CS256893B1

CS256893B1 - Connection for position coordinate evaluation, its first derivative and its second derivative

Info

Publication number: CS256893B1
Application number: CS848655A
Authority: CS
Inventors: Jurij Karpinsky; Tomas Benes; Vladimir Rozkosny; Vladimir A Budnikov
Original assignee: Jurij Karpinsky; Tomas Benes; Vladimir Rozkosny; Vladimir A Budnikov
Priority date: 1984-11-13
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS865584A1

Abstract

Zapojení se týká analogového zapojeni vyhodnocování souřadnice polohy, její první derivace ze signálů měřicích převodníků souřadnice polohy a její druhé derivace, z nichž první signál je zakreslen chybou dynamické složky a/nebo druhý signál je zkreslen chybou statické a/nebo pomalu se měnící složky. Očelem zapojení je rozšířit frekvenční pásmo a zvýšit statickou a dynamickou přesnost signálů vyjadřujících složky kinematických veličin charakterisujících absolutní nebo vzájemný pohyb částí strojů, např. tvářecích, obráběcích nebo zkušebních strojů, zkušebních objektů apod. a potlačit frekvenčně závislou chybu a aditivní rušivé složky výstupních signálů použitých snímačů polohy a zrychlení. Zapojení obsahuje tři dolní propusti, jednu horní propust, čtyři kombinační členy pro vytváření lineárních kombinací signálů a integrátor.The circuit relates to an analog circuit for evaluating the position coordinate, its first derivative from the signals of the position coordinate measuring transducers and its second derivative, of which the first signal is plotted by the error of the dynamic component and/or the second signal is distorted by the error of the static and/or slowly changing component. The purpose of the circuit is to expand the frequency band and increase the static and dynamic accuracy of the signals expressing the components of kinematic quantities characterizing the absolute or mutual movement of machine parts, e.g. forming, machining or testing machines, test objects, etc. and to suppress the frequency-dependent error and additive interference components of the output signals of the used position and acceleration sensors. The circuit contains three low-pass filters, one high-pass filter, four combination elements for creating linear combinations of signals and an integrator.

Description

Vynález se týká zapojení pro vyhodnocování souřadnice polohy, její první derivace a její druhé derivace ze signálu měřícího převodníku souřadnice polohy a ze signálu měřicího převodníku druhé derivace téže souřadnice polohy, z nichž prvni signál je zkreslen chybou dynamické složky a/nebo druhý signál je zkreslen chybou statické a/nebo pomalu se měnící složky.The invention relates to a circuit for evaluating a position coordinate, a first derivative thereof and a second derivative thereof from a position coordinate measuring transducer signal and a second derivative measuring transducer signal of the same position coordinate, the first signal being distorted by a dynamic component error and / or static and / or slowly changing components.

V řadě oborů vědy a techniky je nutno přesně určovat časové průběhy kinematických veličin pohybu, například posuvného nebo otáčivého, části strojů, zařízení nebo zkušebních objektů apod., tj. určovat polohy, rychlosti a zrychlení hodů a těles vzhledem ke vztažnému tělesu v širokém frekvenčním rozsahu. Měřené veličiny jsou využívány nejen pro účely výzkumu a vývoje strojů, zařízení a technologických procesů, ale i pro jejich řízení, jako zpětnovazební veličiny zaváděné do regulátoru pro zajištění nebo zlepšení funkce regulovaných soustav.In many fields of science and technology, it is necessary to accurately determine the time courses of kinematic quantities of motion, such as sliding or rotating, parts of machines, equipment or test objects, etc., ie to determine the positions, speeds and accelerations of throws and bodies relative to the reference body over a wide frequency range . Measured variables are used not only for research and development of machines, equipment and technological processes, but also for their control as feedback variables introduced into the controller to ensure or improve the function of regulated systems.

Používání samostatných snímačů pro měření kinematických veličin, tj. polohy, rychlosti a zrychlení, popřípadě jejich složek ve zvolených směrech, může být nákladné nebo technicky neuskutečnitelné, například při nedostatku místa pro umístění snímačů s potřebnými frekvenčními charakteristikami, nepřípustnosti zatěžování měřeného objektu přídavnou hmotou snímačů apod.Using separate sensors to measure kinematic variables, ie position, velocity and acceleration, or their components in selected directions, can be costly or technically impracticable, for example in the absence of space to accommodate sensors with the required frequency characteristics, impermissibility .

Snímače polohy osvědčených spolehlivých typů běžně používaných v automatizační a měřicí technice, například induktivních nebo kapacitních s vysokou přesností měření statických a pomalu se měnících hodnot, mají zpravidla poměrně nízký mezní kmitočet. Při derivování jejich výstupních signálů polohy pro získání signálů rychlosti je nutno pomocí dolnofrekvenčních filtrů značně potlačovat vyšší kmitočty, a tím dále zkreslovat amplitudu i fázi dynamické složky signálu rychlosti, aby byl na únosnou míru potlačen šum vznikající ve snímači a elektrických obvodech.Position sensors of proven, reliable types commonly used in automation and measurement technology, such as inductive or capacitive, with high accuracy measurements of static and slowly varying values, generally have a relatively low cutoff frequency. When deriving their position output signals to obtain velocity signals, lower frequencies need to be greatly suppressed by low frequency filters, thereby further distorting the amplitude and phase of the dynamic component of the velocity signal in order to suppress noise generated in the sensor and electrical circuits to an acceptable level.

