Устройство для моделирования нелинейных колебательных систем

Устройство для моделирования нелинейных колебательных систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1!1 5ИО56

Со!еа Советских

Социалистических

Реснублик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 24.03.76 (21) 2116746 24 (51) I1. Кл. G 06G 7 48 с Гlрисоедппсппсзl зс151вкп J¹

Государственный комитет

Совета Министров СССР (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.76. Бюллетень ¹ 20

Дата опубликования описания 06.07.76 (53) УДК 681.333 (088.8) ао делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

P. Ю. Бансевичюс, С. И. Оржекаускас, К. Ч. Рагульскис и И. Ю. Скучас

Каунасский политехнический институт им. А. Снечкуса (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

НЕЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЬ|Х СИСТЕМ

Изобретение относится к области э leleTpl ческого моделирования, Известны устройства для моде.шрования нелинейных колебательных систем, содержащие исследуемый объект, установленный на возбудителе колебаний, датчики параметров, расположенные на исследуемом об.ьекте и подключенные к соответствующим входам блока моделирования динамической системы и блока оптимизации, выход которого соединен с соответствующим входом блока моделирования динамической системы, первым выходом связанного с соответствующим входом блока.

Предложенное устройство отличается тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены блок управле1шя и блок дифференцирования, входы которы.; соединены с вторым выходом блока моделирования динамичсской системы, и последовательно соединенные генератор колебаний, амплитудный модулятор и фазосдвигающий блок.

Другис входы фазосдвигающего блока и амплитудного моду.тятора сB5133Hhl с выхода а!и блока управления и блока дифференцирования, а возбудитель колебаний выполнен в виде взаимно перпендикулярно установленных пьезоэлектрических преобразователей. Один из двух параллельно установленных пьезоэлектрических преобразователей, симметрпчно которым расположен опорный блок возбудителя колебаний, закреплен в основаьнш с помощью ограничит"л.й и пружины, а другой зафиксирован жестко. Их Оокладкп подкл!О5 чены к выходу генератора колебаний, а обкладки двух других пьезоэлектрических преобразователей возбудителя колебаний соединены с выходом фазосдвпгающсго блока.

Иа фпг. 1 и 2 показано предлагаемое уст-!

О ройство с блок-схемой, разрезы по А — А и

Б — Б; на фпг. 3, а, О, в приведены зависимости электрически.; параметров устройства (фазы и амплитуды) от требуемого закона движения исследуемого объекта.

15 K исследуемому объекту 1 прикреплен ряд датчиков 2, pel llcTpII1Iylolllllx параметры (перемещение, скорость, ускорение и т. д.). Датчики подключены к входу блока 3 моделирования динамической системы, а также и

2! блоку 4 оптимизации, выход блока моделирования qllllai! I»lсской системы — и блокам дифференцирования 5 и управления 6. Выход блока диффере1щированпя присоединен к амплитудному модулятору 7, а выход блока

23 6 — — к фазосдвига!Ощему устройству 8, которые управляют амплитудой и фазой высокоа тотного l!апряжения, задава"-мого генератором 9 электрических колебаний фиксированH0il частоты, Генератор 9 подключен к возбу30 QIITI ;IIQ колсоанпй, а IIII! .IIIIÎ к Оок.задкам пьЕ г16056

3 зоэлектрических преобразователей 10 и 11. выполненных в виде пьезокерамических брусков. Один из них (10) закреплен в узлах колебаний жестко, другой (11) с помощью ограничителей 12 H Ilp) жины 13 прижим 1ет два других аналогичных преобразователя 14 и 15 к преобразователю 10. В узлах колебаний преобразователей 14 и 15 прикреплен опорный блок возбудителя колебаний, к которому крепится исследуемый объект. Опорный блок может перемещаться только в направлении оси Х. Обкладки преобразователей 14 и

15 присоединены к генератору 9 через амплитудный модулятор и фазосдвигающее устройство. Резонансные частоты всех четырех ripeобразователей равны ввиду равенста геометрических размеров, материала и характера крепления. Обкладки (электроды) преобразователей 10, 11, 14 и 15 выполнены таким ооразом, что при резонансе в них образуется полная стоячая волна (с двумя узлами колебаний). Характер продольных колебаний преобразователей приведен на фиг. 2, Устройство работает следующим образом.

Исследуемый объект, представляющий неизвестную часть системы, совершает колебания, задаваемые опорным блоком 16 возбудителя колебаний. Датчики 2 фиксирует параметры исследуемого объекта в разны;. »Сстах. Сигналы, пропорциональные параметрам исс Ieph eì0ÃÎ Ооъекта, с выхода датчиков поступает в блок 3 моделирования динамической системы, а также B блок 4 оптимизации. Блок 4, соответственно связанный с блоком 3, позволяет известными методами оптимизировать параметры или структуру известной части динамической системы и определяет моментную координату положения исследуемого объекта (опорного блока возбудителя колебаний). Таким образом, сигнал, пропорциональный упомянутой моментной координате положения исследуемого объекта, с выхода блока 3 поступает в блок 5 дифференцирования и блок 6 управления (сигнал фпг. 3, а).

