Устройство для моделирования распространения возмущений в сложной системе

Устройство для моделирования распространения возмущений в сложной системе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ В СЛОЖНОЙ СИСТЕМЕ, содержащее модель исследуемой системы, включающую две группы по К сумматоров, первую группу из (К + 1) интеграторов, вторую группу из К интеграторов и выходной интегратор, выход i -го сумматора первой группы (i 1,К ) соединен с.перйым входом i -го интегратора первой группы и вторым входом ( 1 +1)-го интегратора первой группы, выход первого интегратора первой группы подключен к входу выходного интегратора, первому входу первого интегратора второй группы и первому входу первого сумматора второй группы , выход р -го интегратора первой группы (р 2, К ) подключен к второму входу( р -1)-го интегратора второй группы, второму входу (р -1)-го сумматора второй группы, первому входу р-го интегратора второй группы и первому входу р -го сумматора второй группы, выход (К +1)-го интегратора первой группы соединен с вторым входом К -го интегратора второй группы и с вторым входом К -го сумматора второй грзшпы, о т л ичающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно дополнительно содержит источник возмущающих напряжений, наборное поле, выполненное в виде металлических лент, число которых равно числу выходов источника возмзщающих напряжений, подвиж (Л ный контактор, выполненный в виде непроводящей обоймы с контактами по числу, выходов источника возмущающих напряжений, к преобразователь напряжение - перемещение, выход которого кинематически связан с подвижным контактором, установленным на набор со о эо эо со ном поле с возможностью перемещения вдоль его металлических лент, подключенных к соответствующему выходу источника возмущающих напряжений, выко. контактов подвижного контактора подключены к третьим входам соответствующих интеграторов первой группы модели исследуемой системы, выход выходного интегратора которой соединен с входом преобразователя напряжение - перемещение, а в модели исследуемой системы выход -го интегратора второй группы и выход i -го сумматора второй группы подключены соответственно к первому и второму входам i - го сумматора первой гругг пы .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИНЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ill зц11 G 06 С 7/48

Ф ( ((У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H АВТОРСИОВЛМ СВКДЕ Г .-. ПЬОТВУ (21) 3643236/24-24 (22) 19.09.83 (46) 23.12.84. Бюл. №- 47 (72) В.Н. Буганков, iO.Ë. Гречишников и Н.М. Хачапуридзе (71) Институт технической механики АН Украинской CCP (53) 681.3(088.8) (56) 1. Манаш(кин Л.А., Бондарев А.М.

Электронное моделирование тормозных сил при статистических исследованиях переходных режимов поездов. — В сб.:

Исследования в области динамики рельсовых зкипажей. Труды Днепропетров" ского института инженеров железнодорожного транспорта им. H.È. Калинина.

Вып. 1 82/22, Днепропетровск, 1976, с. 137.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 3494846/18- 24, кл. С 06 G 7/48, 1982 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ В

СЛОЖНОЙ CNCTENF„ содержащее модель исследуемой системы, включающую две группы по k сумматоров, первую группу из (К + 1) интеграторов, вторую группу из I(интеграторов и выходной интегратор, выход -го сумматора первой группы (1 = 1, К ) соединен с.первым входом 1 -ro интегратора первой группы и вторым входом (+1)-го интегратора первой группы, выход первого интегратора первой группы подключен к входу выходного интегратора, первому входу первого интегратора второй группы и первому входу первого сумматора второй группы, выход р --го интегратора первой группы (p = 2, К ) подключен к второму входу (p — 1)-го интегратора второй группы, второму входу (I> -1)-го сумматора второй группы, первому входу ) -ro интегратора второй группы и первому входу p --ro сумматора второй группы, выход (К +1)-го интегратора первой группы соединен с вторым входом К -ro интегратора второй группы и с вторым входом К -го сумматора второй группы, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно дополнительно содержит источник возмущающих напряжений, наборное поле, выполненное в виде металлических лент, число которых равно числу выходов источника возмущающих напряжений, подвижный контактор, выполненный в виде непроводящей обоймы с контактами по числу, выходрв источника возмущающих напряжений, и.преобразователь напряжение — перемещение, выход которого кинематически связан с подвижным контактором, установленным на набор ном поле с возможностью перемещения вдоль его металлических лент, подключенных к соответствующему выходу источника возмущающих напряжений, выходы контактов подвижного контактора подключены к третьим входам соответствующих интеграторов первой группы модели исследуемой системы, выход выходного интегратора которой соединен с входом преобразователя напряжение — перемещение, а в модели исследуемой системы выход -го интегратора второй группы и выход 1 -го сумматора второй группы подключены соответственно к первому и второму входам — го сумматора первой группы

