Автоколебательный вибростенд Советский патент 1983 года по МПК G05D19/02 

(54) АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ ВИБРОСТЕНД

Изобретение относится к вибро.испытательной-технике, а именно к автоколебательным стендам для испытаний сейсмометрической аппаратуры в диапазоне инфранизких частот 0,01 - 20 Гц.

Известен резонансный вибростенд, создающий вибрации в диапазоне частот 1 - iOOOO Гц. Этот стенд представляет собой колебательную систему с одной степенью свободы с возбуждающей системой электродинамического типа. Частота колебаний подвижной системы задается генератором, сигнал с выхода которого после усиления поступает на вход вибровозбудителя колебаний. Измерение амплитуды вибрации -осуществляется с помощью микроскопа Cl.

Однако ввиду отсутствия системы поддержания амплитуды вибрации при изменении параметров усилителя, вибровозоудителя и задающего генератора, например, от тепловых переходных процессов и времени, стабильность амплитуды колебаний указанного стенда оказывается незначительной.

Известен автоколебательный вибростенд, который содержит подвижную систему, установленную в упругом подвесе, датчик скорости, подвижная часть которого закреплена на подвижной системе, а статор на корпусе стенда. Выход датчика скорости через усилитель соединен с входом магнитоэлектрического или электромагнитного возбудителя колебаний. Возбуждение гармонических колебаний в таком стенде осуществляется за счет.положи10тельной обратной связи, содержащей датчик скорости, усилитель и возбудитель колебаний 2 .

Движение подвижной системы стенда описывается уравнениями

15

4 Вх + сх FB;)

тх

(1) )

FB

масса подвижной системы;

где m В с

20 коэффициент демпфирования; коэффициент линейной жесткости упругого подвеса; сила, создаваемая возбудиFB телем колебаний;

