Устройство для регулирования частоты колебаний платформы Советский патент 1980 года по МПК G05D19/02 

Иэобрегение относится к области регулирования механических колебаний резонансных объектов, например вибрационных устройств, применяемых в строительной индустрии, обогатительной, пищевой и других отраслях промышленности, Известно устройство, используемое дл выявления и поддержания экстремальных значений амплитуды колебаний резонансного объекта СЧ В известном устройстве для поддержания экстремальных значений амплитуды колебаний используются, фазовые характеристики объекта, связанные однозначной зависимостью с амплитудными характерис тиками, имеющими экстремум .(резонансный режим), причем предполагается, что резонансному режиму соответствует фазовый сдвиг между управляющим воздействием и управляемой величиной, равный Указанное соответствие справедлив для объектов, обладающих высокой добротностью, т. е, малой степенью затухания колебаний. Однако ряд резонансных объектов, выполняющих технологические операции, например виброуплотнение бетонных смесей, обладает относительно низкой добротностыо. Применение для этих объектов известного устройства не обеспечивает поддержание максимальной амплитуды колебаний, так как для объектов с низкой добротностью уг-оп фазового сдвига, равный , не соответствует резонансу. Для резонансных объектов, обладающих низкой добротностью, возможно построение систем экстремального управления на основе известных .методов поиска экстремума (метод запоминания экстремума, метод синхронного детектирования и т. д). Однако применение указанных методов к резонансным объектам требует введения в экстремальный, регулятор устройства выделения огибающей амплитуд колебаний управляемой величины. Построение таких устройств предогав- пяет собой сложную техническую задачу, а для промышленных резонансных объектов, работающих, как правило, на низких частотах, проблема построения устройств для выделения огибающей ампли.туд колебаний резко усложняется. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для регулирования колебаний резонансного объекта, состоящее из элект.ромагнитного вибровоабудителя с рабочим органом и упругих элементов, включающее датчик виброперемещений рабочего органа и усилитель 2. Устройство является самовозбуждаЮ щейся колебательной системой, установив шиеся колебания в которой осуществляю ся на частоте, равной частоте собственных колебаний системы. Для объектов с высокой добротностью устройство обеспечивает колебания, близкие к резонансу, поскольку в таких объектах частота собственных колебаний практически срвпада- .ет с частотой резонанса, т. е. с частотой, при которой амплитуда колебаний максимальна. В объектах низкой добротностью частота собственных кодебаний существенно отличается от частоты резонанса, и, следовательно, установление в системе колебаний с частотой, равной частоте собственных колебаний системы, не обеспечивает выявления и поддержания резонансного реншма. Это снижает интенсивность колебаний электрр .магнитного вибровозбудителя с рабочим органом- й,как следствие, снижает эффек тивность ведения технологического проце са, протекающего в рабочем органе. Цель изобретения ,- повышение быстро действия устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит преобразовател последовательно соединенные генератор напряжения и коммутатор и последоЬател но Соединенные регулятор, дифференциатор, ключ, блок памяти, суммато Генератор частоты и второй ключ, выход которого подключен к первому входу уси лителя, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход - со входом преобразователя, связанного выходом с электромагнитным вибровозбу- дителем, первый выход коммутатора под ключен ко второму входу первого ключа второй выход - ко второму входу второг ключа, а вход - ко второму входу сумм тора, вход регулятора соединен с выхо- дом датчика виброперемещения. На фиг, 1 изображена функциональная хема устройства; на фиг, 2 - эпюры, ллюстрирующие работу устройства в ежиме самовозбуждения; на фиг. 3 пюры, иллюстрирующие работу устройства в режиме принудительного возбуждения колебаний. Устройство содержит платформу 1, электромагнитный вибровозбудитель 2, упругие (виброизолирующие) элементы 3, датчик 4 виброперемещения платформы, регулятор 5, дифференциатор 6, первый 7 и второй 8 1ШЮЧИ, коммутатор 9, усилитель 10, преобразователь 11, упругие элементы 12 электромагнитного вибровозбудителя, блок 13памяти, генератор 14 напряжения, сумматор 15, генератор 16 частоты. На приведенных на фиг. 2 эпюрах обозначены импульсы 1,0 тока) протекающие через электромагнитный вибровозбуди- тель, импульсы Р тягового усилия, развиваемого электромагнитным вибровозбудителём, перемещение сГ платформы, сигнал. X на выходе дифференциатора, импульсы Up питания электромагнитного вибровозбудителя. На приведенных на фиг. 3 эпюрах обозначены напряжение U на выходе генератора напряжения, напряжения Uj/-) . на выходах коммутатора, управляющие соответственно первым и вторым ключами, напряжение выходе блока памяти, напряжение U на выходе сумматора. Устройство работает следзгющим образом. Платформе 1 сообщается вибрацион юе воздействие, создаваемое электромагнитным вибровозбудителем.. 2. Вибровозбудитель 2 установлен на упругих элементах 3, осуществляющих виброизоляцию фундамента. Гармонические колебания платформы 1 воспринимаются датчиком 4 вйброперемещений, сигнал с которого поступает на регулятор 5, осуществляющий автоматическую регулировку усиления. Сигнал с регулятора 5, амплитуйа которого постоянна независимо от амплитуды колебаний платформы 1, поступает на в.ход дифференциатора 6. Поскольку сигнал на входе дифференциатора 6 изменяется по гармоническому закону Asinuji; где А - амплитуда, постоянная на всех частотах, на выходе дифференциатора 6 появляется сигнал, изменяющийся по закону со Aco9U)t, т. е. пропорциональный частоте колебаний платформы 1.

