UA44517A - Електродинамічний вібратор - Google Patents

Abstract

Електродинамічний вібратор містить магнітопровід з обмоткою підмагнічування, джерело постійного струму, рухому циліндричну котушку з платформою та випробуваним об'єктом, задавальний генератор, перший і другий суматори, підсилювач струму, датчик положення рухомої котушки, блок зворотного зв'язку, перший підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення, блок формування моделі-еталона вібратора, перший і другий випрямлячі, перший і другий згладжувальні фільтри, три елементи порівняння. Крім того електродинамічний вібратор також містить четвертий елемент порівняння, третій суматор, датчик сили, узгоджувальний підсилювач, другий підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення, третій і четвертий випрямлячі, третій і четвертий згладжувальні фільтри.

Description

Винахід відноситься до вібраційной техніки, а саме , до електродинамічних збуджувачів коливань і може знайти застосування як джерело механічних коливань в стендах для віброзбудження та моделювання різних типів вібраційних навантажень.

Відомим є електродинамічний вібратор, що містить магнітопровід з обмоткою підмагнічування, установленому в повітряному зазорі магнітопровода рухому циліндричну котушку, жорстко з'єднану з платформою з установленим на платформі випробуваним об'єктом, довжина циліндричної котушки більше довжини повітряного зазору, задавальний генератор, під'єднаний до обмотки рухомої котушки через послідовно з'єднані перший та другий суматори і підсилювач струму, а також коло зворотного зв'язку, що містить послідовно з'єднані датчик положення рухомої котушки і блок зворотного зв'язку, вихід якого сполучений з другим входом другого суматора, блок формування моделі-еталона вібратора, перший та другий випрямлячі, перший та другий згладжувальні фільтри, перший та другий елементи порівняння та підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення, причому вихід задавального генератора сполучений через підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення до входу блока формування моделі-еталона, а через послідовно з'єднані перший випрямляч і перший згладжувальний фільтр - до підсумовувального входу першого елемента порівняння, до віднімального входу якого під'єднаний через послідовно з'єднані другий випрямляч і другий згладжувальний фільтр вихід блока формування моделі-еталона вібратора, а вихід першого елемента порівняння сполучений з керувальним входом підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення, який під'єднаний своїм виходом до віднімального входу другого елемента порівняння, до підсумовувального входу якого під'єднаний вихід другого суматора, а вихід другого елемента порівняння і його підсумовувальний вхід під'єднані відповідно до другого та третього входів першого суматора (див. Ав.св. СССР Мо 902861, МПК ВОБВ 1/04, 1982).

Основним недоліком цього пристрою є недостатня точність, що призводить до обмеженої області використання, обумовлена похибкою при формуванні силового навантаження на випробуваний об'єкт що начебто змінюється по закону, що визначається сигналом на виході задавального генератора.

Найбільш близьким до заявляемого по технічній суті і результатах, що отримуються, є електродинамічний вібратор, що містить магнітопровід з обмоткою підмагнічування, установлену в повітряному зазорі магнітопровода рухому циліндричну котушку, довжина якої більше довжини повітряного зазору, яка жорстко з'єднана з платформою вібратора з випробуваним об'єктом, задавальний генератор, вихід якого під'єднаний до входу другого суматора через перший суматор, підсилювач струму, вихід якого під'єнаний до обмотки рухомої циліндричної котушки, коло зворотного зв'язку, що складається з послідовно з'єднаних датчика положення рухомої циліндричної котушки, установленого на платформі вібратора, і блока зворотного зв'язку, вихід якого під'єднаний до другого входу другого суматора, блок формування моделі-еталона вібратора, перший і другий випрямлячі, перший і другий згладжувальні фільтри, перший і другий елементи порівняння і перший підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення, причому вихід задавального генератора під'єднаний через перший підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення до входу блока формування моделі-еталона вібратора, а через послідовно з'єднані перший випрямляч і перший згладжувальний фільтр до підсумовувального входу першого елемента порівняння, до віднімального входу якого через послідовно з'єднані другий випрямляч і другий згладжувальний фільтр під'єднаний вихід блока формування моделі-еталона вібратора, а вихід першого елемента порівняння сполучений з керувальним входом першого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення, вихід якого під'єднаний до віднімального входу другого елемента порівняння, до підсумовувального входу якого під'єднаний вихід другого суматора, а вихід другого елемента порівняння і його підсумовувальний вхід з'єднані відповідно з другим і третім входами першого суматора. Електродинамічний вібратор також містить третій елемент порівняння, причому вихід другого суматора сполучений з віднімальним входом третього елемента порівняння, підсумовувальний вхід якого сполучений з виходом підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення, а вихід третього елемента порівняння сполучений з входом підсилювача струму (див. Заявка України на винахід Ме 2000052760, МПК ВОб6В 1/04, 2000 р.).

