Устройство для определения характе-ристик упругости и демпфированиянелинейного упругого об'екта приполунатурном моделировании

Устройство для определения характе-ристик упругости и демпфированиянелинейного упругого об'екта приполунатурном моделировании

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

In>813467 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 110379 (21) 2739515/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (51)М. КЛ.З

G G 7/48

G 05 В 23/02 (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 15.03.81, бюллетень Hо 10

Дата опубликования описания 200381 (53) УДК 681. 335 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. Ю. Скучас, Я. И. Кекене и О. А. нечкуса

Каунасский политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ XAPAKTEPHCTHK УПРУГОСТИ

И ДЕМПФИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО УПРУГОГО ОБЬЕКТА

ПРИ ПОЛУНАТУРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ

Изобретение относится к испытательным приборам и может быть использовано при автоматизированном анализе и синтезе нелинейных колебательных систем.

Известны устройства для определения параметров связей, предназначенные для определения д::.амических характеристик по трудно реализуемым характеристикам случайных процессов или линейных коэФфициентов жесткости и демпФирования (1) .

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее электромеханический динамометр, упругие 15 и демпфирующие элементы связи, блок датчиков относительного перемещения и скорости, вибратор и схему вычисления (2) .

Устройство позволяет получить 20 только линейные коэффициенты жесткости и демпфирования, необходимые для оценки полных связей или устойчивости систем при полунатурном моделировании прецизионных колебательных си- 25 стем с нелинейными связями.

Цель изобретения — расширение класса решаемых задач за счет возможности определения нелинейных коэФфициентов жесткости и демпФирования связи. 30

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения характеристик упругости и демпфирования нелинейного упругого объекта при полунатурном моделировании, содержащее вибратор и блок датчиков относительного перемещения и скорости, устанавливаемые между концами исследуемого упругого объекта, электромеханический динамометр, прикрепленный к одному концу исследуемого упругого объекта, упругий и демпфирующий элементы, прикрепляемые одними концами к электромеханическому динамометру, а другими — к другому концу исследуемого упругого объекта, два вычислительных канала, каждый из которых состоит из делителя, ключа, нуль-органа и повторителя уровня импульсов, причем выход делителя соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого связан с выходом нуль-органа., а выход ключа соединен со входом повторителя уровня импульсов, выход электромеханического динамометра соединен с первыми входами делителей обоих каналОв, выход сигнала перемещения блока датчиков относительного перемещения и скорости соединен со вторым входом делителя пер813467 вого канала и входом нуль-органа второго канала, выход сигнала скорости блока датчиков относительного перемещения и скорости соединен со вторым входом делителя второго канала и входом нуль-органа первого канала, допол- нительно введены два распределителя импульсов, два блока памяти, два индикатора заполнения элементов блока памяти, элемент И, дополнительный ключ, генератор случайного сигнала, причем к выходам повторителей уровня импульсов каждого из каналов подключе ны первыми входами соответствующие распределители импульсов, которые через последовательно соединенные блок памяти и индикатор заполнения элемен- 1 тов блока памяти соответственно подключены к двум входам элемента И, выход которого соединен со входом дополнительного ключа, выход которого соединен с управляющим входом гене- 20 ратора случайного сигнала, выход которого соединен со входом вибратора.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит упругий и дамп-yg фирующий элементы 1 и 2, прикрепленные каждый к концам 3 исследуемого упругого объекта 4, электромеханический динамометр 5, блок 6 датчиков относительного перемещения и скорости, вибратор 7, делители 8, ключи 9, индикаторы 10 нуля, повторители 11 уров— ня импульсов, распределители 12 импульсов, блоки 13 памяти, индикаторщ заполнения элементов блока 14 памяти, элемент И 15, блок 16 управления и генератор 17 случайного сигнала.

Устройство работает следующим об— разом.

Движение системы описывается дифференциальным уравнением: 40

С(Х-Y)(X-Y) + К(Х-Y)(X-Y)

F + F (1)

1 где C(X — Y) -- нелинейный коэффициент 4 упругости связи;

К(Х вЂ” Y) — нелинейный коэффициент демпфирования связи;

Х, X — абсолютные перемещение и — скорость первого конца связи;

Y, Y — абсолютные перемещение и скорость второго конца связи;

F — реакция инерционных сил

1 объекта на связь; F — сила воздействия вибратора на связь.

При полунатурном моделировании, т. е. при автоматизированном синтезе связи системы, объект подключается в @) контур полунатурного моделирования.

Вибратор 7 создает усилие пропорциональное усилию синтезируемых допол. иительных элементов жесткости, демпфирования или инерционных элементов.

И если при этом величины связей 1 и

2 неизвестны, трудно оценить устойчивость контура полунатурного моделирования, а также связь в целом. Поэтому устройство полунатурного моделирования переключается в режим идентификации, т. е. вход вибратора вручную или по общеизвестным автоматическим методам отключается от контура полунатурного моделирования и переключается на режим устройства для определения параметров нелинейных связей при полунатурном моделировании как показано на чертеже.

Генератор 17 вырабатывает случ :— ный сигнал с уровнем амплитуды, необходимой для возможных наибольших

Х-Y и Х вЂ” У в полунатурной модели. Амплитуды Х вЂ” Y u X — Y контролируются по показаниям датчиков 6.

Электромеханический динамометр 5 выдает на выходе напряжение, пропорциональное усилию, создаваемому в упругих 1 и демпфирующих 2 элементах связи, равному Г . Движение координат связи происходит по уравнению:

F = C(X — Y)(X — Y) + К(X — Y)(X — Y). (2)

В то же время блок 6 датчиков на выходах выдает напряжения, прогорциональные относительному перемещению

Х вЂ” У и скорости Х вЂ” У.