. Дальнейшая работа устройства зависит от состояния первого 7 и второго 8 ключей, управляемых коммутатором 9, При замкнутом первом ключе 7 и разомкнутом втором ключе 8 устройство- работает в режиме самовозбуждения, при разомкнутом первом ключе 7 и замкнутом- втором ключе 8 устройство работает в .режиме принудительного возбуждения колебаний.

В режиме самовозбуждения сигнал с выхода дифференциатора 6 через замкнутый ключ 7 поступает на первый вход усилителя 10, а с выхода последнего

через тиристорный преобразователь 11 питания - на вход электромагнитного вибровозбудителя 2.

При подаче на устройство напряжения возникает первоначальный возмущающий импульс, вызывающий сжатие упругих элементов 12 вибровозбудителя 2 и движение платформы 1, пере)(:одящее в собственные колебания. В результате этого -на выходе датчика 4 виброперемещения .возникает электрический сигнал переменного тока, пропорциональный перемещению сО (фиг. 2) платформы 1, частота которого равна частоте собственных колебаний В регуляторе 5 сигнал, сохраняя гармо- ническую форму, стабилизируется по амплитуде и далее дифференциатором Q дифференцируется. Образовавшийся на выходе дифференциатора гармонический сигнал V (фиг.2) через усилитель 10 поступает на тиристорный преобразователь 11 питания, вырабатывающий прямоугольные импульсы Ufi (фиг. 2) питания вибровозбудителя 2.

Поскольку длительность импульсов

Un составляет половину периода собственных колебаний, обратное движение платформы 1 осуществляется за счет энергии, накопленной во время сжатия упругих элементов. Возникает режим установившихся колебаний, при котором йреобразователь 11 питает вибровозбудитель 2 импульсами тока Чо (фиг. 2), частота пов:торения которых, как и импульсов тягового усилия F (фиг. 2), равна частоте соб.ственных колебаний.

При изменении параметров технологи- .ческого процесса, -протекающего в платформе 1 во время вибрационного воздействия, изменяются параметры резонансного объекта (электромагнитный внбровоз- |будитель с платформой), что приводит к установлению в устройстве новой частоты

собственных колебаний. Таким образом, частота собственных колебаний функцио нально связана с изменением свойств объекта.

Для резонансных объектов с низкой добротностью частота собственных ко- (лебаний, которая устанавливается в устройстве, существенно отличается от частоты резонанса, при котором амплитуда колебаний максимальна, причем частота резонанса всегда меньше частоты собственных колебаний. Это интенсивность колебаний электромагнитного : вибровозбудителя 2 с платформой 1 и, соответственно, интенсивность технологических процессов, протекающих в платформе.