Недоліком відомого пристрою є недостатня точність, що призводить до обмеженої області використання, обумовлена фазовими зсувами при формуванні сигналів керування електродинамічним вібратором при відтворенні заданого силового навантаження, а також за рахунок формування сигналу керування електродинамічним вібратором по принципу адитивного зворотного зв'язку.

В основу винаходу поставлене завдання створити такий електродинамічний вібратор, в якому за рахунок нової структурної схеми системи керування вібратором, а також блоків, що забезпечують випрямлення сигналів змінної напруги, формується сигнал керування коефіцієнтом передачі підсилювача змінної напруги, значення обвідної напіврозмахів коливань якої пропорційні величині заданого силового навантаження на випробуваний об'єкт, що установлений на рухомій платформі електродинамічного вібратора.

Розроблена структура реалізує алгоритм заданого силового навантаження на випробуваний об'єкт з меншою похибкою за рахунок відтворення структури з параметричним зворотнім зв'язком, яка побудована на порівнянні сигналів заданого силового навантаження і сили реакції на рухомій платформі електродинамічного вібратора при виконанні операції випрямлення і згладжування таких сигналів і формуванні сигнала змінної напруги, обвідна якої пропорційна величині заданої силової дії, що забезпечує підвищення точності формування заданого силового навантаження на випробуваний об'єкт.

Поставлене завдання реалізується тим, що в електродинамічний вібратор, що містить магнітопровід з обмоткою підмагнічування, установлену в повітряному зазорі магнітопровода рухому циліндричну котушку, довжина якої більше довжини повітряного зазору, яка жорстко з'єднана з платформою вібратора з випробуваним об'єктом, задавальний генератор, вихід якого під'єднаний до входу другого суматора через перший суматор, підсилювач струму, вихід якого під'єнаний до обмотки рухомої циліндричної котушки, коло зворотного зв'язку, що складається з послідовно з'єднаних датчика положення рухомої циліндричної котушки, установленого на платформі вібратора, і блока зворотного зв'язку, вихід якого під'єднаний до другого входу другого суматора, блок формування моделі-еталона вібратора, перший і другий випрямлячі, перший і другий згладжувальні фільтри, перший, другий і третій елементи порівняння і перший підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення, причому вихід задавального генератора під'єднаний через перший підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення до входу блока формування моделі-еталона вібратора, а через послідовно з'єднані перший випрямляч і перший згладжувальний фільтр - до підсумовувального входу першого елемента порівняння, до віднімального входу якого через послідовно з'єднані другий випрямляч і другий згладжувальний фільтр під'єднаний вихід блока формування моделі- еталона вібратора, а вихід першого елемента порівняння сполучений з керувальним входом першого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення, вихід якого під'єднаний до віднімального входу другого елемента порівняння, об'єднаного з підсумовувальним входом третього елемента порівняння, до підсумовувального входу другого елемента порівняння, об'єднаного з віднімальним входом третього елемента порівняння, під'єднаний вихід другого суматора, вихід другого елемента порівняння і його підсумовувальний вхід з'єднані з другим і третім входами першого суматора відповідно, згідно винаходу, додатково містить четвертий елемент порівняння,третій суматор, датчик сили, узгоджувальний підсилювач, другий підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення, третій і четвертий випрямлячі, третій і четвертий згладжувальні фільтри, причому вихід третього елемента порівняння через послідовно з'єднані третій випрямляч і третій згладжувальний фільтр під'єднаний до об'єднаних віднімального входу четвертого елемента порівняння і першого підсумовувального входу третього суматора, другий підсумовувальний вхід якого під'єднаний до виходу четвертого елемента порівняння, підсумовувальний вхід якого через послідовно з'єднані другий узгоджувальний.підсилювач, четвертий випрямляч і четвертий згладжувальний фільтр під'єднаний до виходу датчцка сили, що установлений між платформою вібратора і випробуваним об'єктом, вихід третього суматора під'єднаний до керувального входу другого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення, вхід якого під'єднаний до виходу задавального генератора, а вихід - до входу підсилювача струму.

