Способ определения рассеяния энергии и собственной частоты механической колебательной системы и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости. Цель достигается путем измерения только двух текущих интервалов времени (исходные данные) и последующего функционального преобразования исходных данных. Исследуемая линейная механическая колебательная система возбуждается каким-либо механическим воздействием, например, ударом. Свободное движение в этом случае представляет собой затухающие колебания. Фиксируют сигналы, равные промежутку времени Δ 1 между первым моментом T 1 прохождения положения равновесия и моментом T 2 равенства нулю скорости колебаний и промежутку времени Δ 2 между первым моментом T 1 и вторым моментом T 3 прохождения положения равновесия. Параметр H рассеяния механической энергии и собственную частоту ω о колебаний системы определяют из условия H=φ/Δ 2 .CTG(Δ 1/Δ 2φ)

Ω 0=φ/Δ 2 .1/SIN(Δ 1/Δ 2φ, где Δ 1=T 2-T 1

Δ 2=T 3-T 1. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

A t

Ц1) С О1 М 7/00!

Ы

0 Д 11 л

Sin (- — fI )

d где 1, = ф-лы, 2 ил. где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4393631/25-28 (22) 18,03,88 (46) 07.08,90. Бюл. № -29 (71) Сумской филиал Харьковского политехнического института им. В.И.Ленина (72) И,Д.Пузько (53) 620.178,5 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельства СССР

¹ 1295254, кл. G 01 M 7/00, 1985, Авторское свидетельство СССР № 1352321, кл ° G 01 М 7/00, 1985. (54) СПОСОБ OIIPEITI .JIEHHH РАССЕЯНИЯ

ЭНЕРГИИ И СОБСТВЕННОЙ ЧАСТОТЫ NFXAНИЧЕСКОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ!1!ЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения— повышение помехоустойчивости, Цель достигается путем измерения только двух текущих интервалов времени (исходные цанные) и последующего функцианальнога преобразования исходных данных. Исспедуемая линейная механи-.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в машиностроении, Целью изобретения является повышение помехоустойчивости, которое достигается путем измерения только двух текущих интервалов времени и последующего функционально их преобразования.

В режиме затухающих колебаний линейных механических колебательных

„„SU„„158377 ческая колебательная система возбуждается каким-либо механическим воздействием, например ударом. Свободное двоение в этом случае представляет собой затухающие колебания,Фиксируют сигналы, равные промежутку времени л между первым моментом t

1 1 прохождения положения равновесия и моментом t равенства нулю скорости колебаний и промежутку времени Д между первым моментом t и вторым моментом t з прохождения положения равновесия, Параметр h рассеяния механической энергии. и собственную частоту и) колебаний системы огределяют из условия

11 л = с э- 1 ° 2 с ° ï ° систем с одной степенью свободы промежуток времени между двумя соседними моментами положениями равновесия — ° (2)

1 Π— частота свободных колебаний;

u3 — собственная частота колеб баний;

1583778 4

h — коэффициент демпфирования (параметр рассеяния механической энергии); ,t †перв и второй соседние моменты прохождения положения равновесия.

Обозначим г 2a = (t "t )

1 3 1

2(Е, -Е„) =t ° -2 +Е1, 10 где —

:1 момент равенства нулю скорости колебаний.

tg d

1 (3) и

3 (}

1 где О - угол потерь, Из (1) и (3) следует„ что З П

d - =- ——

4(2

20 (4) (( — -) 2

25 (5) Опр ед елим h из (5 ) l/ Л з ((h = — — — tg (--- — — ). (6)

4 1 2 2.

Из соотношения (2) определим (11 " о

f (7) d g ((cos (- — ----)

Ll 2

Т(cos (— — ° — — -)

Dg 2

Учитывая, что

50 1 3 11 соотношения (6) и (8) представим в виде

Н (h = - — ctg (- — 7(()

8 (9)

55 (( (.д е (10)

sin (, (()

Учитывая соотношения (l),(6} и (7), получим

2 ((й Ct, (— — ) + (- — ) tg (- х

6 Д dg lip ((((1

40 х ) = (— — ) 2 д

Введенные новые операции позволяют за счет измерения только двух текущих интервалов времени (исходные данные) без измерения мгновенных значений перемещения, скорости и ускорения путем функционального преобразования исходных данных получить значения параметра h рассеяния механической энергии и частоты и собственных колебаний системы, что повышает помехоустойчивость.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Исследуемая линейная механическая колебательная система возбуждается каким-либо механическим воздействием, например кратковременным воз" действием — ударом.

Свободное движение в этом случае представляет собой затухающие колебания.

