Устройство для моделирования распространения возмущений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ, содержашее модель исследуемой системы , о т л ич а юще ее я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного задания нескольких независимых возмущений, распространяющих ся с требуемой скоростью, оно дрпол7 нительно содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь , дешифратор и коммутатор , а модель исследуемой системы , содержит две группы су1иматоров по К сумматоров в каждой irpynne, первую группу из (k -1)-го.интегратора, вторую группу из К интеграторов и выходной ин-тегратор,. причем первый вход первого сумматора первой группы соединен с выходом первого интегратора второй группы, второй вход первого сумматора первой группы и входы остальных сумматоров первой группы соединены соответственно с выходами коьФ утатора, выход i -го сумматора первой группы (i 1,И соединен с первым входом { +1)-го интегратора первой группы и вторым входом « -го интегратора первой группы , установочные входы всех интеграторов первой группы объединены и являются установочным входом устройстг ва, а второй вход первого интегратора первой группы является входом ввода исходных данный устройства ,выход первого интегратора первой группы соединен с первым входом пер-г вого интегратора второй группы, п рвым входом первого сумматора второй группы и входом выходного интегратора , выход которого является выхоD дом устройства, клход р-го интегратора первой группы (Р 2, (,;) подклю:п чен к первому входу р-го cyNwaTopa .второй группы, первому входу р-го ND fO 4 интегратора второй группы, второму входу (р-1}-го интегратора второй группы и второму входу (р-1)-го сумматора второй группы, вьтход (К+1)-го .интегратора первой группы подключен к второму входу К-го интегратора вто рой группы и второму входу К-госуь «атора второй группы, выходы интеграторов второй группы и сумматоров второй группы являются группой выходов .устройства, а выход выходного интегратора подключен к входу аналогоцифрового преобразователя.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (Щ

З(50006 а 7 8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ группу иэ (k +1) -eo. интегратора, вторую группу иэ К интеграторов и выходной интегратор,, причем первый вход первого сумматора первой группы соединен с выходом первого интегратора второй группы, второй вход первого сумматора первой группы н входы остальных сумматоров первой группы соединены соответственно с выходами коммутатора, выход (-го сумматора первой группы (j = 1, k) соединен с первым входом (j +1) -го интегратора первой группы и вторым входом j -го интегратора первой группы, установочные входы всех интеграторов первой группы обьедннены и являются установочным входом устройст- ф ва, а второй вход первого интегратора первой группы является входом ввода исходных данный устройства, выход первого интегратора первой группы соединен с первым входом пер-. вого интегратора второй группы, первым входом первого сумматора второй группы и входом выходного интеграто-. ра, выход которого является выхо:дом устройства, выход р-го интеграто.ра первой группы (-Р = 2, Ц) подключен к первому входу р-го сумматора . второй группы, первому входу р-го интегратора второй группы, второму входу (р-Ц -го интегратора второй группы и второму входу (р-1) -ro сумматора второй группы, выход (K+1) -го

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ COGP

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП(РЫТИЙ (21) .3494846/18-24 (22 ) 15. 07. 82 (46 ) 23. 11. 83. Бюл. Р 43 (72) В.Н. Буганков, D.Ë. Гречишников, Б.З. Палей, Л.М. Солодовник и Н.М. Хачапуридзе (71) Институт технической механики

AH .УССР (53) 681.3(088. 8) (56) 1. Манашкин Л.А Кедря М.М., Бондарев A.М. Исследование с помощью ASM продольных сил в поезде при регулировочных .торможениях и дви женин через перелом продольного профиля пути. — В сб.: Проблемы механики наземного транспорта. Вып.

199/25, Днепропетровск, 1978.

2. Манашкин Л.A., Бондарев A.M.

Электронное моделирование тормозных сил прн статистических исследованиях переходных режимов движения поездов.-Труды Днепропетровского института инженеров железнодорожного транспорта.нм. M.И. Калинина. "Исследования в области динамики рельсовых экипажей", выпуск 182/22, Днепропетровск, 1976, с. 70. (54 ) (57 ) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ содержащее модель исследуемой систе-. мы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей за счет одновременного задания нескольких независимых возмущений, распространяющих ся с требуемой скоростью, оно дополнительно содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, дешифратор и коммутатор, а модель исследуемой системы содержит две группы сумматоров по К сумматоров в каждой:группе,. первую интегратора первой группы подключен к второму входу К- го-интегратора вто рой группы и второму входу К-госумматора второй группы, выходы интеграторов второй группы и сумматоров второй группы являются группой выходов устройства, а выход выходного интегратора подключен к входу аналогоцифрового преобразователя.