Derivováním signálu se také nepřípustně zvyšuje podíl případného zbytkového signálu o nosném kmitočtu. Proto při velkých nárocích na šíři pásma výstupních signálů se nejčastěji v 4 5 při měření vibrací používají kompaktní akcelerometry s šířkou pásma až do 10 až 10 Hz.The derivation of the signal also unacceptably increases the proportion of any residual carrier signal. Therefore, due to the high bandwidth requirements of the output signals, compact accelerometers with bandwidths of up to 10 to 10 Hz are most commonly used in vibration measurement.

Integrací výstupního signálu zrychlení se získává signál rychlosti, další integrací signál polohy, ovšem pouze jeho dynamická složka. Při integraci signálů akcelerometrů musí být totiž při dlouhodobém měření potlačena oblast nejnižších kmitočtů včetně stejnosměrné složky. Dolní mezní kmitočet pro amplitudovou chybu - 3 db u nejčastěji používaných piezoelektrických akcelerometrů je typicky v řádu 1 až 10 Hz. Čím je tento kmitočet zvolen nižší, tím více se při integraci uplatňuji v signálu rychlosti a zejména v signálu polohy, respektive posuvu pomalé fluktuace vstupního signálu zrychlení, nezbytně vznikající jak ve vlastním akcelerometrů, tak i v připojených elektronických obvodech.By integrating the output acceleration signal, a velocity signal is obtained, by further integrating the position signal, but only its dynamic component. When integrating the accelerometer signals, the area of the lowest frequencies including the DC component must be suppressed during long-term measurements. The lower limit frequency for amplitude error - 3 db for the most commonly used piezoelectric accelerometers is typically in the order of 1 to 10 Hz. The lower this frequency is selected, the more it is used in integration in the velocity signal and in particular in the position signal and / or displacement of the slow fluctuation of the acceleration input signal, necessarily occurring both in the accelerometers themselves and in the connected electronic circuits.

Tyto nevýhody podstatně snižuje podle vynálezu zapojení pro vyhodnocování souřadnice polohy, její první derivace a její druhé derivace ze signálu měřicího převodníku souřadnice polohy a ze signálu měřicího převodníku druhé derivace téže souřadnice polohy, přičemž první signál je zkreslen chybou dynamické složky a/nebo druhý signál je zkreslen chybou statické a/nebo pomalu se měnící složky. Podstata zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že vstupní svorka pro signál x_m(t) měřicího převodníku souřadnice polohy je spojena přes první dolní propust s prvním vstupem prvního kombinačního členu a přes horní propust s prvním vstupem druhého kombinačního členu, jehož výstup je přes druhou dolní propust spojen s druhým vstupem prvního kombinačního členu.According to the invention, these disadvantages are substantially reduced by the position coordinate evaluation, its first derivative and its second derivative from the position transducer measurement signal and the second derivative measurement transducer signal of the same position coordinate, the first signal being distorted by the dynamic component error and / or distorted by static and / or slowly changing components. The principle according to the invention is characterized in that the input terminal for the position coordinate signal x _m (t) is connected via a first low pass filter to a first input of a first combination member and through a high pass filter to a first input of a second combination member whose output is via a second a low pass filter coupled to the second inlet of the first combination member.

Vstupní svorka pro signál (t) měřicího převodníku druhé derivace souřadnice polohy je spojena s prvním vstupem třetího kombinačního členu, jehož výstup je přes třetí dolní propust spojen s druhým vstupem druhého kombinačního členu. Vstupní svorka pro signál a (t) měřicího převodníku souřadnice polohy je také připojena na první vstup čtvrtého kombinač in ního členu, na jehož druhý vstup je připojen výstup prvního kombinačního členu, výstup čtvrtého kombinačního členu je přes integrátor spojen s druhým vstupem třetího kombinačního členu.The input terminal for the second position coordinate derivative measuring transducer signal (t) is coupled to the first input of the third combination member, the output of which is coupled via the third low-pass filter to the second input of the second combination member. The position input terminal α (t) of the position coordinate measuring transducer is also connected to the first input of the fourth combination member, to the second input of which the output of the first combination member is connected, the output of the fourth combination member being connected via the integrator to the second input of the third combination member.

Některé nebo všechny kombinační členy mohou být ve zvláštním případě provedeny jako součtové, popřípadě rozdílové členy.In some cases, some or all of the combination members may be embodied as sum or differential members.

Výstupní svorka pro syntetizovaný signál x(t) souřadnice polohy je spojena s výstupem, prvního kombinačního členu,· výstupní svorka pro syntetizovaný signál v(t) první derivace souřadnice polohy je spojena s výstupem druhého kombinačního členu a výstupní svorka pro syntetizovaný signál a(t) druhé derivace souřadnice polohy je spojena s výstupem třetího kombinačního členu.The output terminal for the synthesized signal x (t) of the position coordinate is connected to the output of the first combining element. · The output terminal for the synthesized signal in (t) of the first position coordinate derivative is connected to the output of the second combining element. ) the second position coordinate derivative is associated with the output of the third combination member.

