Система керування вібростендом

Система керування вібростендом, яка містить послідовно з'єднані задавальний генератор, підсилювач потужності, вібростенд із установленим контрольованим об'єктом, коло зворотного зв'язку, що включає послідовно з'єднані перший віброперетворювач, установлений на вібростенді, перший погоджувальний підсилювач, перший випрямляч і перший згладжуючий фільтр, вихід якого підключений до входу пристрою порівняння, що виходом з'єднаний із другим входом першого блока множення, другий випрямляч, другий згладжувальний фільтр, підключений до першого блока множення, другий блок множення, диференціюючий пристрій, пристрій розподілу, яка відрізняється тим, що до неї додатково введені послідовно з'єднані суматор, перший вхід якого з'єднаний з виходом задавального генератора і першими входами першого та другого блоків множення, другий вхід - з виходом першого блока множення, а третій вхід - з виходом другого блока множення, і попередній підсилювач, вихід якого підключений до входу підсилювача потужності, перший ключ, з входом, підключеним до виходу суматора, а виходом з'єднаний з першим входом першого блока формування моделі-еталона вібратора, другий вхід якого U 2 UA 1 3 Недоліком відомого пристрою є низька точність регулювання рівня навантаження об'єктів з масою, що змінюється, у широкому діапазоні частот вібрації. Найбільш близьким за технічною сутністю є система керування вібратором (Пат. України №82690, G01M7/02, бюл. №9, 2008), що містить послідовно з'єднані задавальний генератор, перший випрямляч, перший згладжувальний фільтр, регулятор амплітуди, перший помножувач, підсилювач потужності, віброзбуджувач, коло зворотного зв'язку, що включає віброперетворювач, погоджувальний підсилювач, регулятор, другий випрямляч, другий згладжувальний фільтр, вихід якого підключений до другого входу регулятора амплітуди, послідовно з'єднані інтегратор, вхід якого з'єднаний з виходом задавального генератора, другий помножувач і подільник напруги, вихід якого з'єднаний із другим входом першого помножувача, і послідовно з'єднані диференціатор, вхід якого з'єднаний з виходом задавального генератора, третій випрямляч, третій згладжувальний фільтр, вихід якого з'єднаний із другим входом другого помножувача. Під дією вібрації на об'єкти з масою, що змінюється, точність навантаження пристрою регулювання вібрації низька через обмежений діапазон регулювання, внаслідок виконання регулятора амплітуди за схемою підсилювача напруги з регульованим коефіцієнтом підсилення. Відомий пристрій також не дозволяє здійснювати регулювання коефіцієнта підсилення у широкому діапазоні частот через великий діапазон зміни вихідного сигналу. В основу корисної моделі поставлена задача створення системи керування вібростендом шляхом введення у пристрій додаткових вузлів і блоків на елементах, що дозволяють реалізувати керування за регульованими моделями - еталонами коливальної системи вібростенда, що сприяє розширенню частотного і динамічного діапазонів регулювання, за рахунок чого досягнуте підвищення точності регулювання рівня навантаження об'єктів з масою, що змінюється. Поставлена задача досягається тим, що в системі керування вібростендом, яка містить послідовно з'єднані задавальний генератор, підсилювач потужності, вібростенд із установленим контрольованим об'єктом, коло зворотного зв'язку, що включає послідовно з'єднані перший віброперетворювач, установлений на вібростенді, перший погоджувальний підсилювач, перший випрямляч і перший згладжуючий фільтр, вихід якого підключений до входу пристрою порівняння, що виходом з'єднаний із другим входом першого блока множення, другий випрямляч, другий згладжувальний фільтр, підключений до першого блока множення, другий блок множення, диференціюючий пристрій, пристрій розподілу, згідно з корисною моделлю, до неї додатково введені послідовно з'єднані суматор, перший вхід якого з'єднаний з виходом задавального генератора і першими входами першого та другого блоків множення, другий вхід - з виходом першого блока множення, а третій вхід - з виходом другого блока множення, і попередній під 50073 4 