Файл: Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств.pdf

формирования импульса малой длительности синусоидальный сигнал ограничивается ограничителем 6, и на его выходе форма сигнала будет иметь вид П-образных импульсов (см. рис. 7.22, в). Эти импульсы дифференцируются, после чего получаются им­ пульсы малой длительности (см. рис. 7.22, г). Усилитель импуль­ сов усиливает только положительные импульсы, которые зажи­ гают импульсную лампу 8. С выхода каскада 7 на лампу посту­ пают импульсы только положительной полярности. Из рис. 7.22, <3 видно, что лампа будет вспыхивать всякий раз, когда сигнал от

Рис. 7.23. Зависимость видимого положения ротора от запаздывания, вносимого избирательным усилителем измерительной системы:

а — при отсутствии сдвига по фазе; б — при наличии сдвига по фазе

датчика проходит через нуль, меняя свой знак с плюса на минус. Если этими импульсами света осветить ротор, то он будет ка­ заться неподвижным в таком положении, когда неуравновешен­ ная масса находится в горизонтальной плоскости. Оператору остается только заметить, какая точка ротора «стояла» в гори­ зонтальной плоскости и высверлить в этой точке количество ме­ талла, определенное по прибору 5.

Схема, приведенная на рис. 7.17, является идеализированной схемой и в большинстве случаев в таком виде применять ее нель­ зя. Сигнал датчика вибрации не является чисто синусоидальным. В нем, как правило, имеется большое число более высоких гармо­ ник. Поэтому усилитель сигнала должен быть избирательным, т. е. он должен выделять из сигнала датчика сигнал, пропорцио­ нальный неуравновешенности. Избирательный усилитель уже нельзя считать безынерционным звеном, он обязательно внесет какое-то запаздывание At в сигнал датчика. На рис. 7.23 пока­ зано, что в результате этого запаздывания сигнала неуравнове­ шенная масса в момент освещения ротора импульсом света бу­

127

дет уже не в горизонтальной плоскости, а сместится на угол Дф= соД£, что может дать значительную погрешность в опреде­ лении места неуравновешенности на роторе.

7.7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ БАЛАНСИРОВОЧ­ НЫХ МАШИН

И н т е г р и р у ю щ а я ц е п о ч к а

Простейшим фильтром является интегрирующая цепочка, изо­ браженная на рис. 7.24.

Известно, что при R ^ l / a C напряжение е2 на конденсаторе приблизительно равно интегралу от входного напряжения в\ по

времени

\

Из этого выражения видно, что амплитуды более высоких гармоник ослаблены больше, чем низших. Были попытки ограни­

фильтра LC на низких частотах (20—200 Гц) трудно. Поэтому для выделения сигнала низкой частоты стали использовать изби­ рательные фильтры RC, преимуществом которых по сравнению с фильтрами LC является большая добротность при настройке на низкие частоты.

Однако как фильтры LC, так и фильтры RC имеют амплитуд­ ные и фазовые погрешности при изменении частоты в области резонанса.

Разберем схемы с применением резонансных и полосовых фильтров.

И з м е р и т е л ь н ы е с х е м ы с р е з о н а н с н ы м и и п о л о с о в ы м и у с и л и т е л я м и

На рис. 7.25 изображена функциональная схема балансиро­ вочной машины с фильтром LC.

128

После суммирования сигнал от датчиков поступает на фильтр, состоящий из индуктивности и емкости. Изменяя ем­ кость, фильтр настраивают на частоту, равную частоте враще­ ния.

Выделенный сигнал усиливается и измеряется стрелочным измерительным прибором. Для определения места неуравнове­ шенности напряжение сигнала, пропорционального неуравнове-

Рис. 7.25. Функциональная схема балансировочной машины с фильтром LC н стробоскопическим определением места неуравно­ вешенности:

/ — ротор; 2 — потенциометрическая схема исключения влияния плоскостей уравновешивания; 3 — усилитель; 4 — прибор для определения величины неуравновешенности; 5 — генератор импульсов; 6 — импульсная лампа

шенности, подается на блок формирования импульса, зажигаю­ щего импульсную лампу. За каждый оборот ротора лампа вспы­ хивает только один раз. Момент зажигания лампы зависит от фазы напряжения, подаваемого на ограничитель.

