Устройство для моделирования вибродвигателя

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i >894742

Союз Советекик

Социапиетичееиик

Реепубяии (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 18р2,80 (21) 2/07028/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет(53)И. Кл.

С 06 6 7/48

9кудауетвекык каиктет

CCCP

N далем взебретеккй

N еткрыткк

Опубликовано 30.1281. Бюллетень М 48 (53) УДК 681. 333 (088. 8) Дата опубликования описания 30.12.81

", ".",":те gs- а т (72) Авторы . изобретения

И.6. Скучас и P.Ý. Курыло

1 !

Каунасский политехнический институт им; Антанаеа" Снечкуса (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВИБРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к полунатурному моделированию и может быть применено для электрического моделирования звеньев вибродвигателей.

Известен вибродвигатель, который содержит ротор и пьезокерамический вибратор, упруго закрепленный в корпусе и прижатый к ротору (11.

Наиболее близким к предлагаемому та является устройст во, содержащее исследуемый объект, установленный на возбудителе колебаний, датчики параметров, установленные на исследуемом объекте и подключенные к соответствую15 щим входам блока моделирования динамической системы и блока оптимизации, возбудитель колебаний в виде взаимно перпендикулярно установленных пьезоэлектрических преобразователей 2) .

Недостаток известных устройствотсутствие возможности синтеза ведущего пьеэокерамического движителя.

Цель изобретения - осуществление синтеза ведущего пьеэокерамического движителя.

Для достижения поставленной цели в устройство для моделирования вибродвигателя, содержащее ротор вибродвигателя, вибратор, датчик скорости, блок оптимизации, генератор гармонического сигнала и блок обратной передаточной функции вибратора, дополнительно введены датчик силы, два аналоговых блока памяти, блок деления, фазометр и блок регистрации, причем датчик скорости, установленный на подвижной части вибратора, соединен со входом первого аналогового блока памяти и первым входом фазометра, датчик силы, установленный между подвижной частью вибратора и ротором вибродвигателя, соединен со входом второго аналогового блока памяти и вторым входом фазометра, выход которого соединен со входом блока оптимизации и первым входом блока ре гистрации, выходы аналоговых блоков памяти соответственно соединены со входами блока деления, выход которого соединен со вторым входом блока регистрации, третий вход которого подключен к выходу генератора гармонического сигнала, соединенному через блок обратной передаточной функции вибратора со.входом вибратора, а выход блока оптимизации соединен с управ- 10 ляющим входом. генератора гармонического сигнала.

Блок оптимизации содержит элемент дифференцирования, сумматор, задатчик постоянных напряжений, два диода, is согласующий резистор, триггер и интегратор, причем вход элемента дифференцирования является входом блока оптимизации, а выход элемента дифференцирования соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к первому выходу задатчика постоянных напряжений, второй вы" ход которого через согласующий резистор соединен с общим катодом двух диодов, анод первого диода подключен к выходу сумматора, а анод второго диода через три -гер соединен со входом интегратора, выход которого является выходом блока оптимизации. зо

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ротор 1, вибратор 2, датчик 3 силы, расположенный между ротором 1 и вибратором 2, датчик 4 скорости, расположенный на подвижной части вибратора, аналоговые блоки 5 и 5 памяти, через которые выходы датчиков 3 и 4 соединены со входами делимого и делителя блока 6 деления, фазометр 7, входы которого соединены со входами датчиков 3 и 4 непосредственно, блок 8 оптимизации, включающий в себя элемент 9. дифферен4S цирования, сумматор 10, задатчик 11 постоянных напряжений, два встречно" противоположно соединенных диода 12 и 13, согласующий резистор 14, триггер 15 и интегратор 16, генератор гарионического сигнала 17, блок 18 обратной передаточной функции вибратора,, через который выход генератора 17 соединен со входом вибратора 2 и блок

19 регистрации, отдельные входы которого соединены.с выходами блоков 6, и 17. r>

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

42 4

Датчик 3 силы выдает сигнал, пропорциональный силе F взаимодействия между вибратором 2 N poTopQI 1, дат" чик 4 скорости выдает сигнал, пропорм ти вибратора 2. Сигналы с выходов датчиков 3 и 4 поступают в аналоговые блоки 5„и 5< памяти, на выходе которых получаются сигналы, пропорциональные амплитудным значениям упомянутых силы и скорости соответственно.