Zapojení podle vynálezu má tyto výhody.The circuitry of the invention has these advantages.

Současně poskytuje výstupní signály polohy, rychlosti a zrychlení při přímočarém nebo rotačním pohybu nebo analogických veličin při obecnějších druzích pohybů bodů a těles, včetně statických a pomalu se měnících složek polohy, rychlosti a zrychlení, a to i při použití takového převodníku druhé derivace souřadnice polohy, například piezoelektrického akcelerometru, který má nerovnoměrnou frekvenční charakteristiku v oblasti nejnižších kmitočtů. V oblasti nízkých kmitočtů zapojení také účinně potlačuje nepříznivý vliv pomalých fluktuací vznikajících v akcelerometru a připojeném zesilovači. Pokud jde o horní mezní kmitočet všech výstupních signálů, je dán vysokou hodnotou dosažitelnou použitým akcelerometrem. Je tak potlačen vliv případné amplitudové a fázové chyby použitého snímače polohy při vyšších kmitočtech. Ve všech výstupních signálech jsou značně potlačeny rušivé složky vznikající na vyšších kmitočtech ve snímači polohy, včetně případných zbytků nosného signálu snímače.At the same time, it provides position, velocity and acceleration output signals for linear or rotational motion, or analogous quantities for more general types of point and solid motion, including static and slowly changing components of position, velocity and acceleration, even when using such a second position coordinate derivative, for example, a piezoelectric accelerometer having a non-uniform frequency response in the region of the lowest frequencies. In the low frequency range, the wiring also effectively suppresses the adverse effects of slow fluctuations occurring in the accelerometer and the connected amplifier. The upper limit frequency of all output signals is given by the high value obtainable by the accelerometer used. This suppresses the influence of possible amplitude and phase error of the used encoder at higher frequencies. In all output signals, interfering components occurring at higher frequencies in the encoder, including any remnants of the encoder carrier signal, are greatly suppressed.

Příklad zapojení podle vynálezu je uveden na připojeném výkresu.An example of a connection according to the invention is given in the attached drawing.

Zapojení obsahuje vstupní svorku 6 pro signál ^xm<t) měřicího převodníku souřadnice polohy, dále jen vstup 6 signálu x^ít) převodníku souřadnice, vstupní svorku 1_ pro signál a^ft) měřicího převodníku druhé derivace téže souřadnice polohy, a dále jen vstup 7_ signálu a^ft) převodníku druhé derivace, výstupní svorku 8. pro syntetizovaný signál x(t) souřadnice polohy, dále jen výstup j) syntetizovaného signálu x(t) souřadnice, výstupní svotku _9 pro syntetizovaný signál v(t) první derivace souřadnice polohy, dále jen výstup 2 syntetizovaného signálu v(t) první derivace, výstupní svorku 10 pro syntetizovaný signál a(t) druhé derivace souřadnice polohy, dále jen výstup 10 syntetizovaného signálu a(t) druhé derivace, první dolní propust s frekvenčním přenosem F^(jwl, druhou dolní propust 2_ s frekvenčním přenosem F^íjco), třetí dolní propust 2 ^s frekvenčním přenosem F^íjcu), horní propust 4^ s frekvenčním přenosem F^(ja?), integrátor s frekvenčním přenosem F^íja?).The connection comprises an input terminal 6 for the signal coordinate position transmitter ^x m (t), hereinafter referred to as the coordinate signal input terminal 6, the input terminal 7 for the signal transmitter and the ft converter of the second derivative of the same position coordinate. 7_the signal of the second derivative, output terminal 8. for the synthesized signal of the x (t) coordinate position, hereinafter the output j) of the synthesized signal of the x (t) coordinate, the output terminal 9 for the synthesized signal of the output 2 of the synthesized signal in (t) the first derivative, the output terminal 10 for the synthesized signal and (t) the second derivative of the position coordinate, the output 10 of the synthesized signal and (t) the second derivative, the first low pass filter 4 (jw1, second low pass filter 2 with frequency transmission F 1), third low pass filter 2 ^with frequency transmission F 1 (1) transmission F ^ (ja?), integrator with frequency transmission F ^ (ja?).

Dále zapojení obsahuje první kombinační člen 11, druhý kombinační člen 12 a třetí kombinační člen 13, které jsou v uvedeném příkladě všechny provedeny jako součtové členy, a čtvrtý kombinační člen 14, v uvedeném příkladě provedený jako rozdílový člen, s přičítacím vstupem jakožto prvním vstupem kombinačního členu 14 a s odečítacím vstupem jakožto druhým vstupem kombinačního členu 14.Further, the circuitry comprises a first combination member 11, a second combination member 12 and a third combination member 13, all of which in the example are all sum members, and a fourth combination member 14, in this example a differential member, with an addition input as the first input of the combination. 14 and a subtraction input as the second input of the combination member 14.