На входы блока 8 деления первого канала поступает напряжение от динамометра 5 и напряжение, пропорциональное перемещению .Х-У, с блока датчиков

6. На его выходе формируется напряжение, пропорциональное величине:

F2 С(Х-У) (Х вЂ” У)+К,Х вЂ” У) (Х-У) (3)

Х вЂ” У Х вЂ” У

Аналогично, на вход блока деления второго канала поступает напряжение с датчика 5 и напряжение, пропорциональное скорости Х вЂ” Y с выхода блока датчиков 6. На выходе блока деления второго канала Формируется напряжение, пропорциональное величине:

Г С(Х вЂ” Y) (Х вЂ” У)+К(Х вЂ” У) (Х вЂ” Y) (4 г

Х-Y Х вЂ” У

Ключ 9 первого канала постоянно закрыт за исключением момента, когда на его управляющий вход поступает сигнал с нуль-органа 10, т. е. он выдает импульс в момент, когда Х вЂ” У становится равным нулю. При этом на выходе ключа 9 появляется кратковременный импульс, амплитуда которого пропорциональна коэффициенту жесткости связи с Х вЂ” У при конкретном значении °

813467 (5), X-Y, что следу ет из уравнения (3) при X Y = 0:

C(X — Y)(X — Y)+K(X — Y)(X — Y), (,,)

Х вЂ” Y

Аналогично, когда X-Y становится равным нулю, на выходе ключа 9 второго канала появляется сигнал, амплитуда которого пропорциональна коэффициенту демпфирования амортизатора K(X-Y), r. è конкретном значении X — Y, что следует из уравнения (4) при

Х вЂ” Ч =0:

С(— )(— )+K(X — )(— ) (- °

X — Y 15

Импульсы напряжения с выходов блоков 9 поступают на фиксаторы 11 уровня импульсов, которые вырабатывают напряжения, равные амплитуде импульсов с выхода блока 9, т. е. пропор- 3() циональное коэйАициенту С(Х-Y) и коэффициенту K(X — Y).

Напряжение, пропорциональное козАфициенту упругости, поступает через первый распределитель 12. импульсов на р первый блок 13 памяти.

Первый блок памяти состоит из конечного числа элементов памяти, в каждый из которых сигнал распределяется в зависимости от величины напряжения, пропорционального Х вЂ” Y, т. е. в первом блоке 13 памяти формируется ункцняС(Х-Y),дискретизированная по (Х - 1).

Аналогично .в зависимости от значения X-Ч во втором блоке 13 памяти получаем дискретизированную функцию К(Х-Ч).

В момент, когда все элементы блоков памяти заполнены, гм полностью имеем Аункции С(X†- Y) и K(X — Y) на вы,ходах блоков 13.

Чтобы фиксировать,, что процесс 40 определения параметров закончен выходы блоков памяти подключены к входам индикаторов заполнения элементов блока памяти 14, которые состоят из элементов П и выдают напряжение на выходе в том случае, когда все ячейки блоков памяти заполнены. При этом на входах элемента И 15 сигналы будут совпадатЬ, и на era выходе также появится напряжение, которое отключа- go ет через блок 16 управления генератор 19, и также может подключить автоматически упомянутый конутр полунатурного моделирования.

В некоторых случаях устройство для 5 определения параметров нелинейных связей при полунатурном моделировании может работать непосредственнЬ при автоматизированном синтезе связи, если колебания системы имеют случайный характер. 60

Таким образом, выполнение устройства в соответствии с изобретением открывает большие возможности учета нелинейных связей при автоматизированном синтезе прецизионных приборов и 6$

4 механизмов методами полунатурного моделирования, применяя как аналого-, вые, так и аналого-цифровые вычислительные машины.

Формула изобретения устройство для определения характеристик упругости и демпфирования нелинейного упругого объекта при полунатурном моделировании, содержащее вибратор и блок датчиков относительного перемещения и скорости, устанавливаемые между концами исследуемого упругого объекта, электромеханический динамометр, прикрепленный к одному концу исследуемого упругого объекта, упругий и демпфирующий элементы, прикрепляемые одними концами к электромеханическому динамометру, а другими — к другому концу исследуемого упругого объекта, два вычислительных канала, каждый из которых состоит из делителя, ключа, нуль-органа, и повторителя уровня импульсов, причем выход делителя соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого связан с выходом нуль- органа, а выход ключа соединен со входом повторителя уровня импульсов, выход электромеханического динамометра соединен с первыми входами делителей обоих каналов, выход сигнала перемещения блока датчиков относительного перемещения и скорости соединен со вторым входом делителя первого канала и входом. нуль-органа второго канала, выход сигнала скорости блока датчиксв относительного перемещения и скорости соединен со вторым входом делителя второго канала. и входом нульоргана первого канала, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него дополнительно введены два распределителя импульсов, два блока памяти, два индикатора заполнения элементов блока памяти, элемент И, дополнительный ключ и генератор случайного сигнала, причем к выходам повторителей уровня импульсов каждого из каналов подключены первыми входами соответствующие распределителя импульсов, которые через последовательно соединенные блок памяти и индикатор заполнения элементов блока памяти соответственно подключены к двум входам элемента И, выход которого соединен со входом дополнительного ключа, выход которого соединен с управляющим входом генератора случайного сигнала, выход, которого соединен со входом вибратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

450139, кл. G 05 В 23/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 596763, кл. F 16 F 15/03, 1976 (прототип).

813467

Тирам 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, П-35, Рауюская наб., д. 4/5

Заказ 776/64

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

Составитель И. Лебедев

Редактор Н. Воловик Техред Н.Иайорош Корректор С. Шекмар