Устройство для моделирования удара твердых тел

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, например, в тренажерах при имитации движения транспортных средств в условиях наличия в зоне движения неподвижных преград или других движущихся транспортных средств и является усовершенствованием известного решения по авт.св. N 1381341. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство по авт.св. N 1381341 дополнительно содержит второй вычислитель 15 послеударного состояния, третий и четвертый 16, 17 блоки памяти, блок 14 моделирования движения второго тела. В процессе моделирования движения тел наступает момент, когла контуры тел соприкасаются в какой-либо точке, общей для обоих контуров. В этот момент координаты точки соприкасания, взятой на контуре первого тела и отнесенной к связанной с этим телом системе координат, совпадают с координатами этой же точки, вычисленными в связанной со вторым телом системе координат. В результате срабатывают компараторы 8 и 10, что, в свою очередь, приводит к срабатыванию элемента 11 и связанного с ним блока 1. Под воздействием выходного сигнала блока 1 вычислители 3 и 15 вычисляют послеударное состояние тел, которое в виде начальных условий устанавливается на соответствующих интеграторах блоков 2 и 14 моделирования движения тел. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

G 06 С 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (61) 1381341 (21) 4376476/24-11 (22) 08.02.88 (46) 30.05.90. Бюл. В 20 (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством

Института металлофизики АН УССР (72) Ю.Н.Спичек, В.Б.Кривоносов и В.И.Филиппов (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1381341, кл. G Ol G 7/48. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

УДАРА ТВЕРДЫХ ТЕЛ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, например, в тренажерах при имитации движения транспортных средств в условиях наличия в зоне движения неподвижных преград или других движущихся транспортных средств и является дополнительным к основному авт.св. М 1381341. Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства. Устройство авт.св.

„„ЯО„„1567889 А 2

Il 1381341 содержит второй вычислитель

15 послеударного состояния, третий и четвертый 16, 17 блоки памяти, блок

l4 моделирования движения второго тела.В процессе моделирования движения тел наступает момент, когда контуры тел соприкасаются в какой-либо точке, общей для обоих контуров. В этот мо-. мент координаты точки соприкасания, взятой на контуре первого тела и отнесенной к связанной с этим телом системе координат, совпадают с координатами этой же точки, вычисленными в связанной с вторым телом системе координат. В результате срабатывают компараторы 8 и 10, что в свою оче-, редь приводит к срабатыванию элемента ll и связанного с ним блока 1. Под воздействием выходного сигнала блока

1 вычислители 3 и 15 вычисляют послеударное состояние тел, которае в виде начальных условий устанавливается на

k соответствующих интеграторах блоков2 и 14 моделирования движения тел.

5 ил.

1567889

Изобретение относится к вычислительной технике и мажет быть испольэовано, например, в тренажерах при имитации движения транспортных средств в условиях наличия в зоне движения неподвижных преград или других движущихся транспортных средств и является дополнительным к основному авт,св. У 1 381341.

Цель изобретения — расширения функциональных вазможностей устрой— ства.

На фиг.! представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — блок-схема бло-15 ков 2 и 14; на фиг.3 — блок-схема вычислителя 3; на фиг.4 — блок-схема преобразователя 5; на фиг.5 — блоксхема вычислителя 15.

Устройство содержит блок 1 синхро- 20 ниэации, блок 2 моделирования движения первого тела, содержащий делители

2. 1-2.3, суммирующие интеграторы 2.42.6, интеграторы 2.7-2.9, инвертирующие усилители 2.10-2.12, сумматоры 25

2.13-2.15, вычислитель 3 последовательного ударного состояния первого тела, включающий интегрирующие усилители 3.1-3.3, суммирующие усилители

3.4-3.6, дифференциаторы 3.7-3.8, блок деления 3.9, формирователь 3.10 функции арктангенса, формирователь

3. 11 функции косинуса, формирователь

3.12 функции синуса, суммирующий уси литель 3.13, формирователь 3.14 функции синуса, формирователь 3.15 функции косинуса, умножитепи 3.16 и 3.17, операционный усилитель 3.18, умножители 3. 19-3. 21, суммирующий усилитель

3.22, источник 3,23 опорного напряже- 40 ния, умножители 3.24 и 3.25, суммирукщие усилители 3.26 и 3.27, масштабный усилитель 3.28, суммирующий усилитель 3.29, умножитель 3.30, операционныи усилитель 3.31, источник 3.32 45 опорного напряжения, суммирующий усилитель 3.33, блоки деления 3.34 и

3.35, умножитель 3.36, операционный усилитель 3.37, квадратор 3.38, первый задатчик 4 текущей координаты кон.тура первого тела, преобразователь

5 координат контура первого тела, содержащий инверторы 5 ° 1-5.3, сумматоры

5.4-5.6, синусный преобразователь 5.7, косинусный преобразователь 5.8, синус55 ный преобразователь 5. 9, касинусный преобразователь 5.10, перемножитель

5.11-5.14; инвертор 5.15, перемнажитель 5.16-5.19, сумматоры 5.20 и 5.21„

m,х, = Fx,; m,, = F <,. (2) m,P,4l,= М<, где Х, „Y„„g„— текущие координаты центра тяжести и угол курсового разворота, отсчитываемые относительно неподвижной (земной) системы координат и относящиеся к первому телу; текущие значения скоростей упомянутых параметров, m, — масса первого тела; радиус инерции первого тела;

F)I э (силы и момент, приложенные к первому телу.