Вся сукупність суттєвих ознак електродинамічного вібратора забезпечує підвищення точності формування заданого силового навантаження на випробуваний об'єкт за рахунок використання інформації, що міститься в третьому суматорі і яка корегує коефіцієнт підсилення другого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення. Алгоритм підвищення точності формування заданого силового навантаження на випробуваний об'єкт реалізується введенням датчика сили, який установлений на рухомій платформі між випробуваним об'єктом і платформою, другого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення і формуванням структури, що забезпечує регулювання коефіцієнта підсилення другого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення за рахунок порівняння випрямлених сигналів з виходів третього блока порівняння і датчика сили.

На креслені наведена структурна схема електродинамічного вібратора.

Електродинамічний вібратор містить магнітопровід 1 з обмоткою 2 підмагнічування, джерело З постійного струму, рухому циліндричну котушку 4, довжина якої більша довжини повітряного зазору, яка жорстко з'єднана з платформою вібратора (на кресленнях не позначена) з випробуваним об'єктом 5, задавальний генератор 6, перший суматор 7, другий суматор 8, підсилювач 9 струму, датчик 10 положення рухомої циліндричної котушки 4 , блок 11 зворотного зв'язку, перший підсилювач 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення, блок 13 формування моделі-еталона вібратора, перший та другий випрямлячі 14 та 15 відповідно, перший та другий згладжувальні фільтри 16 та 17 відповідно, перший, другий та третій елементи 18,19 та 20 порівняння відповідно.

Пристрій також містить четвертий елемент 21 порівняння, третій суматор 22, датчик 23 сили, який установлений між платформою вібратора і випробуваним об'єктом 5, узгоджувальний підсилювач 24, другий підсилювач 25 з регульованим коефіцієнтом підсилення, третій і четвертий випрямлячі 26 і 27 відповідно, третій і четвертий згладжувальні фільтри 28 і 29 відповідно.

Елементи пристрою з'єднані наступним чином.

Вихід задавального генератора 6 сполучений з першим входом першого суматора 7, вихід якого через другий суматор 8 сполучений з третім входом першого суматора 7. Вихід задавального генератора 6 сполучений через перший підсилювач 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення до віднімального входу другого елемента 19 порівняння, до підсумувального входу якого під'єднаний вихід другого суматора 8, а вихід другого елемента 19 порівняння сполучений з другим входом першого суматора 7.

Окрім того, вихід задавального генератора б через послідовно з'єднані перший випрямляч 14 та перший згладжувальний фільтр 16 сполучений з підсумовувальним входом першого елемента 18 порівняння, віднімальний вхід якого через послідовно з'єднані блок 13 формування моделі-еталона, другий випрямляч 14 та другий згладжувальний фільтр 17 сполучений з виходом першого підсилювача 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення. Вихід першого елемента 18 порівняння сполучений з керувальним входом першого підсилювача 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення. Датчик 10 положення рухомої котушки має жорстке кріплення на платформі, а його вихід через блок 11 зворотного зв'язку сполучений з другим входом другого суматора 8. Вихід другого суматора 8 сполучений з віднімальним входом третього елемента 20 порівняння.

Вихід третього елемента 20 порівняння через послідовно з'єднані третій випрямляч 26 і третій згладжувальний фільтр 28 сполучений з віднімальним входом четвертого елемента 21 порівняння, що об'єднаний з першим підсумовувальним входом третього суматора 22. Підсумовувальний вхід четвертого елемента 21 порівняння через послідовно з'єднані четвертий випрямляч 27 і четвертий згладжувальний фільтр 29 сполучений з виходом узгодзкувального підсилювача 24.

Вихід датчика 23 сили сполучений з входом узгоджувального підсилювача 24.

Вихід задавального генератора 6 через послідовно з'єднані другий підсилювач 25 з регульованим коефіцієнтом підсилення і підсилювач 9 струму сполучений з обмоткою рухомої циліндричної котушки 4 вібратора. Вихід джерела З постійного струму сполучений з обмоткою підмагнічування 2, що міститься в вікні магнітопровода і необхідна для формування магнітного поля.