25 Qf-,-,- соответ/:твенно коэффициенты передачи датчика скорости, усилителя и возбудителя колебаний;

X - перемещение подвижной сис30темы стенда. Демпфирование в вибростенде во многом определяется трением. При линеаризации его методом гармонического баланса из уравнений 11)по лучим амплитуду автоколебаний где РТР силе трения в подвесе,; К S. - коэффициент передачи обратной связи. Из (2) следует, что при изменении силы трения, например во времен и коэффициента передачи обратной св зи из-за тепловых переходных процессов в обмотке возбудителя колеба НИИ и других причин происходит изме нение амплитуды автоколебаний. В ре зультате, возникают погрешности измерения параметров вибрации из-за нестационарности амплитуды автоколе баний. Например, при изменении силы трения на 4% происходит соответству щее изменение на 4% амплитуды колебаний подвижной системы стенда. Ансшогичное соотношение имеет место и при изменении коэффициента переда чи обратной связи. целью изобретения является повышение точности воспроизведения коле баний. Поставленная цель достигается тем, что в автоколебательный вибростенд, содержащий датчик скорости подвижной части вибростенда, установленной в упругих опорах, и посл довательно соединенные усилитель и возбудитель колебаний, введены последовательно соединенные датчик пер мещений подвижной части вибростенда первый компаратор, первый ключ, пер вый интегратор, сумматор, второй интегратор и аттенюатор, последовательно соединенные второй компарато дифференциатор, первый селектор, второй ключ и третий интегратор, а также источник опорного напряжения, второй селектор и третий компаратор первый вход которого подключен к выходу датчика перемещений, второй вход - к выходу третьего интегратор и к второму входу сумматора, а выход - к второму входу второго ключа вход второго селектора соединен с выходом дифференциатора, а выход вторым входом первого ключа, выход датчика скорости связан с входом второго компаратора и с входом аттенюатора, выходом подключенного к входу усилителя выход первого интегратора соединен с вторым входом первого компаратора, причем выход источника опорного напряжения подключен к второму входу второго интегратора. Повышение точности воспроизводимых колебаний в предлагаемом стенде по сравнению с известным достигает ся введением автоматического регулирования коэффициента передачи положительной обратной связи. При этом регулирование осуществляется пропорциональным амплитуде перемещений подвижной системы стенда. На фиг. 1 показана функциональная схема автоколебательного вйбростенда; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу стенда. Автоколебательный вибростенд имеет подвижную часть 1, установленную в упругих опорах 2, датчик 3 переме- щений, например емкостный, подвижная часть которого закреплена на подвижной систе да стенда, а неподвижная часть - на корпусе. Датчик 4 скорости выполнен электродинамическим так, что катушка его установлена на подвижной системе стенда, а магнитная система на корпусе. Вибростенд содержит -также аттенюатор 5, усилитель б, возбудитель 7 колебаний (электродинамический ), компараторыпервый, третий, второй 8 - 10, интеграторы - первый, третий, второй 11 13, ключи 14 и 15, сумматор 16, дифференциатор 17, селекторы 18 и 19 импульсов. Источник 20 опорного напряжения быть любым, но с регулируемым выходным напряжением. На фиг. 2 обозначены:иэ(.- напряжение на выходе датчика скорости 4; напряжение на выходе датчика перемещений 3;ик напряжение на выходе компаратора 10 j ( соответственно напряжения на выходе дифференциатора, селектора положительных и отрицательных импульсов. Стенд работает следугацим образом. Сигнал с выхода датчика 4 скорости (-фиг. 2аГ через аттен19атор и усилитель 6 поступает на возбудитель 7. При выполнении условия самовозбуждения, которое вытекает из уравнений (1 ) В КдрК-у Kg возникают, автоколебания. Перемещения подвижной CKCieusa с помощью датчика перемещений преобразуются в электрический сигнал (фиг. 2S) и поступает на вход компараторов 8 и 9.: Компаратор 10 преобразует -сигнал с датчика скорости в прямоугольные импульсы (фиг. 2bj, которые после дифференцирования с помощью блока 17 (фиг. 21.) и селекции на селекторах 18 (фиг. 29) и 19 (фиг. 2е ) управляют ключами 14 и 15. Таким образом, . ключи 14 и 15 открываются в момент прохождения максимумов сигналов с датчика перемещений. В результате интеграторы 11 и 12 запоминают амплитудные значения перемещений. Сумматор 16 суммирует эти сигналы и делит полученную сумму пополам. С выхода сумматора 16 ригнал поступает на вход интегратора 13, где сравнивается с сигналом источника 20 напря жения, а затем разность интегрируется и поступает на управляемый аттеню тЬр 5, с помощью которого изменяется коэффициент усиления обратной свя зи. Если в силу каких-либо причин произошло изменение амплитуды автоколебаний, то на выходе интегратора 13 происходит изменение сигнала, в , результате чего аттенюатор 5 меняет свое сопротивление так, что коэффициент усиления обратной связи становится таким, при котором на выходе интегратора 13 напряжение близко к. нулевому значению. Использование в и,епя поддержания амплитуды интегра тора 13, позволяет сделать систему с астатизмом по амплитуде перемещений Применение в стенде регулирования по амплитудному значению перемещений позволило создать систему поддержания параметров автоколебаний в диапазоне инфранизких частот Q.,pi- 50 Гц. Для оценки технико-экономической эффективности воспользуемся уравнениями t.2), откуда относительная погрешность поддержания амплитуды имеет вид р c-f. Из (3 ) следует, что для обеспечения нулевой погрешности амплитуды автоколебаний необходимо выполнить равенство ./ i а F, где dF , - соответственно при0 ращение силы трения и.начальное значение силы трения; Kg - начальное значение коэффициента обратной СВЯЗИ; dK - прирёодение коэффици. ента обратной связ.и при котором происходит исключение погре ности амплитуды автоколебаний. .Более детальные расчеты; показывают, что погрешность поддержания амплитуды автоколебаний с помощью предложенного технического решения уменьшается более чем в 5 раз. изобретения Автоколебательный вибростенд, содержаищй датчик скорости подвижной части вибростенда, установленной в упругих опорах, и последовательно соединенные усилитель и возбудитель колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения колебаний, вибростенд содержит последовательно соединенные датчик перемещений подвижной части вибростенда, перклй компаратор, першлй ключ, первый интегратор, йумматор, второй интегратор и аттенюатор, последовательно соединенные второй компаратор, дифференциатор, первый селектор, второй ключ и третий интегратор, а также источник опорного напряжения, второй селектсо и третий компаратор, первый вход которого подключен к выходу датчика перемещений, второй вход - к выходу третьего интегратора и к второму входу сумматора, а выход - к второму входу второго, ключа, вход второго селектора соединен с выходом дифференциатора, а выход - с вторым входом первого ключа,, выход датчика скорости связан с входом йторого компаратора и с входом аттенюатора, выходом подключенного к входу усилителя, выход первого интегратора соединен с вторым входом первого компаратора, причем выход источника опорного напряжения подключен к второму входу второго интег ратора. . Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе 1.Шкаликов B.C. и др. Измерение параметров вибрации и удара М., Изд-во стандартов, 1980, с. 205-208, 2.Авторское свидетельсво СССР . 169842, кл. G 01 М 7/00, 1963 (прототип).

4/sX/.

V V , л S Jv

/чуч|

W

Г7

W

L

13

г

П

1

J

16

9

г

15

го