Блок 14 моделирования движения второго тела решает следующие дифференциальные уравнения: ш2X F)(шг г = F) ш2 (1гМ Мг (2) инвертор 5.22, второй эадатчик 6 текущей координаты контура первого тела, первый задатчик 7 текущей координаты контура второго тела, первый компаратор 8, второй задатчик 9 текущей координаты контура второго тела, второй компаратор 10, элемент И ll, блоки 12 и 13 памяти, блок 14 моделирования движения второго тела, вычислитель 15 послеударного состояния второго тела.

Вычислитель 15 содержит интегрирующие усилители 15 ° 1 — 15.3, суммирующие усилители 15.4-15.9, дифферэнциаторы 15.10 и 15.11, блок 15.12 деления, умножители 15 ° 13 и 15.14, формирователь 15.15 функции арктангенса, инвертор 15.16, умнажители 15.17 и

l5,l8, формирователь 15.19 функции косинуса, формирователь 15.20 функции синуса, источник 15.21 опорного напвяжения, суммирующий усилитель 15.22, умнажители 15.23-15.26, суммирующие усилители 15.27 и 15.28, квадратор

15.29, источник 15.30 опорного напряжения и блоки 16 и 17 памяти..

Блок 2 моделирования движения первого тела решает следующие дифференциальные уравнения

1567889

Хгр Yz р .4)z где

Хг г Yz

m г

Pã

Хд„- X1,— Seisin(f;

Уак Yt + S,cosqi

Щ„ vf + Iz1 (1+К)Рг Х. ф

pz+ rz (1+К) rz

1 2 г

Pг rz (15) (16) (17) (18) Х«< Х< +

У« Y < S< cosyр

\ а ( (! + K) 3, P +r<

Ь Х (),+ r, Х - (Х вЂ” Х,)sing+

+ ((1r -4) )г (3) (4) 25 (5) (19) тт - 1 cosr< + r sing;

Ф jz (20) (6) (21) 30 (7) йФ

fj arctg — <

d( (22) (Y «Yz ) cos(p + (8) где — угол между касательной к контуру второго тела и продоль— ной осью последнего; () < < — текущие координаты точки контура второго тела; (I0) 1 — продольный размер второго

40 е" (11) Работу устройства рассмотрим на примере удара тел, поверхности которых абсолютно гладкие.

За счет действия сил Г <<, F, и

45 момента M < и сил Friz F > и момента

М, приложенных соответственно к первому и второму телам, последние меняют свое пространственное положение, Сигналы F>,, Fi1 и М< поступают на

50 входы интеграторов 2,4, 2 ° 5, 2.6 соответственна. При этом блок 2 моделирования движения (фиг ° 2) в соответствии с уравнениями (1) <е одной стороны на выходах интеграторов

55 2.4.2.5, 2.6 формирует сигналы, пропорциональные инверсным значениям со" ставляющих скорости центра тяжести первого тела Х<, -Y и угловой скорости ®, на выходах интеграторов

r, Х созс + YsinoLФ

Х Х - —<<- 1. <

< = <1, + 0(,; ю4 arctg -

dx текущие координаты центра тяжести и угол курсового разворота, отсчитываемые относительно неподвижной

5 (земной) системы координат и относящиеся ко второму телу; текущие значения ско- 10 ростей упомяну<ь<х параметров; масса второго тела; радиус инерции второ"

ro тела; 15 йг.р

М вЂ” силы и момент, приложенные ко второму телу.

Вычислитель 3 вычисляет послеудар- 20 ное состояние первого тела согласно следующим формулам: где К вЂ” коэффициент восстановления скорости;

rr(. — угол между касательной к, контуру первого тела и продольной осью последнего; угол между касательной к контуру первого тела и неподвижной (земной) осью (текущие координаты точки контура первого тела);

i< — продольный размер первого тела.