1 11ЗО

Изобретение относится к моделирущим устройствам и может быть исколь1 зовано для исследования сложных си-— стем, состоящих из большого числа элементов и функционирующих в изме5 няющейся обстановке (например, железнодорожного поезда, движущегося по участку пути с переломами продольного профиля и т.п.), когда объект подвергается различным внешним воздействиям.

В случае систем с распределенными параметрами такого рода возмущения часто воздействуют неодновременно на все элементы системы, т.е. распро- 15 страняются по системе.

Известно устройство для моделирования распространения фронта волны разряда тормозной магистрали и волны наполнения магистрали воздухом.

В этом устройстве моделирование распространения фронта волны разряда и наполнения тормозной магистрали осуществляется регистром, выполненным из стандартных по схеме триггеров, связанных между собой линиями задержки. Импульсы с частотой, соответствующей скорости разряда магистрали,,поступают от генератора на первую группу входных вентилей. РаспростраЗО нению волны разряда магистрали соответствует "волна" перехода триггеров в единичное состояние. Изменив частоту генератора на соответствующую скорости наполнения магистрали воздухом, подают импульсы на вторую груп пу входных вентилей. При этом триггеры последовательно возвращаются в исходное (нулевое) состояние. "Волна" перехода триггеров в нулевое состояние соответствует распространению волны наполнения магистрали воздухом f1) .

Недостаток устройства заключается в том, что оно позволяет моделировать распространение в системе только одного независимого возмущения и только с заранее заданной постоянной скоростью.

Наиболее близким к изобретению является устройство для моделирования распространения возмущений, содержащее модель исследуемой системы, которая состоит из двух групп сумматоров по 1 в каждой группе, первой группы из < +1 интеграторов, второй Ы группы из интеграторов и выходного интегратора, причем сумматоры первой группы и интеграторы обеих групп

883 1 объединяются в К последовательно соединенных колебательных звеньев (осцилляторов), аналого-цифровой преобразователь, программный дешифратор и триггерный коммутатор.

Выход модели исследуемой системы, с которого снимается управляющее напряжение, соединен с входом аналогоцифрового преобразователя, выходы которого подключены к входным шинам дешифратора, выходы дешифратора соединены с BxopGMH коммутатора, выходы которого подключены к элементам модели системы.

Дешифратор набирается таким образом, что наличие сигнала на какомлибо его выходе соответствует переходу системы через границу интервала управляющего напряжения, на котором к определенному элементу системы прикладывается возмущение. Выходы дешифратора, определяющие начальные и конечные границы таких интервалов, подсоединены, соответственно, к единичным и нулевым входам триггеров коммутатора.

При работе модели подаваемое на ее выход напряжение-аналог величины, характеризующей состояние исследуемой системы, изменяется. При совпадении двоичного кода величины этого напряжения с числом, закодированным в дешифраторе, на соответствующем его выходе появляется импульс напряжения. Этот импульс, поступая на единичный вход триггера, переводит

его в единичное состояние,-.т.е. на выходе триггера, подключенном к соответствующему элементу модели, появляется напряжение — аналог- возмущения, прикладываемого к этому элемен. ту.. При прохождении системой конечной границы интервала действия,возмущения появляется импульс напряжения на выходе дешифратора, подключенном к нулевому входу триггера. Триггер перебрасывается в исходное состояние, действие возмущения прекращается. Аналогично подключается и отключается напряжение — аналог возмущения к всем остальным элементам системы (2j