Перший підсилювач 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення визначає незалежність сигналу на вході блока 13 формування моделі-еталона вібратора від зміни величини напруги на виході задавального генератора 6.

Блок 13 формування моделі-еталона являє собою функціональний перетворювач сигнала , що формує передаточну функцію вібратора без урахування впливу випробуваного об'єкту 5.

Окрім того, блок 13 корегує коефіцієнт підсилення першого підсилювача 12 при появі різних дестабілізуючих факторів та підтримує постійним його вихідний сигнал.

Другий елемент 19 порівняння формує різницю сигналів, що поступають з виходів першого підсилювача 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення та другого суматора 8. Третій елемент 20 порівняння формує різницю сигналів, що поступають з виходів першого підсилювача 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення та другого суматора 8.

Коло зворотного зв'язку, що містить датчик 10 положення рухомої котушки 4 і платформи вібратора та блок 11 зворотного зв'язку, має функцію створення електромагнітної підвіски рухомої системи вібратора.

Рухома котушка 4 знаходиться під дією електромагнітної сили, що пропорційна струму на виході підсилювача 9 і магнітної індукції, що створюється обмоткою 2 підмагнічування, за рахунок під'єднаного до виходу джерела З постійної напруги.

Перший елемент 18 порівняння формує різницю напруги, що формується після проходження сигналу з виходу задавального генератора 6 першого випрямляча 14 і згладжувального фільтра 16, та напруги, що формується після проходження сигналу з виходу блока 13 формування моделі-еталона вібратора, другого випрямляча 15 та другого згладжувального фільтра 17. На виході третього елемента порівняння. 20 формується сигнал, що визначає величину сигналу заданої силової дії на випробуваний об'єкт.

Четвертий елемент 21 порівняння формує різницю постійних сигналів, що поступають з виходів третього і четвертого згладжувальних фільтрів 28 і 29.

Третій суматор 22 формує суму сигналів, що надходять на його входи з виходів третього згладжувального фільтра 28 і четвертого елемента 21 порівняння.

Електродинамічний вібратор працює таким чином.

На виході задавального генератора б формується сигнал, пропорційний силі, що треба передавати випробуваному об'єкту 5. Цей сигнал надходить на вхід першого суматора 7 і через другий суматор 8 на третій вхід першого суматора 7 і на підсумовувальний вхід другого елемента 19 порівняння, на віднімальний вхід якого надходить сигнал з виходу задавального генератора 6 після проходження через перший підсилювач 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення. Вихідний сигнал другого елемента 19 порівняння надходить на другий вхід першого суматора 7.

Сигнал з виходу задавального генератора 6 після проходження через перший випрямляч 14 і перший згладжувальний фільтр 16 надходить на підсумовувальний вхід першого блока 18 порівняння, на віднімальний вхід якого надходить сигнал з виходу блока 13 формування моделі -еталона вібратора після проходження через другий випрямляч 15 і другий згладжу вальний фільтр 17.

Вихідний сигнал першого блоку 18 порівняння надходить на керувальний вхід першого підсилювача 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення.

Сигнал з виходу другого суматора 8 надходить на віднімальний вхід третього елемента 20 порівняння, на підсумовувальний вхід якого надходить сигнал з виходу першого підсилювача 12 з регульованим коефіцієнтом підсилення.

Вихідний сигнал третього елемента 20 порівняння через третій випрямляч 26 і третій згладжувальний фільтр 28 надходить на об'єднані віднімальний вхід четвертого блока 21 порівняння і підсумовувальний вхід третього суматора 22, на другий підсумовувальний вхід якого надходить сигнал з виходу четвертого блока 21 порівняння, на підсумовувальний вхід якого через послідовно з'єднані узгоджувальний підсилювач 24, четвертий випрямляч 27 і четвертий згладжувальний фільтр 29 надходить сигнал з виходу датчика 23 сили.

Вихідний сигнал третього суматора 22 надходить на керувальний вхід другого підсилювача 25 з регульованим коефіцієнтом підсилення.