При использовании индукционных датчиков максимум э.д. с. совпадает с прохождением неуравновешенной массы через верти­ кальную плоскость.

Допустим, что точка 4 на роторе является «тяжелой». Тогда момент прохождения этой точки через горизонтальную плоскость будет совпадать с моментом t\ синусоиды. Если в момент вре­ мени t\ осветить ротор импульсом света, то точка 4 будет видна в положении, изображенном на рис. 7.25. Вспышки повторяются через Т = 2я/со и в силу стробоскопического эффекта ротор ка­ жется неподвижным. Таким образом можно определить «тяже­ лое» место у ротора и удалить материал. Все это справедливо только при t\ —t3. В противном случае возникает ошибка, в опре­ делении месФа неуравновешенности Дф= со(^3—t і). Эта ошибка

устраняется при настройке машины.

Если рабочая частота вращения далека от рёзонансной час­ тоты механической системы балансировочной машины, то ошиб­

ка Acp складывается из ошибок фильтра, усилителя и ограничи­ теля.

На рис. 7.26 изображены амплитудно-частотная и фазо-час­ тотная характеристики фильтра LC. С точки зрения фильтрации наиболее выгодным участком характеристики является участок вблизи со ='(Оо- С другой стороны, при

Если этот фильтр включить в цепь отрицательной обратной связи усилителя, то частота шо будет ослабляться меньше других

Рис. 7.27. Фильтры RC:

130

частот и характеристика такого усилителя будет иметь вид, изо­ браженный на рис. 7.27, б.

Коэффициент усиления k и угол сдвига фазы 0 подобного

усилителя.

Из приведенных характеристик видно, что при изменении час­ тоты сигнала в области соо сильно изменяется его амплитуда и фаза.

Идеальным фильтром для балансировочной машины был бы фильтр, обладающий характеристикой, изображенной на рис. 7.28, б пунктиром.

Характеристики, подобные изображенным сплошной линией на рис. 7.28, б, получить нетрудно. С этой целью необходимо применить полосовой усилитель, состоящий из двух резонансных усилителей с некоторой расстройкой (см. рис. 7.28, а).

Методы расчета полосовых усилителей хорошо разработаны. Задавшись максимальным изменением частоты вращениярото­ ра во время уравновешивания, можно рассчитать полосовой фильтр таким образом, чтобы при изменении частоты вращения ротора показания прибора не изменялись. Частоту вращения ро­ тора во время уравновешивания легко поддерживать постоянной

с точностью ±2-^3% при помощи элементарных приводных уст­ ройств, так как приводной двигатель работает на холостом ходу. Плоский участок амплитудно-частотной характеристики легко получить при изменении частоты в пределах ±Зн-4%. В этих пределах частотно-фазовая характеристика получается почти ли­ нейной (нелинейность порядка 2—3%).

После выделения сигнала, пропорционального неуравнове­ шенности, измеряется его величина. В качестве устройств для от­ счета величины неуравновешенности применяются стрелочные электроизмерительные приборы и электроннолучевые трубки, причем с точки зрения точности и удобства отсчета, а также простоты устройства предпочитают стрелочные приборы.

Электроннолучевая трубка может применяться в качестве ин­ дикатора места расположения неуравновешенности, если имеет­ ся .опорный сигнал, относительно которого производится отсчет на индикаторе. Этот отсчет переносится на ротор, для чего на роторе делается отметка. При помощи осветителя и фотоэлемен­ та получают опорный импульс.

Как правило, у роторов с гладкой поверхностью это делается относительно легко. Для якорей электрических машин этот метод не всегда подходит.

Опыт показывает, что нет универсальных методов, пригодных для уравновешивания роторов всех электрических машин и гиро­ скопических приборов. При выборе метода уравновешивания нёобходим конкретный подход.