Преобразователь 5 вычисляет текуl щие координаты „ < точки контура первого тела, взятые в связанной со вторым телом системе координат, в соответст.— вии со следующими формулами

-(Х -Х ) зiп<<) +(1<-Y )cosgz+

+ Х sin(g< -(фг) + 7 cos((rr -re ) (13) g, (Х -Xz)cis(rrz+(Y< -Y<)sin(re+

+Х cos(g, -(1 )-Y sin((rr, — (<у), (14) Вычислитель 15 вычисляет послеударное состояние второго тела согласно следующим формулам

1567889

2 ° 7, 2.8, 2.9 формирует сигналы, пропорциональные координатам центра тяжести Х,, У < и углу курсового разворота (<),. Группа сигналов — X<, -Y, \ — (1) поступает на входы вычислителя 3 после ударного состояния первого тела, а группа сигналов X!» Y<» ٠— на входы преобразователя 5 координат.

Аналогичi о в соответствии с урав- lð нениями (2) блок 14, моделирования движения второго тела формирует сиг1

1 1 налы -Xz» -Yz -1 »г, поступающие на входы вычислителя 15 послеударного состояния второго тела, и группу сиг- !5 налов Хг» Yz, (1/, поступающие на входы преобразователя 5 координат. С момента включения устройства задатчики

4,6 и 7,9 на своих выходах формируют сигналы, пропорциональные текущим ко 20 ординатам точек контуров тел. По сигналам блоков моделирования движения

2 и 14 и задатчиков 4 и 6 преобразователь 5 производит вычисление текущих координат точки контура первого тела в системе координат, связанной со вторым телом. Алгоритм работы преобразователя 5 непосредственно следует иэ блок-схемы (ф.rr.4)» реализующей зависимости (13) и (14), Процессы фор-30 мирования и преобразования координат осуществляются непрерывно. При этом координаты точек контуров тел формируются последовательно в направлении; корма — левый борт — нос — правый борт — корма — ..., и т.д.

Задатчики координат 4,6 и 7,9 непрерывно формируют текущие значения координат точек контуров первого и второго тех Х, У, t, (.

3а первую половину цикла идентифицируются точки. контура левого борта в направлении от кормы к носу, а затем (за вторую половину цикла) идентифицируются точки контура правого 45 борта в направлении от носа к корме.

Такое направление обегания контуров (по ходу часовой стрелки) сохраняется и в дальнейшем для последующих циклов. Координаты Х, Y точек конту- gp ра первого тела подаются на входы преобразователя 5 и на входы блоков

12 и 13 памяти, а координаты точек контура второго тела подаются на входы компараторов 8 и 10 и на входы блоков 16 и 17 памяти. Преобразователь 5 по значениям Х, У, характеризующим текущее положение точки на контуре первого тела, а также по эначениям Х1, У,, Х, Yz, (,, !фг, характеризующим пространственное положение тел, вычисляет текущие координаты (,, точек контура первого тела в системе координат, связанного со вторым телом. Вычисленные значения координат подаются на входы компараторов

8 и 10 соответственно. В идеальном случае в момент удара координаты

1 сформированные задатчиками 7 и 9, и координаты, вычисленные преобразователем 5, будут совпадать с коорди атами точки соприкасания тел.

На выходах блока 1 формируется одиночная серия последовательных импульсов U, R, U. Импульсом U останавливается процесс решения дифференциальных уравнений, описывающих движения первого и второго тел. При этом суммирующие интеграторы 2.4, 2,5, 2.6 и суммирующие интеграторы 14.4, 14.5, 14.6, входящие в состав блоков

2 и 14 моделирования движения тел, переводятся из режима "Интегрирование" в режим "Слежение". Блоки 12, 13, !6, 17 памяти по сигналу И запоминают мгновенные значения текущих координат точек контуров тел Х, Y, (, $, а интеграторы 3.1, 3.2, 3.3 вычислителя

3 и 15.1, 15.2, 15.3 вычислителя 15 иэ режима "Слежение" переводятся в рекмм Запоминание и запоминают значения величины Х <, Y,, 4), и Х, Y

l (, имеющихся на данный момент на выходах интеграторов 2.4, 2.5, 2.6 и

l4.4, 14.5, 14.6. Значения величин

Х, Y, $» f, запомненные блоками 12, 13, 16, I! памяти соответствуют точке соприкасания тел. Вычислители 3 и 15 послеударных состояний тел в соответствии с соотношениями (3) — (12) и (15) — (22) определяют послеударные состояния тел, характеризуемые величинами Х » У „ Ic < 7 lc для первого тела и величинами Х, Yz (/ для второго тела, Блок-схема, реализующая алгоритм вычисления (3) — (12), приведена на фиг.3, а блок-схема, реализующая алгоритм вычисления (15)(22), приведена на фиг.5, После вычисления величин Х,„, Y<„, (/,, и

