком днаиазоне частот. Для этото в предлагаемое устройство в цеиь обратной связи между усилителем нанряжеиия и фазоиивертором включены иоследовательно соединенные двухиолупериодный выирямитель со сглаживаюш,им фильтром и блок перемножения напряжений, второй вход которого через делитель напряжения подключен к нерегулируемому выходу задаюш его генератора. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит в прямой цепи электродинамический возбудитель 1 колебаний, подвижная катушка 2 которого подключена к усилителю 3 мош,ности, соединенному через сумматор 4 с залТ,аюш,им генератором 5. Цепь обратной цепи содержит последовательно включенные силоизмерительный преобразователь 6, установленный между подвижной катушкой 2 и испытываемым объектом 7, усилитель 8 напряжения, двухиолупериодный выпрямитель 9, сглаживаюш,ий фильтр 10, подключепный к одному входу блока 11 иеремножеиия напряжений, к другому входу которого через делитель 12 напряжения подключен нерегулируемый выход задаюш,его генератора 5, а выход блока 11 перемножения напряжений через фазоинвертор 13 соединен с другим входом сумматора 4. Работа устройства заключается в следуюш,ем. Управляюш,ее ыапря кение задаюш,его генератора 5, пропорциональное требуемым силовым воздействиям, с помоп1,ью усилителя 3 мощности преобразуется в ток, протекаюш,ий через подвижную катушку 2 электродинамического возбудителя 1 колебаний. В результате взаимодействия тока с магнитным нолем возникает сила, передаваемая на испытываемый объект 7. С помошью силоизмерительного преобразователя 6 сила преобразуется в электрический сигнал, который усиливается усилителем, фильтруется от высших гармоник сглаживаюш,им фильтром 10 и подается на вход блока 11 перемножения напряжений. К другому входу последнего через делитель 12 напряжения подается опорное напряжение (постоянной амплитуды) задаюш,его генератора 5, имеюш,ее частоту и фазу, равные частоте и фазе управляюнлего напряжения. Выходное напряжение блока 11 перемножения, пропорциональное по модулю силе, а по частоте и фазе - управляюш,ему напряжению, через фазоинвертор 13 в виде сигнала отрицательной обратной связи поступает на вход сумматора 4. Разность двух напряжений с выхода сумматора 4 поступает на усилитель 3 мощности, преобразуется в ток и отрабатывается электродинамическим возбудителем 1 в меха 1ичсскую силу с точностью, определяемой значением коэффициента обратной связи. Таким образом осуществляется воспроизведение по управляющему напряжению и автоматическое регулирование амплитуд требуемых силовых воздействий. Предлагаемое устройство обладает устойчивостью в широком диапазоне частот и при больших 31;ачеииях коэффициента передачи разомкнутой системы. Это позволяет обеспечить требуемую точность воснроизведения силовых воздействий по амплитуде (погрешность 1-2%), компенсируя влияние инерционной массы и демпфирования подвижной катушки, а также жесткости подвеса и нелинейности электродинамического возбудителя колебаний. Устойчивость системы обеспечивается благодаря тому, что независимо от значений коэффициента передачи и фазовых сдвигов разомкнутой системы сигнал обратной связи находится в противофазе с управляющим напряжением. Устройство позволяет существенно расширить частотный диапазон (от единиц до сотен герц) исследуемых колебаний, что весьма важно для получения более полного объема информации о колебательных характеристиках исследуемых конструкций, в частности летательных аппаратов и их моделей. С помощью устройства, помимо воспроизведения силовых воздействий, принципиально возможно поддерживать (регулировать) амплитуду, например, вектора скорости или ускорений колебаний подвижной системы электродинамического возбудителя, при этом в цепь обратной связи необходимо установить соответствующий измерительный преобразователь. Формула изобретения Устройство для воспроизведения силовых воздействий, содержащее в прямой цепи задающий генератор, сумматор, усилитель мощности, электродинамический возбудитель колебаний, а в цепи обратной связи - силоизмерительный преобразователь с усилителем апряжеиия и фазоинвертор, отличающееся тем, что, с целью повышения запаса усойчивости и точности работы устройства в ироком диапазоне частот, в цепь обратной вязи между усилителем напряжения и фазонвертором включены последовательно соедиенные двухполупериодный выпрямитель со глаживающим фильтром и блок перемножеия напряжений, второй вход которого через елитель напряжеиия подключен к нерегулиуемому выходу задающего генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Генкин М. Д. и др. Электродинамические ибраторы. М., «Машиностроение, 1975, с. 25. 2. Авторское свидетельство СССР ЛЬ 146567, л. G 01М 7/00, 1960.

-7

13

-