Недостаток известного устройства состоит в том, что при исследовании систем с большим числом элементов, подвергающихся действию большого .числа возмущений, устройство становится громоздким и, как следствие, значительно усложняется и требует больших затрат времени перепрограммирования

3 4 ое в виде металлических лент, число оторых равно числу выходов источниа возмущающих напряжений, подвижной контактор, выполненный в виде непроводящей обоймы с контактами по числу выходов источника возмущающих напряжений, и преобразователь напряжениеперемещение, выход которого кинемати- чески связан с подвижным контактором, установленным на наборном поле с возможностью перемещения вдоль его металлических лент, подключенных к соответствующему выходу источника возмущающих напряжений, выходы контактов подвижного контактора подключены к третьим входам соответствующи> интеграторов первой группы модели исследуемой системы, выход выходного интегратора которой соединен с входом преобразователя напряжение — перемещение, а в модели исследуемой

4 системы выход -го интегратора вто-! рой группы и выход -го .сумматора второй группы подключен соответственно к первому и второму входам -го сумматора первой группы.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2— модель исследуемой системы (макет конвейерного поезда); на фиг. 3— подвижной контактор; на фиг. 4— структура участка пути, на котором моделировалось движение макета конвейерного поезда; на фиг. 5 — наборное поле. устройство (фиг. 1) состоит из источника 1 возмущающих напряжений, наборного поля 2, подвижного контактора 3 и преобразователя 4 напряжение — перемещение. Модель 5 исследуемой системы содержит первую группу сумматоров 6, первую группу 7 интеграторов, выходной интегратор 8, вторую группу интеграторов 9, вторую группу сумматоров 10.

Блоки 6„, 7, 9; и 10; моделируют движение 1 -1 вагонетки конвейерного поезда как твердого тела.

Сумматоры 10 реализуют демпфирующие свойства моделируемого обьвкта (рассеивание энергии в системе при ее движении), а также мокнут использоваться для реализации нелинейных характеристик междувагонеточных соединений. Последние, в свою очередь, реализуются с помощью сумматоров 6.

Реализация линейных либо нелинейных характеристик соединений не приводит к изменениям времени интегри3 113088 устройства при изменении условий ре- н шаемой задачи. Так, для исследования к движения поезда, состоящего из семи к единиц подвижного состава, по участку пути с подъемом, горизонтальным

5 участком и спуском требуется дешифратор из 280 элементов и коммутатор из

14 триггеров. При увеличении числа единиц подвижного состава в поезде до 10, число элементов дешифратора возрастает до 400, а количество триггеров в коммутаторе — до 20. Если же требуется исследовать движение по тому же участку поезда, состоящего из 20 единиц подвижного состава (а среднее количество вагонов в грузовом поезде 50-70), то устройство будет -насчитывать уже 800 элементов дешифратора и 40 триггеров.

Для перепрограммирования дешифратора необходима перепайка всех его. элементов. Поэтому для программирования (набора) задачи требуется исполнитель достаточной квалификации и затраты рабочего времени, на несколько порядков превышающие время решения. В связи с этим необходимо упростить и ускорить решение задач.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Эта цель достигается тем, что в

30 устройство, содержащее модель исследуемой системы, включающую две группы no L сумматоров, первую группу из (К +1) интеграторов, вторую группу из К интеграторов и выходной ин- З5 тегратор, выход -го сумматора первой группы (= 1,K ) соединен с первым входом 1 -го интегратора первой группы и вторым входом (+1)-го интегратора первой группы, выход первого интегратора первой группы подключен. к входу выходного интегратора, первому входу первого интегратора второй группы и первому входу первого сумматора второй группы, вы- 45 ход р -го интегрАтора первой группы (p =. 2, k) подключен к второму входу (p --1)-го интегратора второй группы, второму входу (Р -1)-го сумматора второй группы, первому входу p -ro интегратора второй группы -и первому входу p --ro сумматора второй группы, выход (k +i)-го интегратора первой группы соединен с вторым входом K --гс

- интегратора второй группы и с вторым входом k --го сумматора второй группы, введены источник возмущающих напряжений, наборное поле, выполненторым подвижного контакта возмущающее напряжение через него подается на соответствующий элемент модели 5.