V uvedeném příkladě jsou výše uvedené frekvenční 1In the example, the above frequencies are 1

F₁ (jco ) =F ₁ (jco) =

F₃(j^) ^: F ₃ (j ^) ^:

Ft- (jw ) i₊j^r_x Ft - (jw) i ₊ j ^ r _x

Ty l + jtot G jTy l + jtot G j

přenosytransmissions

F₂(Jco) dány vztahyF ₂ (Jco) given relationships

Tx j to + jcoť ^J v (1) kde Caí = 2'řjr je kruhový kmitočet, je časová konstanta částí zapojení vytvářejících syntetizovaný signál v(t) první derivace, 77_x je časová konstanta částí zapojení vytvářejících syntetizovaný signál x(t) souřadnice, G je konstanta integrátoru £.Tx j to + jco ^J in (1) where Caí = 2'øjr is a circular frequency, is the time constant of the parts forming the synthesized signal in (t) the first derivative, 77 _x is the time constant of the parts forming the synthesized signal x (t) , G is the integrator constant £.

Vstup £ signálu ^xm(t) převodníku souřadnice je připojen na první vstup čtvrtého kombinačního členu 14, přes první dolní propust £ na první vstup prvního kombinačního členu 11 a přes horní propust 2 na první vstup druhého kombinačního členu 12.£ input signal ^x m (t) of the converter are connected to the first input of the fourth combination member 14 through a first lowpass filter £ to the first input of the first combination element 11 and through the highpass filter 2 to the first input of the second combination element 12th

Vstup £ signálu ^am(t) převodníku druhé derivace je připojen na první vstup třetího kombinačního členu £3. Jeho výstup je spojen přes třetí dolní propust £ ^s druhým vstupem druhého kombinačního členu £2, jehož výstup je přes druhou dolní propust £ připojen na druhý vstup prvního kombinačního členu 11.The input δ of the signal ^a m (t) of the second derivative converter is coupled to the first input of the third combination member £ 3. Its output is connected via a third low pass filter 8 ^{to a} second input of a second combination member 52, the output of which is connected via a second low pass filter 8 to a second input of the first combination member 11.

Výstup prvního kombinačního členu ££ je spojen s druhým vstupem čtvrtého kombinačního členu £2, jehož výstup je přes integrátor £ spojen s druhým vstupem třetího kombinačního členu 13.The output of the first combination member 62 is connected to the second input of the fourth combination member 62, the output of which is connected via the integrator 8 to the second input of the third combination member 13.

Výstup 8 syntetizovaného signálu x(t) souřadnice je spojen s výstupem prvního kombinačního členu ££, výstup 9 syntetizovaného signálu v(t) první derivace je spojen s výstupem druhého kombinačního členu 12, výstup 10 syntetizovaného signálu a(t) druhé derivace je spojen s výstupem třetího kombinačního členu 13The output 8 of the synthesized signal x (t) of the coordinate is coupled to the output of the first combination member 8, the output 9 of the synthesized signal in (t) of the first derivative is coupled to the output of the second combination member 12, with the output of the third combination member 13

Funkce zapojení je vysvětlena nejprve za předpokladu, že signál x^ft) převodníku souřadnice a signál ^am(t) převodníku druhé derivace přesně vyjadřují měřené veličiny a že proto platí vztah mezi oběma signály d²x (t)The connection function is explained first, assuming that the signal x ^ ft) of the coordinate converter and the signal ^a m (t) of the second derivative converter accurately express the measured quantities and therefore the relation between the two signals d ² x (t)

-5- « a <t) dt^{2 m} (2)-5- «a <t) dt ^2m (1)

Na výkresu jsou orientačně vyznačeny ve vyobrazení všech dolních propusti £, 2_, £ a horní propusti 2 průběhy asymptotických frekvenčních charakteristik.In the drawing, the diagrams of all the low-pass filters 6, 7, 8 and the high-pass filters 2 show the diagrams of the asymptotic frequency characteristics.

Horní propust 2 při nízkých kmitočtech derivuje signál x (t) převodníku souřadnice.High pass filter 2 at low frequencies derives the signal x (t) of the coordinate converter.

Její výstupní signál v_s(t) přibližně vyjadřuje pomalu se měnící složky první derivace této souřadnice. Třetí dolní propust £ přibližně integruje rychle se měnící složky signálu a_m(t) převodníku druhé derivace za prozatímního předpokladu, že výstupní signál integrátoru £ je nulový, a vytváří signál v_d(t) vyjadřující dynamickou složku první derivace souřadnice. Z druhého kombinačního členu 12 je výsledný signál v(t) = v (t) + v_d(t) přiváděn na výstup 9 syntetizovaného signálu v(t) první derivace. Lze jednoduchým výpočtem ukázat, že za uvedených předpokladů přesně platí vztahIts output signal in _s (t) approximately expresses the slowly changing components of the first derivative of this coordinate. The third lowpass filter approximately integrates the rapidly changing signal components and the _m (t) converter of the second derivative, assuming the provisional output signal of the integrator £ is zero, and produces a signal in _d (t) expressing the dynamic component of the first derivative of the coordinate. From the second combination member 12, the resulting signal v (t) = v (t) + v _d (t) is output to the synthesized signal v (t) of the first derivative. It can be shown by simple calculation that the given assumptions precisely apply the relationship