Х« У,г„» („, а также после установки последних в качестве начальных условий интеграторов 2.4, 2.5, 2.6, и 14.4, 14.5, 14.6 блоков 2 и 14 моделирования движения, сигналом R блока 1 блоки 12, 13, 16, 17 памятии ин-теграторы 3.1, 3.2, 3.3 и 15.l, 15.2, .1567889

Формула изобретения

Устройство для моделирования удара твердых тел по авт.св. В 1381341 отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено третьим и 30 четвертым блоками памяти, блоком моделирования движения второго тела и вторым вычислителем послеударного состояния, выполненным в виде трех интегрирующих усилителей, девяти суммирующих усилителей, двух дифференциаторов, блока деления, формирователя функций арктангенса, синуса и косинуса, шести умножителей, операционного усилителя, двух источников опор- 40 ных напряжений, двух делителей и квадратора, первые входы интегрирующих усилителей соединены с первым, вторым и третьим информационными входами вычислителя соответственно, вто- 45 рые входы соответственно соединены с первым и вторым управляющими входами вычислителя, а выходы соединены с первыми входами первых трех суммирующих усилителей, вторые входы которых подключены к выходам первого, второго и третьего умножителей, а выходы являются первым, вторым и третьим выходами вычислителя, входы дифференциаторов соединены с четвертым и пятым информационными входами вычислителя,, а его выходы подключены к входам блока деления, выход которого соединен с входом формирователя функции аркI5.3 вычислителей 3 и 15 послеударного состояния тел возвращаются в режим "Слежение", а суммирующие интеграторы 2.4, 2.5, 2 ° 6 и 14.4, 14.5, 14.6 блоков 2 и 14 моделирования движения тел — в режим "Интегрирование".

С некоторым интервалом сигналом О блока 1 осуществляется "Пуск" интеграторов 2.4, 2.5, 2.6 и 14.4, 14.5, 10

14.6 блоков 3 и 14. Моделирование движения тел теперь уже производится при новых начальных условиях, равных вычисленным величинам Х <„, Y ф,„ и

Х,2„, Y <„, g <„, которые отличаются 15 от их доударных значений, В этом и заключается суть моделирования ударного эффекта. Дальнейшее движение тел определяется действующими на них силами и моментами. 20

В случае моделирования удара о неподвижную преграду блоки 14, 15, 16, 17 от остальных блоков отключаются, тангенса, к выходу которого подключе-. ны входы формирователей функции косинуса и синуса, входы четвертого суммирующего усилителч соединены с входом первого дифференциатора и первым источником опорного напряжения, а выход — с первым входом четвертого умножителя, второй вход которого подключен к выходу формирователя функции косинуса, а выход — к первому входу пятого суммирующего усилителя, входы которого соединены с входом второго дифференциатора и с выходом формирователя функции синуса, первый вход первого умножителя соединен с одиннадцатым информационным входом вычислителя, а второй вход — с выходом первого операционного усилителя, вход которого соединен с выходом шестого умножителя и первым входом второго умножителя, второй вход которого соединен с десятым входом вычислителя, первые входы третьего и шестого умножителей подключены к девятому информационному входу вычислителя, а вторые входы соединены с выходами делителей, первые входы которых соединены с выходом шестого суммирующего усилителя, первый вход которого подключен к второму источнику опорного напряжения и к второму входу второго делителя, а второй вход — к выходу квадратора, вход которого соединен с выходами пятого суммирующего усилителя, и с вторым входом первого делителя, первые входы седьмого, восьмого и девятого суммирующих усилителей со-. единены с первыми входами трех интегрирующих усилителей, вторые входы являются шестым, седьмым и восьмым информационными входами вычислителя, а выходы — его информационными выходами, а блок моделирования движения второго тела выполнен в виде двух первых управляющих входов, подключен ных к первым двум выходам блока синхронизации и к управляющим входам второго вычислителя послеударного состояния и третьего и четвертого блоков памяти, третьего управляющего входа, подключенного к третьему выходу блока синхронизации, трех информационных входов, соединенных с выходами второго вычислителя послеударного состояния, первых трех информационных выходов, соединенных с его первыми тремя информационными входами, а остальные его выходы соединены с

12

1567889 ! I ше с тым, седьмым и в ос ьмым входами преобразователя каординатконтура тела,информационные входы третьего и четвертого блоков памяти соединены с выходами третьего и четвертого задатчиков текущих координат контура второго тела, а выходы — с четвеpTbIM и пятым информацион,ыми входами второго вычислителя послеударного состояния, первые три информационные выхода которого соединены с седьмым, восьмым и девятым информационными входами первого вычислителя послеударного со стояния, а шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый информационные входы — с первыми шестью информационными выходами первого вы» числителя послеударного состояния.

1.1567889

1567889

Составитель В.Ионова

Техред М.Ходанич Корректор H.Ренская

Редактор Л.;!олинич

Заказ 13!5

Ти раж 557 (!одписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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