силювач, вихід якого підключений до входу підсилювача потужності, перший ключ, з входом підключеним до виходу суматора, а виходом з'єднаний з першим входом першого блока формування моделі-еталона вібратора, другий вхід якого підключений до виходу першого обчислювального пристрою, та з послідовно з'єднаними першим квадратором і першим підсилювачем, вихід якого підключений до першого входу першого обчислювального пристрою, другий вхід якого з'єднаний з виходом першого згладжуючого фільтра, третій вхід - з виходом інвертора, входом з'єднаного з виходом пристрою поділу, перший вхід якого з'єднаний з виходом першого погоджувального підсилювача і входом диференціюючого пристрою, а другий вхід - з виходом диференціюючого пристрою, другий ключ, вхід якого підключений до входу першого ключа, а вихід з'єднаний з першим входом другого блока формування моделі-еталона вібратора, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого обчислювального пристрою, першим входом з'єднаного з виходом другого кола зворотного зв'язку, що включає послідовно з'єднані другий віброперетворювач, установлений на об'єкті, другий погоджувальний підсилювач, третій випрямляч і третій згладжувальний фільтр, другий і третій входи другого обчислювального пристрою відповідно з'єднані із другим і третім входами першого обчислювального пристрою, причому вихід другого блока формування моделі-еталона вібратора з'єднаний із входом четвертого випрямляча, вихід якого приєднаний до входу четвертого згладжуючого фільтра, виходом з'єднаного із другим входом другого пристрою порівняння, виходом з'єднаного із другим входом другого блока множення, вимірник фази, входами підключений до виходів першого і другого погоджувальних підсилювачів, а виходом до входу релейного підсилювача, вихід якого з'єднаний з керуючими входами першого та другого ключів. Введення у пристрій першого та другого ключів, першого та другого блоків формування моделіеталона вібратора, пристроїв порівняння, блоків множення дозволяє розширити діапазон регулювання вихідного сигналу вібростенда в область високих частот. Введення в пристрій першого обчислювального пристрою, першого підсилювача, першого квадратора, диференціюючого пристрою, пристрою поділу, інвертора дозволяє здійснити регулювання параметра моделі, еквівалентного масі коливальної системи вібростенда, тобто підвищити точність регулювання рівня навантаження об'єктів з масою, що змінюється. Введення другого обчислювального пристрою, другого кола зворотного зв'язку, що містить другий віброперетворювач, другий погоджувальний підсилювач, третій випрямляч, третій згладжувальний фільтр, дозволяє регулювати параметр моделіеталона, еквівалентний масі коливальної системи вібростенда в області високих частот, що дозволяє підвищити точність регулювання рівня навантаження, розширює динамічний і частотний діапазон роботи. 5 На фігурі подана функціональна схема системи керування вібростендом. Система містить послідовно з'єднані задавальний генератор 1, суматор 2, попередній підсилювач 3, підсилювач 4 потужності, віброзбуджувач 5 із закріпленим контрольованим об'єктом 6, перше коло зворотного зв'язку, що містить послідовно з'єднані перший віброперетворювач 7, установлений на віброзбуднику 5, перший погоджувальний підсилювач 8, перший випрямляч 9, перший згладжувальний фільтр 10, перший пристрій 11 порівняння. Другий вхід першого пристрою 11 порівняння з'єднаний з виходом суматора 2 через послідовно з'єднане коло, що включає перший ключ 12, перший блок 13 формування моделі-еталона вібратора, другий випрямляч 14, другий згладжувальний фільтр, 15, а вихід пристрою 11 порівняння з'єднаний із другим входом першого блока 16 множення, вихід якого з'єднаний із другим входом суматора 2, а перший вхід - з виходом задавального генератора 1. Вихід суматора 2 через послідовне коло, що включає другий ключ 17, другий блок 18 формування моделі-еталона вібратора, четвертий випрямляч 19, четвертий згладжувальний фільтр 20, з'єднаний із другим входом другого пристрою 21 порівняння, вихід якого підключений до другого входу другого блока 22 множення, вихід якого