Вихідний сигнал задавального генератора б через послідовно з'єднані другий підсилювач 25 з регульованим коефіцієнтом підсилення і підсилювач 9 струму надходить в обмотку рухомої котушки 4 вібратора, формуючи сигнал, що породжує зусилля на платформі рухомої частини з випробуваним об'єктом, яке пропорційне значенням обвідної напіврозмахів коливань змінної напруги на виході другого підсилювача 25 з регульованим коефіцієнтом підсилення.

НАЙМЕНУВАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ПРИСТРОЮ

1 - магнітопровід 2 - обмотка підмагнічування

З - джерело постійного струму 4 - рухома циліндрична котушка - випробуваний об'єкт б - задавальний генератор 7 - перший суматор 8 - другий суматор 9 - підсилювач струму - датчикположення рухомої котушки 11 - блок зворотного зв'язку 12 - перший підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення 13 -блок формування моделі-еталона 14 -- перший випрямляч --другий випрямляч 16 - перший згладжувальний фільтр 17 -друпий згладжувальний фільтр 18 - перший елемент порівняння

19 -друпий елемент порівняння -- третій елемент порівняння 21 - четвертий елемент порівняння 22 - третій суматор 23 - датчик сили 24 -узгоджувальний підсилювач -другий підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення 26 --третій випрямляч 27 --четвертий випрямляч 28 -- третій згладжувальний фільтр 23 - четвертий згладжувальний фільтр й ЩЯ ра асний і вс. е л9цд951 5 4 . І ПГГлллІ Ши ! 13 І г. Ї. сао щи | Й

ТЯ тав я ще ї Й а й 2 29 я С, і я

ШИ 25

Claims (1)

1. Електродинамічний вібратор, що містить магнітопровід з обмоткою підмагнічування, установлену в повітряному зазорі магнітопроводу рухому циліндричну котушку, довжина якої більше довжини повітряного зазору, яка жорстко з'єднана з платформою вібратора з випробуваним об'єктом, задавальний генератор, вихід якого під'єднаний до входу другого суматора через перший суматор, підсилювач струму, вихід якого під'єднаний до обмотки рухомої циліндричної котушки, коло зворотного зв'язку, що складається з послідовно з'єднаних датчика положення рухомої циліндричної котушки, установленого на платформі вібратора, і блока зворотного зв'язку, вихід якого під'єднаний до другого входу другого суматора, блок формування моделі-еталона вібратора, перший і другий випрямлячі, перший і другий згладжувальні фільтри, перший, другий і третій елементи порівняння і перший підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення, причому вихід задавального генератора під'єднаний через перший підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення до входу блока формування моделі-еталона вібратора, а через послідовно з'єднані перший випрямляч і перший згладжувальний фільтр - до підсумовувального входу першого елемента порівняння, до віднімального входу якого через послідовно з'єднані другий випрямляч і другий згладжувальний фільтр під'єднаний вихід блока формування моделі-еталона вібратора, а вихід першого елемента порівняння сполучений з керувальним входом першого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення, вихід якого під'єднаний до віднімального входу другого елемента порівняння, об'єднаного з підсумовувальним входом третього елемента порівняння, до підсумовувального входу другого елемента порівняння, об'єднаного з віднімальним входом третього елемента порівняння, під'єднаний вихід другого суматора, вихід другого елемента порівняння і його підсумовувальний вхід з'єднані з другим і третім входами першого суматора відповідно, який відрізняється тим, що він додатково містить четвертий елемент порівняння, третій суматор, датчик сили, узгоджувальний підсилювач, другий підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення, третій і четвертий випрямлячі, третій і четвертий згладжувальні фільтри, причому вихід третього елемента порівняння через послідовно з'єднані третій випрямляч і третій згладжувальний фільтр під'єднаний до об'єднаних віднімального входу четвертого елемента порівняння і першого підсумовувального входу третього суматора, другий підсумовувальний вхід якого під'єднаний до виходу четвертого елемента порівняння, підсумовувальний вхід якого через послідовно з'єднані другий узгоджувальний підсилювач, четвертий випрямляч і четвертий згладжувальний фільтр під'єднаний до виходу датчика сили, що установлений між платформою вібратора і випробуваним об'єктом, вихід третього суматора під'єднаний до керувального входу другого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення, вхід якого під'єднаний до виходу задавального генератора, а вихід - до входу підсилювача струму.