К о р р е к ц и я а м п л и т у д н ы х и ф а з о в ы х

п о г р е ш н о с т е й и з м е р и т е л ь н ы х с х е м

с р е з о н а н с н ы м и и п о л о с о в ы м и у с и л и т е л я м и

Для коррекции амплитудной погрешности можно применить еще один избирательный усилитель (рис. 7.29), расстроенный по частоте относительно первого. Подбором расстройки двух резо­ нансных усилителей можно добиться П-образной амплитудночастотной характеристики. Частотно-фазовая характеристика по­ лосового усилителя будет иметь большую крутизну в пределах полосы пропускания, что приведет к большой погрешности в оп­ ределении места неуравновешенности на роторе.

Для устранения фазовой погрешности полосового усилителя в измерительную схему можно ввести корректирующее устрой­ ство ’. Блок-схема измерительного устройства с компенсацией фазовой погрешности изображена на рис. 7.30. Левый и правый датчики вибрации ЛД и ПД подключены к схесме 2 исключения влияния плоскостей уравновешивания ротора 1. После двух из­ бирательных каскадов 3 и 4 сигнал подается на прибор, измеряю-1

132

R S

0-

Вход

0

Рис. 7.29. Полосовой усилитель

Рис. 7.30. Блок-схема измерительного устройства балансировочной машины с компенсацией фазовой погрешности:

133

щнй величину неуравновешенности, и на ограничитель 6. Пере­ ключателем П усилитель можно поставить в режим генератора, что требуется для периодического -контроля частоты вращения ротора.

Для устранения фазового смещения импульсов при измене­ нии частоты вращения применен блок задержки импульсов 10, управляемый частотным различителем 7. В качестве частотного различителя применен избирательный усилитель, а для управляе­ мой задержки импульсов использован ждущий мультивибратор. При изменении частоты сигнала на Асо полосовой усилитель вно­ сит фазовый сдвиг, равный Дф= аДсо. Из-за этого сдвига вспыш­ ка импульсной лампы запаздывает на время Д^= аД©/со, что при­ водит к погрешности в определении места неуравновешенности.

Благодаря блоку управляемой задержки импульсов сигнал, поступающий на импульсную лампу, получает задержку Д£і = = —At, что компенсирует фазовую погрешность полосового уси­ лителя.

Измерительные устройства балансировочных машин могут быть выполнены на лампах и на транзисторах. На рис. 7.29 изоб­ ражена схема избирательного усилителя с применением ламп, а на рис. 7.31— схема формирования импульсов с компенсацией фазовой погрешности избирательного усилителя. Работу этой схе­ мы можно рассмотреть на временных диаграммах прохождения

пового ограничителя стоит ограничитель на кремниевых стабили­ тронах (Д2, ДЗ). Сигнал с ограничителя (см. рис. 7.32, б) по­ дается на избирательный усилитель (лампа Л2 и второй триод лампы ЛІ). Благодаря ограничению входного сигнала величина выходного сигнала зависит только от частоты и изменяется по синусоиде (см. рис. 7.32, в). На выходе катодного повторителя (лампа ЛІ) стоят выпрямитель (Д 1, Д5, Д 6 , Д7) и сглаживаю­ щий фильтр (С1 2 , С13, R20). Сглаженное напряжение (см. рис.

7.32, г), величина которого пропорциональна изменению часто­ ты сигнала, подается на сетку ждущего мультивибратора (ЛЗ), длительность выходного импульса которого (см. рис. 7.32, ж) линейно зависит от постоянного напряжения, приложенного к сетке.

Мультивибратор запускается импульсами, которые подаются с ограничителя (первая половина лампы Л4). На этот ограни­ читель подается сигнал через дифференцирующую цепочку R28—С18 и имеет форму остроконечных импульсов (см. рис. 7.32, д). С выхода ограничителя на анод первой лампы мульти­ вибратора и через емкость С16 на сетку второй лампы мульти­ вибратора поступают только отрицательные импульсы (см. рис. 7.32, е). Эти отрицательные импульсы запирают вторую лампу мультивибратора, и на входе появляется один положительный

134