Analogicky je v druhé dolní propusti £ ze syntetizovaného signálu v(t) první derivace integrováním jeho rychle se měnících složek vytvářen signál x^lt) odpovídající dynamické složce souřadnice polohy. Její statické, respektive pomalu se měniči složce odpovídá signál ^xs(t) vytvářený první dolní propustí £ na jejím výstupu. Součtový signál x(t) = x_s(t) + x_d(t) vytvořeny v prvním kombinačním členu 11 a přivedený na výstup 8 syntetizovaného signálu x(t) souřadnice za uvedených předpokladů zcela přesně vyjadřuje souřadnici polohy a platí vztah x(t) = x_m(t) . (4)Analogously, in the second low pass filter 6, the signal x (1) corresponding to the dynamic component of the position coordinate is generated from the synthesized signal in (t) of the first derivative by integrating its rapidly changing components. Its static or slow-moving component corresponds to the signal ^x s (t) produced by the first low-pass filter 6 at its output. The sum signal x (t) = x _s (t) + x _d (t) formed in the first combination member 11 and output to the 8 synthesized signal x (t) coordinates under the above assumptions accurately expresses the position coordinate and the relation x (t) ) = x _m (t). (4)

Za této zjednodušené situace je rozdílový signál výstupu čtvrtého kombinačního členu £4, nulový, s čímž není v rozporu výše uvedený předpoklad, že signál na výstupu integrátoru £ je nulový.In this simplified situation, the differential signal of the output of the fourth combination member 84 is zero, which does not contradict the above assumption that the signal at the output of the integrator 8 is zero.

Stejnosměrné složky skutečného průběhu první i druhé derivace souřadnice polohy, zjištěné v dostatečně dlouhém časovém intervalu, jsou při omezených změnách souřadnice polohy nutně nulové.The DC components of the actual course of the first and second derivatives of the position coordinate, determined over a sufficiently long time interval, are necessarily zero at limited changes in the position coordinate.

Avšak signál ^am<t) reálného převodníku druhé derivace souřadnice polohy obsahujícího například jeden nebo dva piezoelektrické akcelerometry, má zpravidla nenulovou, tj. rušivou stejnosměrnou složku ^amo· Ta přes třetí dolní propust 3 a druhou dolní propust 2_ způsobí po připojení akcelerometrů stejnosměrný posuv signálu x^ft), a tím i posuv syntetizovaného signálu x)t) souřadnice proti signálu (t) měřicího převodníku souřadnice. Vzniklý rozdílový signál na výstupu čtvrtého kombinačního členu 14 se integruje v integrátoru 5. Jeho výstupní signál přiváděný na druhý vstup třetího kombinačního členu 13 se mění tak dlouho, až vykompenzuje stejnosměrnou složku signálu _{přiváděnou na první vstup třetího korabinaSního} členu 13.However, the signal ^a m <t) of the real second position coordinate derivative containing, for example, one or two piezoelectric accelerometers, typically has a non-zero, i.e., disturbing DC component, ^and can cause DC drift across the third low pass filter 3 and the second low pass filter 2. signal x ^ ft) and thus the shift of the synthesized signal x) t) coordinate against the signal (t) of the coordinate measuring transducer. The resulting difference signal at the output of the fourth combination member 14 is integrated in the integrator 5. Its output signal applied to the second input of the third combination member 13 is changed until it compensates for the DC component of the signal _{supplied to the first input of the third combination} member 13.

Ustálí se stav, kdy střední hodnoty syntetizovaného signálu a(t) druhé derivace a syntetizovaného signálu v(t) první derivace jsou nulové a x(t)»x (t).A steady state is established where the mean values of the synthesized signal a (t) of the second derivative and the synthesized signal in (t) of the first derivative are zero and x (t) »x (t).

Integrátor 2 tedy působí jako pomalý regulátor, který automaticky vyrovnává rušivý vliv stejnosměrného posuvu a měřeného signálu zrychlení na všechny syntetizované signály.The integrator 2 thus acts as a slow regulator that automatically compensates for the interference of the DC shift and the measured acceleration signal on all synthesized signals.

