Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем

Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскими

Соцмалмстимааимк еиеслублии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К AS © <К©МУ СВИДВТИЗЬСТВУ (6i) Дополнительное к авт. свил-ву

<»>643843 (51) М. Кл.

GO5 В 23/02 (22) Заявлепо26.11.76 (2)) 2423527/18-2 с присоединением заявки №

Гоаудерствеиимй комитет

СССР аа делам изобретений и еткрытий (23) Приоритет

Опублеековаио25.О1.79.Бюллетень № 3 (53) УДК 62.50 (088.8) Дата опубликования описания 27.О1.79 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Изобретение относится к системе автоматического управления, в частности к испытательным приборам, и может,найти применение при виброиспытаййях и исследовании нелинейных колебательных систем.

Известно устройство для определения динамических характеристик колебатель иых систем (1). В нем нелинейные характеристики восстанавливающей и демпфирующей сил колебательных систем определяются по закону движения посредством воспроизведения законов распреде«ения колебательного смещейия и скорости их центральных моментов с последующей .обработкой их в функциональном преобразователе.

В нем имеется схема воспроизведения незатухающего закона движения по затухающему aaaasy и по функции затухания.

Недостатком известного устройства является его функциональная сложность, .снижающая точность получаемых ре2 зультатов, а также необходимость пред« (варительного определения другими. средствами к: введения в устройство функций эквивалентного коэффициента жесткости и эквива«еитного коэффициента

% демлфнрования, а при, определении характеристик ло затухающему к олебатель ному процессу - еще и функции затухания, что также снижает точность и увеличивает трудоемкость процесса опреде10 «ения характеристик.

Наиболее близким к изобретению техническим рещением является устройство для определения динамических характеристик колебательных систем (21, содержащее датчики перемещения, скорости и ускорееиея, индикатор и двухпозицн онный переключатель.

Его недостаток состоит в том, что с его помощью получаются характеристики в виде последовательности точек .по затухающим колебаниям. При сильном демпфирования колебания быстро затухают и.по одному переходному цро643843

1S зо

55 цессу удается получить лишь несколько точек характеристики. Чтобы обеспечить возможность точного восстановления характеристики по точкам, приходится процесс повторять несколько раэ с измененными начальными условиями, B случае же слабого демпфирования диссипативная характеристика проходит вблизи оси, и если ее линейную часть можно довольно точно оценить, то нелинейную составляющую точно определить практически не удается. 1 аким образом, хотя точки точно располагаются на характеристике (если не учитывать погрешностей функционирования схемы), фактическая точность определения нелинейных составляющих характеристик может быть высокой не во всех случаях, а лишь при ярко выраженной нелинейности и при оптимальной диссипации системы. Кроме того, при определении характеристик по высокочастотным колебаниям труднее обеспечить достаточное быстродействие схемы управления интенсивностью электронного луча, в связи с чем приходится использовать запись временных характеристик в измененном временном масшта-, бе, что также вйосит некоторую погрешность и делает невозможным констатировапие изменений характеристик в то время, когда они происходят. Л это ограничивает область применения уст» ройства.

Белью настояшего изобретения является повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит три сумматора, потенциометр, два блока нелинейной функции и датчик возбукдаюшего усилия, выход которого и выходы датчиков ускорения, скорости и перемещения соединены с четырьмя соответствующими входами двухпозиционного переключателя, два других входа которого соединены с выходами датчиков скорости и перемещения соответственно через первый и второй блоки нелинейной функции, первый и второй входы двухпоэиционного переключателя соединены с соответствующимии входами первого сумматора, третий выход — со входом второго сумматора, другой вход которого связан с выходом первого сумматора, четвертый выход двухпозиционного переключателя соединен с первым входом индикатора, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, один вход которого связан с выходом второго сумматора, а другой — через потенцпометр с че пвертым вь ходом двухпознционного переключателя, На чертеже изображена блок-схема устройства . СЪа содержит датчик перемещения 1, датчик возбуждающего усилия 2, блоки нелинейной функиии 3 и 4 (одной переменной), двухпозиционный переключитель 5, имеющий входы

6-11 и выходы 12-15, сумматоры 16, 17 и 18, потенциометр (со шкалой)19, индикатор (например, катодный осциллограф) 20, датчик ускорения 21 и дат чик скорости 22.

Устройство работает по принципу последовательного приближения. Сначала приближенно определяется потенциальная характеристика, для чего задается и устанавливается на блоке нелинейной функции 3 линейная диссипативная характеристика с коэффициентом направления Ь = вЂ,„„,, где Е,о и О

E соответственно амплитуда гармонической возбуждающей силы, амплитуда и частота резонансного колебания системы, описываемой нелинейным дифференциальным управлением вида т х + я(х ) + Г(х) = E ain t

Двухпозиционный переключатель 5 ставится в правое положение, обеспечивая тем самым поступление на входы сумматора 16 сигналов, пропорциональных возбуждающей и линеариэованной демпфирующей силам. Сигнал, пропорциональный сумме этих сил (равный нулю, если диссипативная характеристика дейст вительно линейна), поступает на первый вход сумматора 1 7, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональИ ный инерционной силе юх . На выходе сумматора 17 получается сигнал, пропорциональный восстанавливающей силе (с некоторой погрешностью, если действительная диссипативная характеристика не является линейной). Этот сигнал подается на первый вход сумматора 18, на второй вход которого через потенциометр со шкалой 19, поступает сигнал, пропорциональный смешению Х, который, минуя потенциометр

19, поступает также на развертку по горизонтали катодного осциллографа 20 на другую развертку которого подается выходной сигнал сумматора 1,8. Ржоя » ка потенциометра 19 устанавливается такое положение, чтоб . петлеобраэная кривая на экране катодного осциллографа 20 сжалась, и изображающая точка проходила через начало коорди-. нат при движении в обоих направлениях.

