SU922677A1 - Устройство дл управлени амплитудой виброперемещений - Google Patents

Description

Изобретение относится к управлению механическими колебаниями и предназначено для’ использования в системах автоматического управления вибрационными машинами технологического назначения. ⁵

Известно устройство автоматического управления, в котором для обеспечения оптимального режима вибрации, при котором амплитуда виброперемещения ¹⁰ рабочего органа вибромашины достигает максимума, используется стабилизация разности фаз между сигналами с датчиков, подключенных к двум выходам объекта управления. Датчик виброперемещения, подключенный к первому выходу объекта, преобразует в электрический сигнал виброперемещение рабочего органа вибромашины. Датчик _м опорного сигнала, подключенный ко второму выходу объекта, преобразует в электрический сигнал угол поворота дебаланса вибратора [1] .

Недостаток известного устройства необходимость в ручной настройке датчика опорного сигнала и невозможность поддержания экстремума при увеличении демпфирования объекта, так как разность фаз; соответствующая экстремуму, при этом изменяется.

Наиболее близким техническим решением является устройство, содержащее датчик виброперемещения, генератор управляемой частоты, схему усреднения, усилители, автоматический оптимизатор, реализующий поиск с запоминанием экстремума и выполненный в виде блока запоминания й вычисления с логическим элементом, блок форсированного выхода на экстремум и исполнительное устройство [2] .

Недостатком этого устройства является низкая точность поддержания максимума амплитуды виброперемещения, и относительна большое время его поиска. Это объясняется динамической погрешностью, вносимой схемой усредз 922677 4 нения при преобразовании знакопеременного сигнала виброперемещения в знакопостоянный пропорциональный его амплитуде сигнал, поступающий на вход автоматического оптимизатора $ и ограниченностью скорости изменения управляющего воздействия, вызываемой колебательным характером изменения амплитуды виброперемещения при непосредственном изменении управляющего ю воздействия.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик _1S виброперемещений, подключенный к первому выходу объекта управления, оптимизатор и исполнительный орган,' выход которого соединен с управляющим входом объекта управления, введе- _2(J ны интегратор, последовательно соединенные преобразователь, первое сигнум-реле, сумматор, первый блок кусочно-временного интегрирования, первый делитель и блок сравнения, ₂₅ последовательно соединенные второе сигнум-реле и второй блок кусочновременного интегрирования, а также последовательно соединенные третий блок кусочно-временного интегриро- _3<J вания и второй делиТель, выход которого подключен к входу оптимизатора, связанного выходом через интегратор с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к входу исполнительного органа, выход датчика ³⁵ виброперемещения соединен с входом второго сигнум-реле и с входом третьего блока кусочно-временного интегрирования, второй вход первого * * ~ 40 и второго делителей связан с выходом второго блока кусочно-временного интегрирования/ второй вход сумматора подключен к выходу второго сигнумреле, а вход преобразователя соединен с вторым выходом объекта управле-⁴⁵ ния.

На фиг. 1 изображена блок-схема . устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства. 50

Блок -схема содержит датчик виброперемещений 1, объект 2 управления, (за объект управления принимается вибромашина вместе с источником возбуждающих воздействий), третий блок З⁵⁵ кусочно-в ременного’интегрирования, второе сигнум-реле 4, второй блок 5 кусочно-временного интегрирования, преобразователь 6, первое сигнум-ре-¹ ле 7, сумматор 8, первый блок 9 кусочно-временного интегрирования,. второй делитель 10, первый делитель 11, оптимизатор 12, интегратор 13, блок сравнения 14, исполнительный орган 15· Блоки 6, 7, 8, 9, 11, 14 и 15 входят в контур регулирования разности фаз, блоки 3, Ю, 12 и 13 ~ в контур автоматической оптимизации. Блоки 1 , 4 и 5 являются общими для обоих контуров. На фиг. 1 и 2 обозначено: X - сигнал виброперемещения, У - опорный сигнал, Z< выходной сигнал второго делителя 10, Z₃ - выходной сигнал первого делителя 1 Г, 6- рассогласование, U - управляющее воздействие, Т- полупериод колебаний, интервал времени ненулевого сигнала на выходе сумматора 8, интервал времени нулевого сигнала на выходе сумматора 8, t - время’.

Масштаб πό оси времени на фиг.2а намного меньше масштаба времени по оси t на фиг. 26.

Устройство работает следующим образом.