Zpětná vazb$ přes integrátor 2 ^se příznivě uplatňuje i při potlačení pomalu se měničích rušivých složek signálu (t| převodníku druhé derivace, které nesouvicí s měřeným pohybem. Zároveň tato zpětná vazba zajišřuje, že se na syntetizovaném signálu a(t) druhé derivace a zejména na syntetizovaném signálu v(t) první derivace a syntetizováním signálu x(t) souřadnice prakticky neprojeví případné amplitudové a fázové zkreslení signálu a^ft) převodníku druhé derivace v oblasti nejnižších kmitočtů, vznikající například v piezoelektrickém akcelerometrů, samostatně nepoužitelném pro měření velice pomalu se měnících zrychlení. Příznivý účinek uvedené zpětné vazby v oblasti nízkých kmitočtů je tím větší, čím větší je konstatna G integrátoru 2· Rozbor ukazuje, že při stejných hodnotách obou časových konstant X, = Τ_χ = L je stabilita regulace zaručena při splnění podmínky θΤΓ^<2.Feedback through integrator 2 ^{is also} beneficial in suppressing slow-to-transducer interference components (t | of the second derivative that are not associated with the measured motion). This feedback also ensures that the synthesized signal and (t) the second derivative and in particular on the synthesized signal v (t) of the first derivative and by synthesizing the signal x (t) the coordinates practically do not show any amplitude and phase distortion of the signal a ^ ft) the converter of the second derivative in the lowest frequency range changing accelerations. The positive effect of this feedback in the low frequency range is greater the greater the constant G of the integrator 2 · The analysis shows that with the same values of the two time constants X, = Τ _χ = L, the stability of the control is guaranteed under θΤΓ ^ <2.

Pro volbu Gť' = 1 je například vliv relativní odchylky frekvenční charakteristiky akcelolerometru od ideálního průběhu při kmitočtu 0,1 . , kde f ¢- = 7^77— kmitočetFor the choice of G '' = 1, for example, the effect of the relative deviation of the accelerometer's frequency response from the ideal waveform is 0.1. where f ¢ - = 7 ^ 77— frequency

2lomu frekvenčních charakteristik F^jo?), s zeslaben lOkrát pro syntetizovaný signál a(t) druhé derivace, lOOkrát pro syntetizovaný signál v(t) první derivace a 1 OOOkrát pro syntetizovaný signál x(t) souřadnice.2m of the frequency response (Fmax), with attenuation 10 times for the synthesized signal and (t) of the second derivative, 100 times for the synthesized signal in (t) of the first derivative and 1000 times for the synthesized signal of the x (t) coordinate.

V horní součásti kmitočtového pásma měřených veličin, nad kmitočtem f^ , převládá vliv signálu a^ít) převodníku druhé derivace, který je v této kmitočtové oblasti méně zkreslen než signál x (t) převodníku souřadnice, jehož vliv na výstupní signály je však příznivě potlačen frekvenčními přenosy F^tjč^) a F^íjto). Například relativní odchylka frekvenční charakteristiky převodníku souřadnice od ideální charakteristiky je při kmitočtu 20 . zeslabena lOkrát pro syntetizovaný signál x{t) souřadnice, 20krát pro syntetizovaný signál v(t) první derivace a 800krát pro syntetizovaný signál a(t) druhé derivace při uvedené volbě ~ i. patřičně jsou zeslabeny i rušivé složky signálu převodníku souřadnice, například zbytky signálu o nosném kmitočtu.In the upper part of the frequency band of the measured quantities, above the frequency f ^, the influence of the signal a ^)) of the second derivative transducer prevails, which is less distorted in this frequency range than the coordinate signal x (t). frequency transmissions (F ^ i) and F ^ i). For example, the relative deviation of the coordinate converter's frequency response from the ideal characteristic is at 20. attenuated 10 times for the synthesized signal x (t) coordinates, 20 times for the synthesized signal in (t) the first derivative and 800 times for the synthesized signal and (t) the second derivative with said option. carrier frequency signal.

Horní mezní kmitočet spektra všech syntetizovaných signálů je dán dosažitelným poměrně vysokým horním mezním kmitočtem spektra signálu a_m(t) přebodníku druhé derivace a nezávisí na obvykle nižším mezním kmitočtu spektra signálu x^ífc) převodníku souřadnice.The upper boundary frequency of all synthesized signals is given by the achievable relatively high upper boundary frequency of the signal spectrum and the _m (t) transducer of the second derivative and does not depend on the usually lower boundary frequency of the spectrum of the signal transducer.

V popsaném příkladu jsou všechny dolní propusti 2< 2' 2 ^a horní propust 2 realizovány jako filtry 1. řádu, jak je patrno ze vztahů (1). Lze použít i dolních propustí 2» 2, 2 a horní propustí £ vyššího řádu. Jejich frekvenční přenosy ale musí vždy splňovat v konkrétním příkladu zapojení podle výkresu podmínkyIn the example described, all the low pass filters 2 < 2 ' ^{and the} high pass filters 2 are implemented as first-order filters, as can be seen from formulas (1). Low-pass 2, 2, 2 and higher-order high-pass filters 6 may also be used. However, their frequency transmissions must always meet the conditions in a specific wiring example according to the drawing

256894256894

Avšak impulsní dávkovač 11 je opatřen navíc vstupem 113 pro skončení jeho funkce, který je spojen s příslušným výstupem regulátoru 4_.However, the pulse dispenser 11 is additionally provided with an input 113 for terminating its function, which is connected to the respective output of the controller 4.