з'єднаний із третім входом суматора 2, а перший вхід - з виходом задавального генератора 1. Другий вхід першого блока 13 формування моделі-еталона з'єднаний з виходом першого обчислювального пристрою 23, перший вхід якого через послідовне коло, що включає перший квадратор 24 і перший підсилювач 25 з коефіцієнтом передачі а, з'єднаний з виходом першого ключа 12, другий вхід обчислювального пристрою 23 з'єднаний з виходом першого згладжуючого фільтра 10, другим входом другого обчислювального пристрою 26 і першими входами першого 11 і другого 21 пристроїв порівняння, а третій вхід - із третім входом другого обчислювального пристрою 26 і виходом інвертора 27. Вхід інвертора 27 з'єднаний з виходом пристрою 28 розподілу, перший вхід якого з'єднаний з виходом першого погоджувального підсилювача 8 і входом диференціюючого пристрою 29, а другий - з виходом диференціюючого пристрою 29. Другий вхід другого блока 18 формування моделі-еталона вібратора з'єднаний з виходом другого обчислювального пристрою 26, перший вхід якого через послідовне коло, що містить другий погоджувальний підсилювач 30, третій випрямляч 31 і третій згладжувальний фільтр 32, з'єднаний із другим віброперетворювачем 33, установленим на контрольованому об'єкті 6. Керуючі входи ключів 12, 17 з'єднані з виходом релейного підсилювача 34, вхід якого підключений до виходу вимірника 35 фази, входами з'єднаного з виходами першого 8 і другого 30 погоджувальних підсилювачів. Пристрій працює у такий спосіб. Гармонійний сигнал задавального генератора 1 U3 надходить на вхід суматора 2, на два других 50073 6 входи якого подаються сигнали з виходів першого 16 або другого 22 блоків множення, що виконують функції регуляторів амплітуди гармонійного сигналу. З виходу суматора 2 гармонійний сигнал, проходячи через попередній підсилювач 3 і підсилювач 4 потужності, збуджує електромагнітний віброзбуджувач 5, забезпечуючи необхідну величину переміщення Ха1 його платформи та Ха2 контрольованого об'єкта 6. На низьких частотах вихідна напруга вимірника 35 фази дорівнює нулю і ключ 12 відкритий, а ключ 17 - закритий, що обумовлює включення в роботу першого блока 13 формування моделі-еталона вібратора 5 першого обчислювального пристрою 23 і першого блока множення 16. Стабілізація рівня коливань контрольованого об'єкта 6 Ха здійснюється за відповідністю з величиною Ха амплітудно-частотній характеристиці (АЧХ) коливальної системи, що визначається блоком 13 формування моделі-еталона вібратора 5 за допомогою першого кола зворотного зв'язку, що включає перший віброперетворювач 7, перший погоджувальний підсилювач 8, перший випрямляч 9, перший згладжувальний фільтр 10, перший пристрій 11 порівняння. У цьому випадку постійна напруга з виходу першого згладжувального фільтра 10 надходить на перший вхід першого пристрою 11 порівняння, на другий вхід якого надходить задавальна напруга постійного струму, формованого в результаті проходження гармонійного сигналу з виходу суматора 2 через перший блок 13 формування моделі-еталона вібратора, другий випрямляч 14 і другий згладжувальний фільтр 15. Це забезпечує відповідність величини Ха1 АЧХ коливальної системи віброзбудника. При зміні маси об'єкта 6 забезпечується автоматична зміна параметрів першого блока 13 формування моделі-еталона вібратора за допомогою першого кола зворотного зв'язку та першого обчислювального пристрою 23. Блоки 13, 18 формування моделі-еталона вібратора являють собою електричні схеми, що містять елементи R, L і С, кожний з яких математично є аналогом відповідних елементів коливальних систем. Параметри електричних моделей L або С, що відповідають масам m, m1, m2, можуть змінюватися відповідно до керуючих сигналів обчислювальних пристроїв 23, 26. У розглянутому віброзбуднику 5 механічна частина являє собою коливальну систему з одним степенем волі - при відтворенні низьких частот і з двома степенями волі - при відтворенні високих частот. Амплітуди коливань коливальної системи визначаються виразами: Fa (1) Xa 2 m 2 0 для коливальної системи з одним степенем волі та Xa1 Xa 2 Fa m1 c 2 Xa 2 2 c 2 Xa1 2 01 (2) 2 m2 2 02 для коливальної