Устройство для измерения затухания колебаний в системах с турбулентным трением

 

Изобретение может быть использовано, в частности, при диагностике, ресурсных испытаниях гидравлических демпферов автомобилей при измерении затухания колебаний в системах с турбулентным трением. Цель изобретения - повышение точности контроля-достигается введением в устройство для измерения блока 1 задержки, делителей 2, 4, сумматора 8. Устройство содержит также запоминающие блоки 3, 5, компаратор 6, коммутирующий блок 7, блок 9 вычисления модуля. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4358116/24-21 (22) 04.01.88 (46) 30.01.90. Бюл. № 4 (71) Куйбышевский политехнический институт им. В.В.Куйбьппева (72) В.К.Семенычев, Е.А.Зотеев и А.Ю.Бучи% (53) 621.317.357(088.8) (56) Марков С.Н., Минаев В.М., Артамонов Б,Н. Идентификация параметров колебательных систем автоматического регулирования ° — Библиотека по автоматике. Вып. 543, 1975, с. 17-22.:

Авторское свидетельство СССР № 1322198, кл. G 01 Н 11/06, 1986.

„;SU„» 1539682 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ КОЛЕБАНИЙ В СИСТЕМАХ С ТУРБУЛЕНТНЫМ ТРЕНИЕМ (57) Изобретение может быть использовано, в частности, при диагностике, ресурсных испытаниях гидравлических демпферов автомобилей при измерении затухания колебаний в системах с турбулентным трением. Цель изобретения — повышение точности контроля — достигается введением в устройство для измерения блока 1 задержки, делителей 2, 4, сумматора 8. Устройство содержит также запоминающие блоки 3, 5, компаратор 6, коммутирующий блок 7, блок 9 вычисления модуля. 2 ил.

1539682

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, например, при диагностике, ресурсных испытаниях гидравлических демпферов автомобилей, шасси самолетов, других амортизирующих, демпфирующих устройств, а также для оценки диссипативных характеристик материалов.

Целью изобретения является повышение точности.

Цель достигается тем, что, вопервых, в качестве оценки затухания используется показатель затухания

Р не зависящий от амплитуды огибающей колебаний и, следовательно, сохраняющий свое значение в течение всего времени наблюдения. Поэтому можно проводить усреднение результатов измерения в отдельных циклах и тем самым уменьшить случайную составляющую погрешности измерения. Вовторых, пошностью устраняют методическую погрешность измерения показателя затухания в системах с турбулентным трением, при этом увеличение аппаратурной точности устройства может быть оценено в 10-25Х. В-третьих,независимость измеряемого показателя от значения огибающей позволяет работать в любом удобном динамическом диапазоне по возбуждающему колебания устройству, компаратору, запоминающим блокам и др., что также позволит добиться повышения аппаратурной точности измерений, применять устройство для систем с большим затуханием.

На фиг ° 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Вход устройства подключен к блоку

1 задержки, выход которого через делитель 2 подключен к первому запоминающему блоку 3, через делитель

4 к второму запоминающему блоку 5, к компаратору 6. Выход компаратора

6 подключен к входу коммутирующего блока. 7, первый выход которого подключен к управляющему входу первого запоминающего блока 3, а второй— к управляющему входу второго запоминающего блока 5 и управляющему входу. сумматора 8. Выходы запоминающих блоков 3 и 5 подключены к входам сумматора 8, выход которого подклю30

I

55 чен к входу блока 9 вычисления модуля.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает сигнал Y(t), представляющий собой затухающие по гиперболическому закону гармонические колебания (фиг. 2), возбужденные в анализируемой системе. Блок задержки 1 осуществляет задержку ординат колебаний У(й) на период а (фиг. 2a) ° B моменты вреТ Т вЂ” 2+2 в +2 и далее (равенства нулю ординат колебаний У =Уд — -У =... =О) сигнал, поступающий с выхода компаратора 6 на вход коммутирующего блока 7, изменяется указанным (Лиг. 2б) образом (Т вЂ” период колебаний). Коммутирующий блок