Při náhlém poklesu síly F prediktor 10 spustí impulsní dávkovač 11, jehož funkce je automaticky zastavena přes vstup 113 pro ukončení této funkce v okamžiku, kdy regulační odchylka vyhodnocovaná v regálátoru £ se sníží na předem zvolenou hodnotu. Tím je impulsní kompensace náhlé změny deformace stroje řízena v závislosti na velikosti dílčího rozrušení vzorku.In the event of a sudden drop in force F, the predictor 10 triggers a pulse dispenser 11 whose function is automatically stopped via the input 113 to terminate this function when the control deviation evaluated in the rack 6 is reduced to a preselected value. Thus, the impulse compensation of the sudden deformation of the machine is controlled in dependence on the amount of partial disruption of the sample.

Dávkovač 11 opět obsahuje časovači obvod, který určuje dobu necitlivosti dávkovače na další spouštěcí signály na vstupu 111, čímž je opět dosaženo rozpojení zpětnovazební smyčky v obvodu obsahujícím prvky impulsního kompensátoru deformace zatěžovacího stroje a je opět zaručena nezávislost stability celého systému na dimenzování impulsního kompensátoru.The dispenser 11 again includes a timing circuit that determines the dead time of the dispenser to other trigger signals at input 111, thereby again releasing the feedback loop in the circuit containing the load cell deformation compensator elements and again ensuring independence of the stability of the entire system from the impulse compensator dimensioning.

V příkladu na obr. 3 jsou součástí zatěžovacího stroje dvě setrvačná tělesa a to dolní 20, a horní 2Qjejichž účelem je alespoň přechodně zabránit nežádoucímu snížení deformace zatěžovacího stroje do doby, kdy se uplatní kompensační účinek impulsního akčního členu.In the example of FIG. 3, two inertia bodies, the lower 20, and the upper 20, are included in the loading machine to at least temporarily prevent undesired deformation of the loading machine until the compensating effect of the impulse actuator is applied.

V uvedeném příkladu je impulsní akční člen 12, v sérii s dolní čelistí 51, objektem a horní čelistí 52, umístěn mezi setrvačnými tělesy 20 a 20. Mezi dolní opěrnou plochou rámu _2 a dolním setrvačný tělesem 20 je sevřen přímočarý pohon 3 s výstupním členem 31, mezi horní opěrnou plochou rámu 2 a horním setrvačným tělesem 20' je sevřen snímač 7. síly Z·In the example, the impulse actuator 12, in series with the lower jaw 51, the object and the upper jaw 52, is positioned between the inertia bodies 20 and 20. A linear drive 3 with the output member 31 is clamped between the lower abutment surface of the frame 2 and the lower inertia body 20. , a force sensor 7 is clamped between the upper abutment surface of the frame 2 and the upper inertia body 20 '.

Regulátor _4 přes výstup akční veličiny y připojený na vstup 301 pohonu 3_ reguluje pohyb výstupního členu 31 , a tím i skutečnou hodnotu x měřenou snímačem celkové deformace objektu v souladu s žádanou hodnotou w, zcela analogicky s příkladem uvedeným na obr. 1.The controller 4, via the output of the variable y connected to the input 301 of the actuator 3, controls the movement of the output member 31 and hence the actual value x measured by the total object deformation sensor in accordance with the setpoint w, analogously to the example shown in FIG.

Toto uspořádání je zvláště vhodné pro křehké objekty z takových materiálů, u kterých je nutno pro minimalisaci porušení jejich celistvosti zastavením šíření trhliny co nejrychleji snížit skutečnou deformaci oproti hodnotě dosažené před vznikem nebo rozšířením trhliny, jak je tomu například u vzorků některých typů hornin.This arrangement is particularly suitable for brittle objects made of materials where, in order to minimize damage to their integrity by stopping crack propagation, the actual deformation must be reduced as quickly as possible to the value achieved before crack formation or expansion, as is the case with some rock types.

Řízení pohonu _3 regálotorem 4. je uskutečněno analogicky s příkladem na obr. 1. Součástí impulsního kompensátoru 14 defromace zatěžovacího stroje je kromě prediktoru 10 a impulsního dávkovače 11 také zdroj .13, energie, který je přes impulsní dávkovač 11 připojen k impulsnímu akčnímu členu 12. Zdroj 13 energie může být s výhodou koncipován jako zásobník potřebného druhu energie s velkým impulsním výkonem. Je-li například impulsní akční clen 12 magnetostrikčního typu, k jehož buzení je potřebný proudový impuls značné velikosti, lze zdroj 13 energie realizovat známými způsoby jako zásobník energie magnetického pole v induktoru nebo zásobník energie v rotujícím nezatíženém generátoru.The control of the drive 3 by the rack 4 is effected analogously to the example in FIG. 1. In addition to the predictor 10 and the pulse dispenser 11, the pulse compensator 14 of the load machine defromation also includes a power source 13 connected to the pulse actuator 12. Advantageously, the energy source 13 may be designed as a reservoir of the required kind of energy with high pulse power. For example, if the pulse actuator 12 is of the magnetostrictive type whose excitation requires a large pulse current, the energy source 13 can be realized by known methods such as a magnetic field energy store in an inductor or an energy store in a rotating unloaded generator.