1056224, 55

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей модели за счет одновременного, задания нескольких независимых возмущений, распространяющихся с необходимой скоростью.

65

Изобретение относится к моделирую. щим устройствам и может быть исполь-. зовано для исследования сложных систем„ состоящих иэ большого числа элементов и функционирующих в изменяющейся обстановке.. 5

Известны устройства моделирования распространения возмущений вдоль железнодородного поезда, например, при его движении с постоянной скоростью по перелому продольного профиля пути, которое состоит из цепочки блоков остоянного, запаздывания, осуществляющих задержку сигнала на время, в. течение которого поезд проходит путь, равный длине вагонов, объединенных при моделировании в одну группу (1) .

Недостаток данного устройства заключается в том, что оно позволяет моделировать движение поезда через перелом продольного профиля пу- 20 ти только с постоянной скоростью.

Кроме того, с его помощью невозможно одновременное задание нескольких независимых распространяющихся воз.мущений. 25

Наиболее близким к изобретению является устройство моделирования распространения фронта волны разряда тормозной магистрали и волны наполнения магистрали воздухом, в кото- 30 ром моделирование распространения фронта волны разряда и наполнения тормозной магистрали осуществляется регистром, выполненным иэ стандартных по схеме триггеров, связанных между собой линиями задержки. Импуль« .сы с частотой, соответствующей скорости разряда магистрали, поступают от генератора на первую группу входных вентилей. Распространению волны разряда магистрали соответст- 40 вует "волна" перехода триггеров . в единичное состояние. Изменив частоту генератора на соответствующую скорости наполнения магистрали воздухом, подают импульсы на вторую 45 группу входных вентилей. При этом триггеры последовательно возвращают. ся s исходное (нулевое) состояние.

"Волна" перехода триггеров в .нулевое состояние соответствует распространению волны наполнения магистрали воэдухбм (2) .

Недостаток известного устройства состоит в том. что оно позволяет моделировать распространение в системе только одного независимого возмущения и только с заранее заданной постоянной скоростью, определяемой частотой генератора.

Цель достигается тем, что в устройство для моделирования распространения возмущений, содержащее модель исследуемой системы, введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, дешифратор и коммутатор, а модель к иСследуемой системы содержит две группы сумматоров по К сумматоров в каждой группе, первую группу иэ (к +1) -ro интегратора, вторую группу из К интеграторов и выходной интегратор„ причем первый вхОд первого сумматора первой группы соединен с выходом первого интегратора второй группы, второй вход первого сумматора первой группы и входы остальных сумматоров первой группы соединены. соответственно с выходами коммутатора, выход -го сумматора первой группы соединен с первым входом (+1) -ro интегратора первой группы (=1, Ц и вторым входом

-ro интегратора первой группы, установочные входы всех интеграторов первой группы объединены и являются установочным входом устройства, а второй вход первого интегратора первой группы является входом .ввода исходных данных устройства, выход первого интегратора первой группы соединен с первым входом первого интегратора второй группы, первым входом первого сумматора второй группы и входом выходного интегратора, выход которого является выходом устройства, выход р-ro .интегратора первой группы (P - =2, k) подключен к первому входу р-го сумматора второй группы и первому входу р-го интегратора второй группы, второму входу (р-1) — го интегратора второй группы и второму входу (р-1) -ro сумматора второй группы, выход (k+1) -ro интегратора первой группы подключен к второму входу

К-ro интегратора первой группы и подключен к второму входу К-ro интегратора второй группы и второму входу

К-го сумматора второй группы, выходы интегратора второй группы и сумматоров второй группы являются группой выходов устройства, а выход выходного интегратора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя.

На фиг. 1 изобРажена структурнаясхема устройства; на фиг. 2 — вариант структурной схемы модели исследуемой системы, на фиг. 3 — схема дешифратора и коммутатора, на фиг. 4 продольная структура участка пути, на котором моделировалось движение поезда, на фиг. 5 — осциллограмма решения, полученного при помощи предлагаемого устройства.