7 работает в режиме двухпозиционного распределителя импульсов с задержкой на период С (фиг. 2в):

Рассмотрим работу устройства, начиная с момента времени t . В этот момент времени ордината колебаний равна нулю: У =О. С первого выхода коммутирующего блока 7 на управляющий вход первого запоминающего блока 3 ч поступает,.сигнал (импульс тока), который обеспечивает запись в запоминающий блок 3 величины 1/У„, где

У1 — значение ординаты колебаний, соответствующее моменту времени t„, поступающее с блока задержки 1 через делитель 2 на вход запоминающего бло- ка 3 в момент времени t<=t + i. Полярность записанного сигнала положительная (фиг. 2д). Через время, равное периоду задержки ь, с второго выхода. коммутирующего блока 7 на управляющий вход второго запоминающего блока 5 поступает сигнал (импульс тока), который обеспечивает запись в запоминающий блок 5 величины 1/У, где Ó вЂ” значение ординаты колебаний, соответствующее моменту времени з= +, поступающее с входа устройства через делитель 4 на вход запоминающего блока 5. Полярность записанного сигнала отрицательная (фиг.2е).

Таким образом, с момента времени t на первый и второй входы сумматора

8 поступают сигналы 1/У, и ) /У соответственно. Сигнал, поступающий в мо

5 15 мент времени t с второго выхода коммутирующего блока 5 на управляющий вход сумматора 8, обеспечивает запись в сумматоре 8 величиьы

1 1

К(— + --), и на выходе блока 9 выа числения модуля формируется сигнал

1 1 е,=((((-- i -) (. у1 у

В следующий момент времени t pa5 венства ординаты колебания нулю (У5=0) работа компаратора 6 и коммутирующего блока 7 будет происходить аналогичным образом. В момент времени t> произойдет запись в первый запомийающий блок 3 величины 1/У, где

У вЂ” значение ординаты колебаний, соответствующее моменту времени t поступающее с блока 1 задержки через делитель 2 на вход запоминающего блока 3 в момент времени t>=t4+(. Полярность записанного сигнала отрицательная (фиг. 2д).Через время во второй запоминакщий блок 5 запишется величина 1/У, где У - значение ординаты колебаний, соответствующее моменту времени te ts+ С, поступающее с входа устройства через делитель 4 на вход запоминающего блока 5. Полярность записанного сигнала положительная (фиг. 2е). Сигнал, поступающий в момент времени t< с второго выхода коммутирующего блока 5 на управляющий вход сумматора 8, обеспечивает зйпись

1 1 в сумматор 8 величины К(-- + — ) и, У4 соответственно, на выходе блока 9 вычисления модуля (выходе устройства)

1 1 величины Е = К(— + — ) . В последуг у у ющие циклы измерения работа устройства происходит аналогично.

Таким образом, за один цикл измерения, равный полупериоду колебаний

Т/2, на выходе устройства формируется сигнал

I 1 1

Z = К(— -+ ) у;, у;+„

I где K; — сигнал на выходе устройства в течение i-го цикла измерения;

У; и У;., — ординаты колебаний, соответствующие моментам времени =t - -Си = + (1+1 соответственно; момент времени i-ro равенства ординаты колебаний нулю.

39682

Y (t) = — = — — sin (ddt+ М ) Аа

1+БА,t о где <ц — частота свободных затуханий;

15 =$ — постоянная, характеризующая процесс затухания;

А и у, — амплитуда огибающей и фаза колебаний, соответствующие моменту времени t=O.

Логарифмический декремент колебаний

d в системах рассматриваемоro типа зависит от амплитуды А и определяется по выражению

2(( = — -SA.

25

Поэтому в качестве характеристики потерь в системе удобнее использо.вать показатель затухания Е, не зависящий от амплитуды колебания в рассматриваемый момент времени:

2П

А и

Определим, каким должно быть значение коэффициента К, чтобы выполнялось равенство

s-- к(— - + — — ) у, 40

Аа где У. = — — — — — — sin(tdi(i-1)+ („ )I+SA 0 (i-1) значение ординаты колебания, соответствующее моменту t ..

i-i л.