Выходной сигнал блока 5, пропорциональный скорости изменения моментной координаты положения исследуемого объекта (огибающая фиг. 3, в), и блока 6, фиксирующий фазу изменения моментной координаты (фиг. 3,б), подключены к входам алака 7 амплитудного модулятора и блока 8фазосдвигающего устройства соответственно. Генератор 9 вырабатывает высокочастотные электрические сигналы. Они поступают прямо к обкладкам пьезоэлектрических преобразователей 10 и 11 возбудителя колебаний. Тот же высокочастотный сигнал с выхода генератора 9 подается в амплитудный модулятор, который модулируется сипилом с выхода блока 5 (огибающая фиг. 3, в), пропорциональным производной сигнала с выхода блока 3 (фиг. 3, г.). Сигнал с выхода модулятора проходит в фазосдвигающее устройство, которое меняет фазу модулированного высокочастотного сигнала на 180 в тот момент, когда блок 6 управления фиксирует Э

1О

25 зо

Зб

Г)5 изменение направления, т. е, нарастание и убывание, выходного сигнала блока 3 (фиг.

3, а, б). Такой модулированный сигнал двух полярностей, носящий информацию также и а направлении изменения выходного сигнала блока 3, поступает к обкладкам преобразователей 14 и 15.

1!ри подаче высокочастотных электрических колебаний к обкладкам преобразователей, они начинают совершать резонансные колебания. В местах контакта преобразователей происходят косые удары, направленные в сторону, зависящую от соотношения фаз колебании. Фазы колебаний преобразователей 10 и

11 совпадают, фазы колебаний преобразователей 14 II 15 Отличаются на 180 . При соолюдспии этих требований, косые удары во всех четырех контактах преобразователей оказываются направленными в одну сторону, т, с. в ту же сторону перемещаются преобразователи 14 и 15 и к ним прикрепленньш опорный блок 16. Реверсировапие движения происходит при изменении фаз колебаний преобразователей 14 и 15 па 180 (пунктирная кривая на фиг. 2), что обеспечивается фазосдвигающим устройством 8. Генератор 9 настроен на резонансную частоту преобразователей. Скорость перемещения в широком диапазоне линейно зависим от амплитуды высокочастотного сигнала. Частота обычно лежит в диапазоне от 20 кг до 1000 кгц, т. е. косые удары следуют с большой частотой, и практически происходит равномерное движение, так как такие частоты фильтруются самой механической системой привода, Таким образом, реверсирование столика осуществляется прп фиксировании фазосдвигающим устройством момента изменения направления сигнала с выхода блока 3, а скорость его перемещения — — от амплитуды модулированного высокочастотного сигнала, которая прапорциоIIlIclI,lI3 произво,ной выходного сигнала блоха

3, T. c. cHII:)Й clcopoсти изменения "игча lа с выхаlа блока 3. Зтим доказано Iзижение опорного блока возбудите|я колебаний по закону совпадающему с формой выходного блока моде Ièpовакия диrfамиvecêoé системы. Выcoêà5I точность совпадения достигается тем, по ча.тата reffepaiopa 9 очень бэ.п,шая и достигает нескольких мегагерц.

Высокая точна=ть имитаций движ"ний, задава"мым выходным игналам алака 3 опорI:oìó блоку 16, пэзвэляет и=следовать =ложI lie динамические системы. При этом обеспечивается TOчна ть пеоенесения информации, зафик иравапнай в вычп лите альных x còpoIIствах, к реальному объекту. Информация

Аикci!Iph ñò:я В форме сигня:IH.

Формула изобретения

Устройство для моделирования нелинейных ко ieîательных систем, содержащие Ifccëåäóемый объект, установленный на возбудителе

51Я56

4-А

7Z

7,7

Фиг. 2

Фиг. 8 колебаний, датчики параметров, установленные на исследуемом объекте и подкгпоченные к соответствующим входам блока моделирования динамической системы и блока оптимизации, выход которого соединен с соответствующим входом блока моделирования динамической системы, первым выходом оединенного с соответ твующим входом блока оптимизации, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности моделирования, оно содержит блок управления и блок дифференцирования, входы которых соедин "ны с вторым выходом блока моделирования динамической системы, и последовательно соединенные генератор колебаний, амплитудный модулятор и фазо:двигающий блок, другие входы фазосдвигающего блока и амплитудного модулятора соединены с выходами блока управления и блока дифференцирования, а возбудитель колебаний выполнен в виде взаимно

5 перпендикулярно установленных пьезоэлектрических преобразователей, причем один из двуx парал лельно установленHûx пьезоэлекTPHLI0CKIIX 11PCOOP33O83TC, IQII, CHXIX1PTPH9HO KOторым расположен опорный блок возбудите10 ля колебаний, закреплен в основании посред.твом ограничителей и пружины, а другой заф и к с H p o B B H JK P c T Ko, 11 х о б к,з а д и н II o l K,l 1011е н ы к выходу генератора колебаний, а обкладки двух др гих пьезоэ.чсктрических преобразова15 телей возбудителя колебаний соединены с выходом фазо.двигающего блока.