Сигнал с выхода блока 5 поступает на вход делимого блока 6 деления, а с выхода блока 5 - на вход делителя блока 6, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный соотношению амплитудных значений Г и Х, т.е. F/Х, который равен модулю механического импеданса ротора l. Сигналы с выходов. датчиков 3 и 4 поступают также на входы фазометра 7, на. выходе которого образуется напряжение, пропорциональное разности фаз между силой F и скоростью Х. Этот сигнал поступает на вход блока 9 дифференцирования блока 8 оптимизации. Сигнал с выхода блока 9, который является положительным при увеличении разности фаэ и отрицательным при ее уменьшении, поступает на вход сумматора 10, на второй вход которого поступает напряжение отрицательного знака с выхода задатчика 11 постоянных напряжений. Сигнал на выходе сумматора, 10, таким образом, положителен, а отрицательным он становится только тогда, когда положительное напряжение на вы" ходе блока 9 превыаает отрицательное напряжение на выходе. блока 11. Сигнал с.выхода сумматора 10 поступает на вход двух противоположно-встречно соединенных диодов 12 и 13, к общей точка минусовых полюсов которых подключено отрицательное напряжение со второго выхода блока 11. Когда на выходе сумматора 10 присутствует положительное напрвжение, диод 12 открыт и на общей точке - также положительное напряжение. Диод t3 при этом закрыт. Когда напряжение на выходе сумматора 10 становится отрицательным, диод 12 закрывается-, и отрицательное напряжение со второго выхода блока постоянного напряжения через резистор

14 и диод 13 скачкообразно поступает на счетный вход триггера 15. Триггер меняет состояние и при этом меняется знак напряжения на его выходе. Выходное напряжение с выхода триггера

8 поступает на вход интегратора 1б, на выходе которого получается воз- . растающее или убывающее напряжение в зависимости от того, отрицательное или положительное напряжение находит ся на выходе триггера 15. Возрастаю-щее или убывающее напряжение с выхода интегратора поступает на управляющий вход генератора 17, на выходе которого образуется гармонический сигнал с увеличивающейся или уменьшающейся частотой и постоянной амплитудой. Сигнал с. выхода генератора 17 поступает через блок 18 обратной передаточной функции вибратора на вход вибратора 2. Блок 18 обратной пе-. редаточной функции вибратора выполняется в зависимости от динамической структуры и параметров вибратора 2.

Если, например, применяется электродинамический вибратор, динамика которого описывается дифференциальным уравнением второго порядка, то, чтобы вибратор передавал колебания генератора 17 заданного закона и амплитуды, блок 18 обратной передаточной функции вибратора должен быть выполнен в виде фильтра с характеристикой реализующей оператор, обратный колебательному.

При сложной конфигурации ротора 1 максимальный момент, передаваемый от двигателя пьезодвигателя на ротор, передается, когда достигается максимум механического импеданса ротора 1.

И = Г(—.) (1)

Х

Так как механический импеданс рото ра увеличивается при наибольшем удалении от собственных форм колебаний ротора, то он будет наибольшим при минимуме разности фаз между силой F и скоростью Х, когда частота генератора 17 находится между двумя соседниии формами колебаний. Если, например, при любом начальном состоянии интегратора 16 и соответствующей частоте колебаний генератора 17 она не соответствует минимуму, и, например меньше, чем в точке минимума и триггер 15 находится в состоянии, когда на выходе присутствует отрицательное напряжение, то она вызывает нарастание положительного напряжения на выходе интегратора 16, тем самым увеличивает частоту генератора 17, разность фаэ уменьшается, напряжение на выходе блока 7 уменьшается, а на выходе блока 9 становится отрицательным. Напряжение Hs Bbf ходе сумматора 10 - положительное, диод 13 закрыт. Триггер 15 находится в том же положении, а частота нарастает. Когда частота достигает точки минимума разности фаз и переходит его, напряжение на выходе фазометра 7 начинает возрастать и, когда превышает отрицательное напряжение, поступающее с выхода блока 9, на выходе блока дифференцирования появляется отрицательное напряжение, диод 13 открывается, образуется скачок напряжения и триггер 15 меняет состояние. Напряжение на его выходе тоже меняет знак, напряжение на выходе интегратора 16 умейьшается и, тем самым, уменьшается и частота генератора 17. Разность фаэ уменьшается, а на выходе блока 9 на® пряжение будет отрицательного знака до тех пор, пока частота, уменьшаясь, переходит точку минимума фаэ и разность фаз увеличивается. При достиже. нии на выходе блока 9 положительного. напряжения выше отрицательного íà первом выходе блока 11 триггер 15 меняет состояние, и процесс повторяется. Колебание вокруг точки минимума фаз уменьшается до незначительного, под бирая величину отрицательного напряжения на первом выходе блока 11.