Датчик виброперемещения 1, подключенный к первому выходу объекта, т.е. установленный на вибрирующем рабочем органе вибромашины, преобразует величину виброперемещения в сигнал X, который поступает одновременно на вход третьего блока 3 кусочно-временного интегрирования и на вход сигнум-реле 4. Блок кусочно-временного интегрирования преобразует знакопеременный входной сигнал в знакопостоянный ступенчатый сигнал, величина которого неизменна на интервале интегрирования и пропорциональна абсолютной величине интеграла от входного сигнала на предшествующий интервал интегрирования. Блок кусочно-временного интегрирования состоит из двух интеграторов со сбросом. Входной сигнал поочередно подключается к каждому из интеграторов , выходы которых поочередно подключаются к выходу блока. Интервалы ' интегрирования всех трех блоков 3, 9 и 5 кусочно-врёменного интегрирования совпадают с интервалами знакопостоянства сигнала виброперемещения X.

Таким образом, на выходе третьего блока кусочно-временного интегрирования 3 формируется сигнал, пропор7 6 сигналы в сигнал Zj,пропорциональный| величине разности фаз .между сигналами X и У. Автоматический оптимизатор 12 реализует поиск с запоминанием экстремума, осуществляя скачкообразные изменения'выходного сигнала, поступающего на вход интегратора 13* В зависимости от знака входного сигнала интегратор 13 формирует на выхо10 'де линейно возрастающий или линейно убывающий сигнал Z^, поступающий на второй вход блока 14 сравнения, выходной сигнал которого б. равен разности между сигналом, поступающим на второй вход, и сигналом, поступающим на первый вход, б = Zi - Ζ₃. Рассогласование 6 воздействует на исполнительный орган 15, связанный с объектом 2 и сводящий посредством изменения управляющего воздействияЦ рассогласование с к нулю.

Предположим, что в начальный момент времени выходной сигнал оптимизатора 12 таков, тает (фиг.2б) и рассогласования нию управляющего выходной сигнал ля 10, пропорциональный амплитуде виброперемещения, возрастает. Выходной сигнал первого делителя 11 при этом отслеживает изменение выходного сигнала Zg, интегратора 13. Как только изменяясь сигнал Z^ пройдет через экстремум и уменьшится на величинуь зоны нечувствительности оптимизатора 12, последний сработает и изменит знак выходного сигнала, что вызовет изменение в противоположную сторону выходного сигнала Zj интегратора 13». Возникает автоколебательный режим в зоне максимума амплитуды виброперемещения (фиг. 26) .

Если же в начальный момент направ-. ление изменения сигнала не соответствует движению к экстремуму, то после уменьшения сигнала на величину к сработает оптимизатор 12 и изменит направление движения.

Сигнал виброперемещения X и опорный сигнал преобразователя У на фиг. 2а изображены достаточно близкими к гармоническим, однако для работы устройства это условие не является обязательным, так как показателем оптимальности является амплитуда основной гармоники виб'роперемещения i Достаточно того, чтобы частота переходов через нуль сигналов X и У была циональный амплитуде основной гармоники виброперемещения и полупериоду колебанийТ . Сигнум-реле 4 преобразует входной сигнал в последовательность разнополярных импульсов одинаковой величины, поступающих на вход блока 5. Так как амплитуда входного’ сигнала постоянна, то на выходе блока 5 образуется знакопостоянный сигнал^ пропорциональный лишь величине Т. Преобразователь 6, подключенный к второму выходу объекта (к источнику возбуждающих воздействий) , , преобразует в сигнал У той же частоты, что и частота сигнала X угол поворота дебаланса, в случае дебаланс· ного вибратора, или питающее напряжение, в случае электромагнитного вибратора. Для функционирования устройства необходимо чтобы разность фаз между сигналами X и У однозначно соответствовала амплитуде виброперемещения. Сигнал У поступает на вход первого сигнум-реле, преобразующее его в последовательность разнополярных импульсов. Разнополярные импульсы .равной величины и сдвинутые на величину разности фаз У между сигналами X и У с выходов сигнум-реле 4 и 7 поступают на сумматор 8. Выходной сигнал сумматора 8 при несовпадении входных сигналов равен нулю, а при совпадении - удвоенному сигналу. Время Ί г ненулевого сигнала на выходе сумматора 8 и время /tj_- нулевого сигнала зависят от частоты сигна- . лов X и У и их разности фаз У . При разности фаз равной нулю время ^ΐ-^ΡΑθ но Т , а время равно нулю. Прй разности фаз равной а равной₄₀ и Т/г. . Если же разность фаз У меньше ЗГ/г. (фиг. 2а,), то больше Т .Таким образом, выходной сигнал сумматора 8 преобразуется перовым блоком кусочно-временного интегрирования 9 в знакопостоянный ступенчатый сигнал,, пропорциональный разности фаз между сигналами X и У и величине полупериода колебаний Т . Выходной сигнал делителя прямо пропорционален величине сигнала, поступающего на его первый вход, и обратно пропорционален величине сигнала,. поступающего на его второй вход. Второй делитель 10 преобразует поступающие сигналы в сигнал Ζ_ή пропорциональный лишь амплитуде основной гармоники виброперемещения. Первый делитель 11 преобразует входные что сигнал Zz возрасчто отрабатывание 6 приводит убывавоздействия U, а