Impulsní dávkovač _1_1 potom obsahuje příslušné spínací prvky. Tento zdroj energie může být konstrukčně i funkčně sloučen s impulsním dávkovačem 11.The pulse dispenser 11 then comprises respective switching elements. This energy source can be structurally and functionally combined with the pulse dispenser 11.

Jiným příkladem zásobníku energie je hydraulický akumulátor. Při jeho použití impulsní dávkovač 11 s hydrostatickým zánkem přivádí impuls tlakové kapaliny do té komory hydromotorů impulsního akčního členu, při jejímž zvětšování dochází k odlehčování objektu.Another example of an energy storage device is a hydraulic accumulator. In its use, the pulse dispenser 11 with a hydrostatic plug supplies a pulse of pressure fluid to that chamber of the hydraulic motors of the pulse actuator, which increases to relieve the object.

Prediktor 10 v příkladě uvedeném na obr. 3 je spojen s akustickým snímačem 9_, přiloženým k objektu 1.. Jedno ze setrvačných těles 20 a 20* může být umístěno i mezi impulsním akčním členem 12 a čelistí 51, není-li požadováno okamžité snížení deformace objektu po vzniku nebo rozšíření trhliny, ale je požadována pouze její krátkodobá stabilizace na původní hodnotě.The predictor 10 in the example shown in FIG. 3 is coupled to an acoustic sensor 9 attached to the object 1. One of the flywheels 20 and 20 * may also be located between the impulse actuator 12 and the jaw 51 if immediate strain relief is not required. object after the crack formation or expansion, but only its short-term stabilization at the original value is required.

Příklady řešení uvedené na obr. 1, 2, 3 lze libovolně kombinovat. Pořadí členů tvořících uzavřený silový obvod je také uvedeno jen jako příklad a lze je měnit. V příkladech nejsou naznačeny takové konstrukční prvky zatěžovacího stroje jako jsou sloupy, příčník apod.The examples shown in FIGS. 1, 2, 3 can be combined as desired. The order of the members constituting the closed power circuit is also given by way of example only and may be varied. In the examples, such structural elements of the loading machine such as columns, cross beam etc. are not indicated.

Například při zkoumání nerovnoměrného vratného otáčivého pohybu hmotného pracovního tělesa technologického zařízení s širokým kmitočtovým spekterem působícím momentu stačí na .tomto tělese umístit pouze akcelerometr po měření úhlového zrychlení, kdežto snímač pro snímání informace o pamalých složkách úhlu natočení tělesa lze umístit na vzdálené straně hřídele, na kterém je pracovní těleso upevněno.For example, when examining the uneven reciprocating rotary motion of a massive torque mass working body of a technological device, it is sufficient to place only an accelerometer on the body after measuring the angular acceleration, while a sensor for sensing the components of the angle of rotation of the body can be to which the working body is fastened.

Z uvedených příkladů je patrná použitelnost zapojení podle vynálezu v široké oblasti měření a vyhodnocování kinematických veličin jednoduchých i složených pohybů těles vzhledem ke vztažnému tělesu, které lze považovat za klidné ve vhodně zvolené inerciální soustavě nebo vzhledem ke vztažnému tělesu, jehož pohyb vůči inerciální soustavě nelze zanedbat.These examples show the applicability of the circuit according to the invention in a wide range of measurement and evaluation of kinematic quantities of simple and composite body movements relative to a reference body which can be considered calm in a suitably selected inertial system or relative to a reference body whose movement relative to the inertial system cannot be neglected. .

Zapojení podle vynálezu lze využít zejména ve strojírenském výzkumu a výrobě, v měřicích a regulačních prostředcích, kterými jsou vybavovány tvářecí, obráběcí a zkušební stroje, například zatěžovací stroje pro vyšetřování křehkého chování vzorků hornin a stavebních materiálů.The circuitry according to the invention can be used, in particular, in engineering research and production, in measuring and control means by which forming, machining and testing machines are equipped, for example loading machines for investigating the brittle behavior of rock and building material samples.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A circuit for evaluating a position coordinate, its first derivative and its second derivative from a position coordinate measuring transducer signal and a second derivative measuring transducer signal of the same position coordinate, the first signal being distorted by a dynamic component error and / or the second signal being distorted by a static and / or slowly changing components, characterized in that the input terminal (6) for the position coordinate signal transducer x ^ (t) is connected via the first low pass filter (1) to the first input of the first combination member (11) and through the high pass filter (4) ) with the first input of the second combination member (12), the output of which is connected via the second low-pass filter (2) to the second input of the first combination member (11), the input terminal (7) for signal connected to a first inlet of a third combination member (13), the outlet of which is through a third low pass filter (3) coupled to the second input of the second combination member (12), the input terminal (6) for the position coordinate signal x (t) of the position transmitter is further coupled to the first input of the fourth m of the combination member (14); the first combination member (11), the output of the fourth combination member (14) is connected via the integrator (5) to the second input of the third combination member (13), the output terminal (8) for the synthesized signal x (t) the output terminal (9) for the synthesized signal in (t) of the first position coordinate derivative is coupled to the output of the second combination member (12) and the output terminal (10) for the synthesized signal and (t) of the second position coordinate derivative is connected to the output of the third combination member (3).