1 У

Аа

У. = — — — -т — — sin(u)i(i+1)+ Q )

i+i 1+SA л (+1) о значение ординаты колебания в момент. времени С.„=t ..+,, где 7, — время задержки.

Устройство работает таким образом, что ордината колебания в момент времени t=t,. равна нулю,. т.е.

50

55 А

У-= — — ч — - з1п(ыС.+ )=О.

$Ао" а °

Отсюда следует, что з п(() Г.+ ) О; л л а

<-;;==Ки- ч„ке И;

Покажем, что при соответствующем выборе коэффициента К полученное выражение является показателем затухания в системах с турбулентным трением.

Процесс свободных колебаний в системах с турбулентным трением (демпфированием) описывается выраже10 ни ем

1539682

2й К 1+ЯАо Я;-ЯАо " А, sin(ui,.+ч -у )

1+SAоСi+SAo < K ,!

1+ЯАо +ЯАо, sinw2 соз(мС+у ) 1+ЯА. i; -SAo ü

sinwC соа(",.+ ) К2 СЯ

inca i соз (Я, +,) ft $1пй

К вЂ” — ——

М

Период опроса ь выбирается таким образом, чтобы выполнялись условия теоремы Котельникова: 0<1 /w. Поэтому sinai%, cos(4)i;+V ) = +1 ° Тогда

Рассмотрим полученное выражение.

2 2 i

Обозначим x=w i

Т N где N-, количество периодов за один период колебаний Т. Представим функцию

silly sin x в виде знакопеременноweal х го ряда:

sin х х х х

+ -- — — +

3! 5! 7!

Известно, что в соответствии с теоремой Лейбница погрешность от замеsin x ны функции — — — суммой конечного х числа и слагаемых ряда не превышает величины первого из отброшенных членов ряда. Пусть N 10 т.е. за один период колебаний можно провести десять измерений ординат колебаний.

Ограничимся первыми двумя членами ряда. Тогда погрешность не превысит величины 0,37. При Я=20, что обеспечить очень просто, погрешность приближения не превышает 0,0087. Итак, s in<Л полагая N=20 и принимая — — — 12/2 — — y =--0 9836 обеспечиваем систеЗН матическую погрешность за счет заме$1П60 < ны ††- значением 0,9836 не более

0,0087. Известно, что в процессе эксплуатации механических систем частота свободных колебаний может изменяться на 2-37. В нашей постановке это эквивалентно изменению N. Оценим погрешность за счет возможной динамики 11. Нетрудно показать, что при изменении N íà 37. величина

$1ПШ вЂ” — „- изменяется на 0,17., Итак, наШ значив N=20 и обеспечив K= I.0,9836=

=3,09, можем считать, что измеренное устройством значение показателя затухания Е будет отличаться от истинного значения показателя затухания не более чем на 0,17. (т.е. погрешность в 30 раз меньше, чем вариация ы). При N> 20 и соответствующем выборе К погрешность еще меньше, Подобная ситуация в приложениях вполне приемлема.

„Формулаизобретения

Устройство для измерения затухания колебаний в системах с турбулентным трением, содержащее два запоминающих блока, подключенный к входу устройства компаратор, коммутирующий блок, вход которого подключен к выходу компаратора, первый выход подключен к управляющему входу первого за35 поминающего блока, а второй — к управляющему входу второго запоминаюmего блока, блок вычисления модуля, о т л и ч а ю щ е е с я тем что, с целью повышения точности, в него

40 введены последовательно соединенные блок задержки и первый делитель, второй делитель и сумматор, сигнальные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго запоминающих блоков, выход— к входу блока вычисления модуля, а управляющий вход — к второму выходу коммутирующего блока, при этом вход компаратора соединен с входами блока задержки и второго делителя, выход которого подключен к входу второго запоминающего блока, а выход первого делителя подключен к входу первого запоминающего блока.

1539682

9g 1

Составитель Н,Михалев

Редактор М.Циткина Техред M.Ходанич Корректор

С.Шекмар

Заказ 215 Тираж 541 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101