Устройство (фиг. 17 состоит из аналого-цифрового преобразователя 1, дешифрртора 2, коммутатора 3 и модели

4 исследуемой системы.

1056224

Модель 4 исследуемой системы со- держит первую группу интеграторов

5 ;5>, первую группу сумматоров

6, — 6, вторую группу интеграторов

7» — 7, вторую группу сумматоров

8„ — 8, выходной интегратор 9, вход 5

10 установки, вход 11 ввода исходных данных. Дешифратор 2 и коммутатор 3 (фиг. 3).содержат резисторы 12, транзисторы 13, конденсаторы 14, .диоды 15. . 10

Выход модели, с которого снима ется управляющее .напряжение, соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 1, входы которого подключены к входным шинам дешифратора 2, выходы которого соединены с входами коммутатора 3, выходы которого подключены к элементам модели 4.

Дешифратор 2 набирается таким образом, что наличие сигнала на каком-либо его выходе соответствует пе- _#_ реходу системы через границу интер- . вала управляющего напряжения, на котором к определенному элементу системы прикладывается возмущение. Выходы дешифратора 2, определяющие на- 25 чальные и. конечные границы таких интервалов, подсоединены соответственно к единичным и нулевым входам триггеров коммутатора 3.

При работе модели 4 подаваемое на 30 ее выход напряжение — аналог величины,. характеризукщей состояние исследуемой.системы, изменяется. При совпадении двоичного кода величины этого напряжения, с числом, закодированным в дешифраторе 2, на соответствующем его выходе появляется импульс напряжения. Этот импульс, поступая на единичный .вход триггера, переводит его в единичное состояние, т.е. на выходе триггера, подключенном4О

It; соответствующему элементу модели

4, пдявляется напряжение — аналог возмущения, прикладываемого к этому элементу. При прохождении системой конечной границы интервала действия 45 возмущения появляется импульс напряжения на выходе дешифратора 2, подключенном к нулевому входу триггера. Триггер перебрасывается в исходное состояние, действие возмущения . 5О прекращается. Аналогично подключается и отключается напряжение — аналог возмущения ко всем остальным элементам системы.

Набирая соответствуктцим образом дешифратор, можно моделировать любой нужный режим работы исследуемой системы, получая необходимое количество действующих на нее возмуще, ний, распространяющихся с необходимой скоростью. 60

Схема модели 4 исследуемой системы по количеству структурных элемен- тов, приведенных на фиг. 2, соответст .вует электронной модели миксерного поезда, состоящего из локомотива . 65 и шести миксеров, предназначенных для транспортировки расплавленного металла.

Блоки 5», 6», 7», 8, моделируют движение локомотива, а каждые последующие четыре блока с одинаковыми индексами — движение каждого миксера как твердого тела. Сумматоры 8 реализуют демпфирующие свойства моделируемого объекта (рассеивание энергии в системе при ее движении).

Реализация линейных или нелинейнь1х характеристик междувагонных соединений осуществляется с помощью сумматоров 6 путем включения соответствую . щих обратных связей в их операционных усилителях. На приведенной (фиг. 5) осциллограмме изменения уси» лий на выходах этих усилителей соответствуют линейным силовым характеристикам междувагонных соединений.

Как известно, реализация линейных либо нелинейных характеристик соединений не приводит к изменениям времени интегрирования уравнений движения и не оказывает никакого влияния на движение системы в целом, а приводит лишь к изменению внутренних усилий. Это в свою очередь приводит к отсутствию отличий при исполь" зованин устройства для реализации как линейных, так и существенно нелинейных задач динамики сложных механических систем.

На выходах интеграторов 5 формируются абсолютные скорости движения всех семи масс (локомотива и шести миксеров), а на выходах интеграторов

7 относительные перемещения этих же масс.

Интегратор 9 обеспечивает получение абсолютного перемещения локомотива, т.е. характеризует путь прохождения поездом в течение всего времени его движения. Это напряжение . — аналог пути, пройденного поездом, и подается в качестве управляющего на блок 1, С выхода блока

3 на интеграторы 5 подаются напряжения — аналоги распространяющегося

soзмущения.

На вход интегратора 5» подается и напряжение Г, характеризующее силу тяги локомотива.

При необходимости моделирования другого числа масс структура моде ли может быть соответствующим образом измененa..