Подвижный контактор 3 выполнен в виде непроводящей обоймы, несущей необходимое количество "плавающих" контактов. Каждый контакт соединен отдельным проводником с соответствующим элементом модели 5.

Преобразователь 4 напряжение — перемещение представляет собой функциональное устройство, реализующее механическое перемещение, рабочего элемента (в данном случае контактора 3) как функцию входного напряжения. Он может состоять из усилителя, электродвигателя, редуктора с системой перемещения рабочего элемента, потен циометра обратной связи и источника опорного напряжения.

При работе модели 5 поступающее с ее выхода на вход преобразователя напряжение — аналог величины, характеризующей состояние. исследуемой системы, изменяется. При изменении входного напряжения в балансной схеме преобразователя появляется сигнал рассогласования. Зтот сигнал, после преобразования н усиления, подается на управляющую обмотку электродвигателем, который через редуктор приводит в двюкение контактор 3 и, одновременно, скользящий контакт потенциометра обратной связи до тех пор, пока в балансной схеме не установится равновесие. При этом сигнал .рассогласования стремится к нулю и элект родвигатель останавливается.Таким образом контактор 3 движется по полю 2 в точном соответствии с изменением выходного напряжения модели 5, При прохождении контактами проводящих участков дорожек поля на подключенные .к этим контактам элемен ты модели поступает возмущающее напряжение по цепи источник- возмущающего напряжения — проводящий участок дорожки поля — контакт подвижного контактора — элемент модели. Устройство отличается простотой изготовления, удобством эксплуатации, наглядностью реализации режима распространяющегося возмущения, малой трудоемкостью при перепрограммировании.

Э 1130883 рования уравнений движения на ABM и не оказывает никакого влияния на движение систем в целом, а приводит лишь к изменению собственных характеристик системы и внутренних усилий., Последние обстоятельства обуславливают, в свою очередь, отсутствие отличий, при использовании заявляемого устройства, для реализации как линейных, так и существенно нелинейных за- 1О дач динамики и сложных механических систем.

Интегратор 8 обеспечивает получение абсолютного перемещения первой вагонетки, т.е. характеризует путь, проходимый конвейерным поездом в течение всего времени его движения.

Напряжение — аналог пути, пройденного поездом, подается в-качестве управ ляющего на блок 4.

С подвижного контактора напряжения-аналоги распространяющегося возмущения подаются на интеграторы 7, на выходах которых формируются абсолютные скорости движения всех масс (вагонеток макета конвейерного поезда), а на выходах интеграторов 9 относительные перемещения этих же масс.

Выходь; источника 1 возмущающих напряжений 1 подключаются к наборному полю, по которому движется контактор, соединенный с моделью исследуемой системы. Движением контактора управляет ЗЯСС, вход которой подключен к выходу модели.

Источник 1 возмущающих напряжений выбирается в соответствии с конкретными условиями решаемой задачи. Зто может быть как источник постоянного

Щ напряжения (для моделирования возмущений, неизменных во времени, например, скатывающей силы при постоян ном уклоне), так и источник напряжения, изменяющегося по заданному закону (для моделнрования переменных

45 возмущений, например, изменения массы при непрерывной загрузке состава на ходу).

Набо", ное поле 2 представляет собой пластину с металлическими лентами, число которых равно числу контактов подвижного контактора 3.

К каждой дорожке подключается необходимое напряжение — аналог возмущающего воздействия от источника 1 возмущающих напряжений, На дорожках формируются с помощью изолирующих наклеек, отрезки, при движении по ко7

Значительное упрощение задач процесса программирования позволяет ускорить процесс подготовки к реше1130883 8 нпю, т. е, .сократ ить затраты необходимого для этого рабочего времени примерно на 807 по сравнению с базовым объектом.

Фие.1 л 6i кб кб бк кЮк

pm Y

Оа О, От!0

urn/»

® %, ае бк

one Юк

1130883 к бк-г

1130883

Фиг З

1130883

Составитель В. Фукалов

Редактор А. Шишкина Техред Т.Фанта Корр ктор H. Розман

Заказ 9612/36 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

/ по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская паб., д. 4/5

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