Фиксируют сигнал, равный промежутку Л1 времени между моментом t

1 прохбждения положения равновесия и моментом t равенства нулю скорости и промежутку времени с1 между соседними моментами t „ и t положе- . ния равновесия.

Как следует из теоретических исследований (соотношения (9) и (1О)), параметр h рассеяния механической энергии и собственную частоту ы,( определяют в результате функционального преобразования сигналов Д и

Д

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации предложенного способа определения рассеяния энергии и собственной частоты линейной механической колебательной системы; на фиг. 2 — эпюры затухающих колебаний перемещения X и скорости Х

Устройство содержит измерительный

% преобразователь 1 скорости Х,инте."ратор 2, первый 3 и второй 4 знако— чувствительные элементы, элемент И5, первый 6 и второй 7 дифференцирующие элементы, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 диоды,пер вый 12 и второй 13 инверторы,первый

14 и второй 15 триггеры, генератор 16 импульсов, первый 17 и второй 18 ключи, первый 19 и второй 20 счетчики импульсов, первый 21 и второй 22 регистры, первый 23 и второй 24 цифроаналоговый преобразователи (ЦАП), элемент 25 задержки, блок 26 деле1583778 венно.

Выходы разрядов первого 19 и второго 20 счетчиков подключены к входам первого 21 и второго 22 регистров соответственно, выходы которых через первый 23 и второй 24 ЦАП соответственно подключены к первому входу блока 27 умножения и входу "Делитель" блока 26 деления, к входу "Делимое" которorо подключен выхол источника напряжения величиной 11 соответственно.

Выход блока 26 деления подключен к объединенным первым входам первого

5 ния, первый 27, второй 28 и третий

29 блоки умножения, первый 30 и второй 31 преобразователи, первый 32 и второй 33 выходы устройства.

Выход измерительного преобразова5 тепя 1 скорости подключен к объедулненным входам интегратора 2 и первого знакочувствительного элемента 3, выход интегратора 2 подключен к входу второго знакочувствительного элемента 4, выход которого подключен к первому входу элемента И5 непосредственно, a к единичному входу второго триггера 15 — через последовательно соединенные второй дифйеренцирующий элемент 7 и второй диод 9 в прямом направлении, Нулевой вход второго триггера 15 подключен к выходу второго дифферен- 20 цирующего элемента 7 через последовательно соединенные четвертый диод

11 и второй инвертор 13.

Выход первого знакочувствительного элемента 3 подключен к второму 25 входу элемента И5, выход которого через последовательно соединенные первый дифференцирующий элемент б и первый диод 8, включенный в прямом направлении к единичному входу 30 первого триггера 14, нулевой вход которого подключен к выходу первого дифференцирующего элемента б через последовательно соединенные третий диод 10, включенный в обратном нап— равлении, и первый инвертор 12, Кдиничные выходы первого 14 и.второго 15 триггеров подключены к управляющим входам первого 17 и второго 18 ключей соответственно, входы 40 которых объединены и подключены к выходу генератора 16 импульсов.

Выходы первого 17 и второго 18 ключей подключены . к входам первого

19 и второго 20 счетчиков соответст27, второго 28 и третьего 29 блоков умножения. Выход первого блока 27 умножения подключен к объединенным входам первого 30 и второго 31 преобразователей, выходы которых подключены к вторым входам блоков 28 и

29 умножения соответственно, выходы которых подключены к первому 32 и второму 33 выходам устройства, Выход второго инвертора 13 подключен к управляющим входам первого

21 и второго 22 регистров непосредственно, а к установочным входам первого 19 и второго 20 счетчиков через элемент 25 задержки, Устройство работает следующим образом.

Измерительный преобразователь 1 скорости формирует на выходе напряжение, пропорциональное производной перемещения Х, а на выходе интегратора 2 формируется напряжение,пропорциональное перемещению Х. На выходах первого 3 и второго 4 знакочувствительных элементов формируются сигналы в течение положительных полупериодов входных сигналов ХХ соответственно.

На выходе элемента И5 формируется сигнал при совпадении положительных значений Х и Х в каждом пол .периоде.

В момент t формирования сигнала

1 на выходе элемента И5 первый триггер

14 устанавливается в единичное состояние импульсом с выхода первого диода 8.

При этом первый ключ 17 замыкается и на вход первого счетчика 19 поступают импульсы с выхода генератора !

6 импульсов.

В тот же момент t, времени второй триггер 15 устанавливается в единичное состояние импульсом с выхода второго дифференцирующего элемента

i . При этом замыкается второй ключ

18 и импульсы с выхода генератора 16 импульсов поступают на вход второго счетчика 20.