Z_t второго делите7 922677 'равна двойной частоте основной гармоники.

Выходной сигнал Ζχ интегратора 13 является входным сигналом контура регулирования разности фаз,который поз-5 воляет реализовать возможные неустойчивые участки экстремальной зависимости амплитуды виброперемещения от управляющего воздействия, имеющие место при нелинейных упругих связях или ¹ при ограниченной мощности источника возбуждения и обеспечивает апериодическое изменение амплитуды виброперемещения при скачке входного сигнала, что позволяет повысить скорость, попе-¹ ка. Динамическая погрешность, вносимая преобразованием знакопеременного сигнала виброперемещения_?сводится к минимуму за счет интегрирования сигнала на полупериоде колебаний. Сигнал, 20 пропорциональный амплитуде колебаний^ запаздывает лишь на время Т .

Таким образом, применение в качестве преобразователя знакопеременного сигнала в знакопостоянный пропорциональный амплитуде колебаний сигнал блока кусочно-временного ин-_ тегрирования и использование в качеф-йее формирователя управляющего воздействия контура регулирования раз- ю ности фаз обеспечивает повышение точности поддержания максимума амплитуды виброперемещения и сокращаетвремя ,его поиска.

Динамика объекта оптимизации в устройстве определяется уравнением ' У (t) = W,(P) (P), где У -сигнал огибающей виброперемещения, т.е. пропорциональный ампли 'туде сигнал; U - управляющее воздей- ₄₀ ствие, f(U) - статическая экстремальная характеристика объекта, W< - передаточная функция линейной части объекта’, W передаточная функция преобразователя знакоперемен-45 ного сигнала в пропорциональный его амплитуде знакопостоянный сигнал.

Предположим, что статические характеристики' объектов оптимизации в обоих случаях одинаковы и равны t - k|U|, где t и к - постоянные объектов.

В известном устройстве

Vb(P)- ’

В предлагаемом устройстве 'й где То Τζ, Τχ - постоянные времени объектов, Т\ - постоянная времени схемы усредн.ения, Т - полупериод колебаний.

Учитывая, что Τι , 1г. » ,Тц^>7

Т , запаздыванием на время . Г можно пренебречь. Тогда для предлагаемого устройства' W, (Р) г.1.

Пусть Т|= T_t .= 0· Потери на поиск, характеризующие точность в известном устройстве, уменьшаются при уменьшении Тъ , а при замене —ί~ на Т, Т>>РН что обеспечивается использованием в качестве преобразователя знакопеременного сигнала в пропорциональный амплитуде колебаний сигнал блока кусочно-временного интегрирования, становятся минимальными и равнымид/2. Точность поддержания максимума повышается в среднем на 20-30%.

При нулевых начальных условиях д известном устройстве при изменении управляющего воздействия со скоростью С· и при = 1 выходной сигнал объекта определяется из уравнения о

Sinu>(t’t)’Cosu>(t'rndt,

Увеличение с приводит к одновременному повышению скорости возрастающей составляющей и к увеличению колебательной составляющей сигнала У. При амплитуде колебательной составляющей, превышающей А /2, возникают ложные реверсы оптимизатора, нарушающие устойчивый режим поиска, что ограничивает его скорость.

Выходной сигнал объекта оптимизации при наличии контура регулирования разности фаз для предлагаемого устройства при той же скорости изменения управляющего воздействия опре- . деляется так:

У (t) = kct * kc Тц(е тч и не содержит колебательной составляющей, а следовательно,, не накладывает дополнительных ограничений на увеличение скорости поиска. В среднем время поиска сокращается в 1,5“

2 раза.

Claims (2)

1.Авторское свидетельствоСССР № , кл. G 05 О 19/02, 1966.

2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 05 О 19/02, 1970

(прототип).