Если при начальном положении триггер 15 находится в состоянии, когда напряжение положительное, то частота

3j колебаний генератора уменьшается, а значит разность фаэ увеличивается, напряжение при этом на выходе блока 9

Положительное, при достижении соответствующего уровня способствует изме4е нению состояния триггера 15 и .изменяет изменение частоты приводящей к ми1 нимуму разности фаз.

Процесс поиска минимума разности фаз при установлении начального сос° тояния за минимумом происходит аналогично. Так как пьезокерамический дви)житель в вибродвигателе должен работать в резонансе, т.е, с частотой по первой форме колебаний, и наибольшую эффективность он дает при максимуме механического импеданса ротора, то найденная частота при минимуме разности фаз является той частотой, на которой должен работать движитель. А так как первая форма движителя опре деляется по формуле . Р = (м,) (г) то величина частоты определяет длину и ьезокера ми чес ко го д вижи тел я .

894742

Чтобы найти возможные параметры длины Я движителя, рассматривают области между различными формами коле. баний ротора. Результаты фиксируются с помощью блока 19 регистрации, на s входы которого .поступают сигналы с выходов блоков 6, 7 и 17, пропорциональные соответственно модулю механического импеданса, разности фаз и частоте генератора 17. По зарегистри- !о рованным параметрам в диапазонах между разными формами колебаний выбирается тот в точке минимума разности фаз, в котором механический импеданс имеет наибольшее значение. По часто" те в этой точке минимума по формуле (2) подбирается параметр И движителя.

Использование предлагаемого устройства позволяет осуществить синтез ведущего пьезокерамического движите- щ ля по максимуму импеданса и.по фазовой характеристике ротора и, тем самым, на 20-303 повысить мощность вибродвигателя и на 2-31 КПД.

Формула изобретения

Устройство для моделирования вибродвигателя, содержащее ротор вибрадвигателя, вибратор, датчик скорости, блок оптимизации, генератор гармонического сигнала и блок обратной передаточной функции вибратора, о т " л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможнос- З5 ти моделирования ведущего пьезокера" иического движителя, в него дополнительно введены датчик силы, два аналоговых блока памяти, блок деления, фазаметр и блок регистрации, причем датчик скорости, установленный на подвижной части вибраторв, соединен са входам первого аналогового блока памяти и первым входом фаэометра, дат45 чик силы, установленный между подвижной частью вибратора и ротором вибродвигателя, соединен со входом второго аналогового блока памяти и вторым входом фазометра, выход ко араго соединен со входом блока оптимизации и первым входом блока регистрации, выходы аналоговых блоков памяти соответ твенно соединены со входами блока деления, выход которого соединен со вторым входом блока регистрации, третий вход которого подключен к выходу генератора гармонического сигнала, соединенному через блок обратной передаточной функции вибратора со входом вибратора, а выход блока оптимизации соединен с управляющим входом ге нер втор а гармони че ского си гнала.

2. Устройство по и. 1, о т л ич ающе е ся тем, чтоблокоптимизации содержит элемент дифференцирования, сумматор, задатчик постоянных напряжений, два диода, согласующий резистор, триггер и интегратор, причем вход элемента дифференцирования является входом блока оптимизации, а выход элемента дифференцирования соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к первому выходу задатчика постоянных напряжений, второй выход которого через согласующий резистор соединен с общим катодом двух диодов, анод первого диода подключен к выходу сумматора, а анод второго диода через триггер соединен со входом интегратора, выход которого является выходом блока оптимиэации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М" 632014, кл, Н 01 L 41/10, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 516056, кл. С 06 Q 7/48, 1976 (прототип) .

894742

Составитель И. Лебедев

Редактор Л. Пчелинская Техред Е. баритончик Корректор Г. Назарова (Заказ 11492/80 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открцтий о 113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4