системи з двома степенями волі, 7 50073 де Ха - переміщення сумарної маси платформи та об'єкта 6m (контрольований параметр коливань об'єкта); - кругова частота напруги задавального генератора, 1 2 f ; f - частота (Гц); c ; Xa1, Xa2 m переміщення відповідних мас m1, m2 для двомасової системи; с - коефіцієнт жорсткості; 1 ; 2 власні частоти m1, m2 відповідно; Fa - амплітуда змушувальної сили. З формули (1) одержуємо залежність для m: 1 Fa m c , (3) 2 Xa а з системи (2) для m1, m2 0 - власна частота маси m 1 m1 Fa c 2 Xa 2 Xa1 2 1 m2 2 c 2 Xa1 Xa 2 0 c1 (4) c2 Для електромагнітного віброзбудника 5 змінна складова тягового зусилля визначається виразом: 2 Fa U3 , де - постійна величина для даного електромагнітного віброзбудника (ЕМВ); U3 - амплітуда вхідної задавальної напруги. У такий спосіб сигнал, пропорційний масі m, визначається виразом: 2 U3 Xa m c 1 2 , (5), що реалізується за допомогою першого обчислювального пристрою 23. На перший вхід першого обчислювального 2 пристрою 23 надходить сигнал U3 , отриманий за допомогою квадратора 24 і підсилювача 25 з коефіцієнтом передачі , на другий вхід - сигнал з виходу першого згладжувального фільтра 10, пропорційний переміщенню Хa1, на третій вхід - сигнал, пропорційний 2 , котрий утворюється з вихідного сигналу , шляхом його Xa cos t подвійного диференціювання в диференціюючому пристрої 29, розподілу отриманого сигналу на вхідний у пристрої розподілу 28 та інвертування інвертором 27. 2 Xa cos t 1, Xa cos t де - кут зсуву між F(t) і x(t). При цьому, постійні с, с1, с2 для коливальної системи вібростенда заздалегідь вводяться у пам'ять обчислювальних пристроїв 23 і 26. За обчислювальні пристрої 23 і 26 у пристрої може бути 2 8 використаний мікропроцесор з функціями потрібних обчислень. Функціонування віброзбудника в режимі високих частот викликає появу кута зсуву фаз між коливаннями мас m1, m2. При твердому кріпленні мас m1, m2 (у режимі низьких частот) цей кут дорівнює нулю. При гнучкому зв'язку цей кут за величиною більше нуля і негативний через відставання коливань m2 від m1, що фіксується за допомогою вимірника 3 фази. При відтворенні електромагнітним вібратором 5 високих частот на виході вимірника фази 35 з'являється сигнал, що подається на релейний підсилювач 34. Вихідний сигнал релейного підсилювача 34 закриває перший ключ 12 і відкриває другий ключ 17. У цьому випадку в роботу включається друге коло зворотного зв'язку, що містить другий віброперетворювач 33, другий погоджувальний підсилювач 30, третій випрямляч 31, третій згладжувальний фільтр 32, другий обчислювальний пристрій 26, другий пристрій 21 порівняння. На другий обчислювальний пристрій 26 подаються сигнали Xa1, Xa2, 2 і згідно (4) визначається m2. Вихідний сигнал другого обчислювального пристрою 26 подається па другий вхід другого блока 18 формування моделі-еталона вібратора, коректуючи еквівалентний m2 параметр L або С. При цьому на перший вхід другого блока 18 формування моделі-еталона вібратора через другий ключ 17 надходить гармонійний сигнал з виходу суматора 2, який, проходячи через другий блок 18 формування моделі-еталона вібратора за допомогою четвертого випрямляча 19 і четвертого згладжувального фільтра 20, формує задавальну напругу відповідно АЧХ двомасової моделі віброзбудника, що надходить на другий вхід другого пристрою 21 порівняння. Вихідний сигнал другого пристрою 21 порівняння надходить на другий вхід другого блока 22 множення і відповідно регулює його вихідний сигнал, який надходить на суматор 2 і далі через попередній підсилювач 3 і підсилювач 4 потужності - на віброзбуджувач 5. Запропонований пристрій за рахунок введення двох блоків формування моделі-еталона вібратора і регулювання в моделях-еталонах параметра еквівалентного масі об'єкта за допомогою двох кіл зворотного зв'язку і обчислювальних пристроїв з високою точністю забезпечує стабілізацію рівня вібрації контрольованих навантажуваних об'єктів з масою, що змінюється, у розширеному діапазоні робочих частот. 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 50073 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601