Ха эактерной особенностью устройства -является повышение интенсивности колебаний электромагнитного вибровозбудителя 2 с платформой 1 путем периодического уменьшения частоты колебаний относительно установившейся частоты собственных колебаний, нрйчем периодическое уменьшение частоты колебаний , осуществляется так, чтобы проходилась

частота , соответствующая частоте резонанса. Это осуществляется путем пе- ревода устройства в режим принудительного возбуждения колебаний.

Подготовка к режиму принудительно-

го возбуждения колебаний осуществляется еще во время режима самовозбуждени

; Во время работы устройства в режиме самовозбуждения: сигнал с дифференциатора б через перВый ключ поступает, кроме усилителя 1О, на вход блока памяти 13, в котором фиксируется амплитудное значение сигнала с дифференциатора 6, пропорциональное частоте собственных колебаний (фиг. 3, кривая U56 ).

Переход на режим принудительного возбуждения колебаний осуществляется при размыкании первого ключа 7 и за.мыкании второго ключа В, причем перек:лючение ключей осуществляется коммутатором 9, управляемым напряжением с выхода генератора 14 пилообразного напряжений (фиг. 3, кривая Upp ). Интервалам времени, на которых напряжение Up,, равное нулю, соответствует наличие напряжения на том выходе коммутатора 9, который управляет замыканием первого ключа 7 (фиг. 3, кривая U ), а интервалам времени, на которых напряжение Орпн отлично от нуля, соответствует наличие напряжения на том выходе коммутатора 9, который управляет замы санием второго ключа 8 (фиг. 3, кривая

JKI )

Напряжение Ujg с выхода блока 13

памяти алгебраически суммируется в сумматоре 15 с напряжением У, посту-. пающим с выхода генератора 14 пилообразного напряжения. Алгебраическая сумма напряжений U (фиг. 3) с выхода сумматора 15 поступает на вход генера тора 16 частоты, определяя частоту

принудительных колебаний электромагнитного вибровоабудителя 2 с платформой 1, причем частота принудительных колебаний в этом режиме плавно уменьшается относительно установившейся частоты собственных колебаний, проходя частоту, соответствующую резонансу. Напряжение с выхода генератора 16 частоты через замкнутый второй ключ 8 поступает на . второй вход усилителя 1О, управляя

тиристорным преобразователем 11 питания с частотой, вырабатываемой генератором 16.

Поскольку переключение ключей 7 и 8. определяется режимом работы генера- тора .14 пилообразного напряжения, устройство периодически переключается с режима самовозбуждения на режим принудительного возбуждения Еопебаний. Такое переключение обеспечиБаёт не толь ко периодическое прохождение частоты, соответствующей резонансу, но и периодическую настройку на новые ЗЕичения частоты собственных колебаний, которые воз никают из-за изменения иараметров з-ех- нологического прсжесса, преугекающего в платформе при вибрационном воздействи

Периодическое прохождение частоты, соответствующей резонансу, увеличивает

амплитуду колебаний платформы в области резонанса, интенсифицируя процессы, протекающие в платформе.

Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты колебаний платформы, содержащее электромагнитный вибровозбудитель с упругими элементами и установленной на нем платформой, датчик виброперемещений платформы и усилитель, отличающееся тем, что с целью повышения быстродействия устройства, оно содержит преобразователь, последовательно соединенные генератор напряжения и коммутатор и последовательно соединенные регулятор, дифференциатор, первый ключ, блок памяти, сумматор, генератор частоты и

второй ключ, выход которого ПОД1ШЮЧ6Н к

первому входу усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход - со входом преобразователя, связанного выходом с электро.магнитным вибровозбудиталем, первый выход коммутатора подключен ко второму входу первого ключа, второй выход ко второму входу второго 1слюча, а вход - ко второму входу сумматора, вход регулятора соединен с выходом датчика виброперемещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 590695, кл. Q 05 В 13/02, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР № 91880, кл. Q 01 М 7/00, 1957 (прототип).

. -f