При этом масштаб развертки по вертикали изменяется до такой величины, чтобы кривая располагалась на значительной части экрана по высоте и отчетливо выявилась ее форма. Эта кривая пропорциональна нелинейной составляющей характеристики Г (М, а положение рукоятки потенциометра пропорционально коэффициенту направления ее линейной части. Если желательно получить характеристику Г (к) с большей точностью, то весь процесс повторяется после определения указанным ниже способом характеристики R() и набора ее на блоке нелинейной функции 3.

Йля определения характеристики Р(х) двухпозиционный переключатель 5 ставится в левое положение, на блоке нелинейной функции набирается уже определенная характеристикаГ(х)и на экране осциллографа 20 получается нелинейная составляющая характеристики R(k), а положение рукоятки потенциометра 19, при котором кривая на экране проходит через начало координат {или совсем исчезает), соответствует коэффициенту направления ее линейной части, Так происходит потому, что при левом положении двухпозииионного переключателя 5 на входы сумматора 1 6 поступают сигналы, пропорциональкые инерционной и восстанавливающей силам, а на его выходе образуется сигнал, пропорциональный сумме этих сил и в то же время сумме й.(x)+ Евино uukp если на блоке 4 набрана функция Г(к), полученная во время предыдущего этапа, когда переключатель был установлен в правое положение (погрешность зависит от погрешностей определения и набора потенциальной характеристики). Для выделения диссипативной силы выходной сигнал сумматора 16 подается на первый вход сумматора 17, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный возбуждающему усилию. Выходной сигнал сумматора 17 после суммирования его в третьем сумматоре 18 с подаваемым через потенциометр со . шкалой 19 сигналом, пропорциональным скорости колебательного движения, становится пропорциональным нелинейной составляющей демпфируюшей силы и подается на вертикальную развертку кятодного осциллогоафа 20, на горизонтальную развертку которого поступает сигнал, пропорциональный скорости.

5 В случае необходимости получения характеристик с особой точностью цикл повторяется< несколько раз до тех пор, пока характеристики Ьудут совпадать с полученными во время предыдущего

30 цикла. Однако в большинстве случаев достаточно осуществления одного цик-. ла.

Получение на экране изображения только нелинейной части характеристиИ ки способствует определению ее с высокой точностью путем сильного увеличения по вертякали.

Использование этого устройства дает

Возможность получить xspsKTepHcтики восстанавливающей и демпфируюшей сил с теоретически неограниченной точностью в виде коэффициента направления линейной части характеристики и постоянно возобновляющегося as время каждого полунериода колебания графика ее нелинейной составляющей на экране индикатора.

Устройство может быть использовано для определения характеристик по

ЗЕ затухающим колебаниям. В таком случае сигнал E бю и Ж t = О, а нелинейная с оставляющая на экране осцилл ографа получается в виде отрезка кривой в убывающем с обоих концов интервале изменения переменной х или х . Устройство может быть использовано и для определения характеристик сложных систем, относящихся к нормальным фо, мам колебания по временным характеристиО кам такого колебания вдоль какой-либо обобщенной координаты. Таким образом изобретение дает как технический, так и экономический эффект.

Формула изобретения

Устройство для определения динамических характеристяк колебательных

50 систем, содержащее датчики перемещения, скорости и ускорени индикатор и

I двухпозиционный переключатель, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це55 лью повышения точности, оно содержит три сумматора, цотенциомезр, два блока нелинейной функции и датчик возбуждающего усилия, выход которого и вь ходы датчиков ускорения, скорости и переме6438 щения соединены с четырьмя соотвеч ствувщими входами двухпознпионного переклиеателя, два других входа которого соединены с вйходами датчиков скорости и. перемеаении соответственно через S первый и второ@ блоки нелинейной функции, первый и второй выходы двухдозидиойне о перещвчателя соединены с соот. ветствувщими входами первого сумматора, третий наход — со входом второго сум. щ матора, другой вход которого связан с выходом первого сумматора, "четвертый выкод двухпозипионного переключатели соединен с первым входом индйкатора,, второй Вход которого подкшочен к выходу И

43 8 третьего сумматора один вход которого связан с выходом второго сумматора, а другой — через потенпиометр с четвертным выходом двухпозиционного переключателя.

Источники ннформайии, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

Ку 483654е кл 005 В 23/02

05.06.73.

2. Заявка СССР И. 2323577/18-24, l6,02,76, ка.605 В 23/02, по которой выдано положительное решение о выдаче авторского свидетельства.

Составитель Г. Нефедова;

Редактор А. Садомав Техред Н. Бабурка Корректор й. Мельниченко

Заказ 8020/43 " Тираж 1 01 4 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР ао делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 иал ППП Патент, .r. Ума ород, ул. Проектная, 4