С помощью устройства моделировалось движение миксерного поезда, состоящего из локомотива и шести миксеров, предназначенных для транспортировки расплавленного металла, по участку пути длиной

2000 м (фиг. 4) . Участок состоит из горизонтального отрезка длиной

400 м, .подъема » = 16% длиной

678 м, горизонтального. отрезка длиной 254 м, спуска » = 16% длиной !

1056224

300 м и завершается горизонтальным отрезком длиной 400 м., Для моделирования движения поезда по исследуемому участку необходимо прикладывать усилие, вызываемое уклоном, поочередно к каждой массе в момент въезда ее на уклбн и убирать при выезде на горизонтальный отрезок- пути.

Длина локомбтива 17 м, миксера . 32,6 м. Выбирая масштаб моделирова- 1Î ния 1 .- 5 м и учитывая, что число

1 на выходе АЦП соответствует напряжению 10 MB на его входе, получим, что длина локомотива выразится числом 8, миксера -,16, а длины 15 горизонтальных отрезков и уклонов на исследуемом участке - числами, 200, 339, 77, 150 и 200 соответственно. Это значит, что к первой масме (локомотив) усилие, вызванное въездом на подъем, должно быть подключено при числе 200 на выходе

АЦП, к второй массе - при числе

208, к третьей — 224 и т.д. Анало-. .гично, моменты отключения задаются чистками 439, 547, 563 и т, д.

Поэтому дешифратор набран таким образом, что на его первом выходе сигнал появляется при выходе

Mifi равном 200, на втором — при 208, на третьем — при 224. Таким образом, 30 программируется весь моделируемый .Участок.

На вход АЦП подается с модели напряжение — аналог пути, пройден-ного поездом. При работе модели 35 это напряжение нарастает. При совпадении цифрового кода величины этого

1 напряжения на выходе АЦП с числом, закодированным в дешифраторе, на соответствующем его выходе появляет- 4О ся импульс напряжения, который, поступая на тот или иной вход тригге. ра в коммутаторе, перебрасывает его в требуемое состояние. Например, при прохождении локомотивом точки начала подъема, находящийся на расстоянии

400 м начала участка, на выходе AIIIl появляется двоичный код числа 200, что вызывает появление сигнала на первом выходе дешифратора, который подсоединен к единичному входу пер- 5О

Уст. вого триггера, Триггер перебрасывается в единичиое состояние, на его выходе появляется напряжение. Это напряжение — аналог усилия, действующего на локомотив при его движении по подъему, подается на первую массу модели, соответствующую локомотиву.

При выезде локомотива на горизонтальный участок (1078 м от начала участка) на выходе АЦП будет двоичный код числа 539,- в результате чего появляется сигнал на втором выходе дешифратора, который подсоединен к нулевому входу первого триггера. Триггер перебрасывается в нулевое состояние, напряжение на его выходе исчезает.

Прекращается действие на локомотив усилия, вызванного его движением по уклону.

Аналогично подключаются и отключаются возмущения, вызванные движением по . уклону миксеров, составляющих моделируемый поезд.

На фиг. 5 показана осциллограмма моделирования движения поезда по участку. Линии 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 отражают состояние триггеров коммутатора, линии 2, 4, б, 8, 10, 12 изменение усилий в сечениях поезда (масштаб: в 1 мм — 12,5 кГ) . Моменты времени 11 - 1 соответствуют въезду локомотива и шести миксеров на подъем 18 - 1 — выезду на горизонтальный участок, 1 — 1 — началу движения каждого элемента поезда на спуске, tp — t>8 — выезду на завершающий горизонтальный участок пути. По изменению промежутков времени между переключениями триггеров можно судить (с учетом разницы длин локомотива и миксеров) об изменении сКо рости поезда при движении по различным участкам исследуемого отрезка пути. Тяга локомотива бралась постоянной на протяжении всего времени и равна 230 кН.

Применение предлагаемого устройства позволит ускори ь проведение ис,следований, повысить их качество.и, .в ряде случаев, избежать проведения сложных и требукщих больших материальных заФрат натурных экспериментов.

1056224, 1056224

6Рее

t ;þ3,. <1 $ Ьг 9

Фиг. 2

zr O

ВНИИПИ Заказ 9309/44 ТИраж 706 Подписное, Филиал ППП "Патент", r.Óæiîðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4