Первый триггер 14 устанавливается в нулевое состояние импульсок с выхода первого дифференцирующего элемента 6, соответствующим заднему фронту импульса с элемента И5 (момент 2 )

Начиная с момента t z, г.одержимое первого счетчика 19 остается без изменения.

1583778

В момент t времени, соответствующий заднему фронту импульса с второго знакочувствительного элемента 4, >зторой триггер 15 устанавливается в нулевое состояние, при этом второй ключ 18 размыкается и содержимое второго счетчика 20 больше не изменяется. Кроме того, импульс, формируемый в момент t3 времени, поступает на входы первого 21 и второго 22 регистров, в результате чего содержимое первого счетчика 19 переносится в первый регистр 21, а содержимое второго счетчика 20 переносится во второй регистр 22, Тот же импульс,задержанный элементом 25 задержки, поступает на установочные входы первого !

9 и второго 20 счетчиков, устанавливая их в нулевое состояние. 20

Сигнал г! с выхоца второго ЦАП

24 поступает на вход "Делитель" блока 26 деления, на вход "Делимое" которого поступает сигнал, равный л

II . Сигнал, равный II, J z, поступает

25 на первый вход первого блока 27 умножения, на второй вход которого поступает сигнал Л1 с выхода первс>ro IIAII 23.

Сигнал с выхода первого блока 27

II умножения, равный — — Л,, поступает т на входы первого 30 и второго 31 преобразователей, на выходе первого иэ которых формируется сигнал, равный 35

C >

ctg (--- Г), а на выходе второго—

d1 сигнал, равный 1/s in(— — Я.

Сигналы с выходов первого 30 и второго 31 преобразователей поступают на первые входы второго 28 и третьего 29 блоков умножения соответственно, на вторые входы которых поступает сигнал с. выхода блока 26 деления.

На выходе второго блока 28 умножения формируется сигнал, равный Ь, а на выходе третьего блока 29 умножения формируется сигнал„ равный ы,, 50

Фор мула изобретения

1. Способ определения рассеяния энергии и собственнсй частоты

55 механической колебательной системы, заключающийся в том, что всэбуждают затухающие. колебания иссл:е— дуемой системы, фиксируют моменты прохождения положения равновесия и равенства нулю скорости колебаний, отличающийся тем,что, с целью повышения помехоустойчивости, измеряют первый интервал времени между первым моментом прохождения положения равновесия и моментом равенства нулю скорости колебаний и второй интервал времени между первым и вторым моментами прохождения положения равновесия, параметр рассеяния энергии h и собственную частоту > колебаний системы определяют из о ъ словий

Я 1 Л

h=-- — rtg (и );

Лг

М)—

О д

sin(— . II ) г! ъ где первый и второй соседние

В моменты прохождения пол ожени я рави О в есия;

t q. — момент равенства нулю скорости колебаний; первый интервал вре-

1 мени; д — второй интервал вре1 мени.

2.. Устройство для определения рассеяния энергии и собственной частоты механической сис темь>, с одер- . жащее вибропреобразователь, устанавливаемый на испытуемом объекте, два ключа, два регистра и генератор сигналов, о т л и ч а ю щ е Е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, оно снабжено интегратором, двумя знакочувствительными элементами, элементом И, двумя дифференцирующими элементами, четырьмя диодами, двумя инверторами, двумя григгерами, двумя счетчиками импульсов, двумя цифроаналоговыми преобразователями, элементом задержки, блоком деления, тремя блоками умножения и двумя преобразователями, в качестве генератора сигналов использован генератор импульсов, а вибропреобразователь представляет собой преобразователь скорости, выход ко- .. торого подключен к входам первого знакочувствительного элемента и интегратора, выход которого подключен к входу второго знакочувствительного элемента, выход которого подклю1583778 10 чен к первому входу элемента И, к второму входу кот ор ого подключен выход первого знакочувствительного эле— мента, выход элемента И подключен к входу первого дифференцирующего элемента, выход которого подключен через первый диод в прямом направлении к единичному входу первого триггера, обнуляющий вход которого подключен к выходу первого инвертора, второго знакочувствительного элемента подключен к входу второго дифференцирующего элемента, выход которого через второй диод в прямом направлении подключен к единичному входу второго триггера, обнуляющий вход которого подключен к выходу второго инвертора, выход первого дифференцирующего элемента подключен через третий диод в обратном направлении к входу первого инвертора, выход второго дифференцирующего элемента. через четвертый диод в обратном направлении подключен к входу второго инвертора, выход которого подключен к входу элемента задержки и управляю— щим входам первого и вторОго регистров, выход элемента задержки подключен к установочным входам первого и второго счетчиков, входы которых со— ответственно подключены к выходам первого и второго ключей, входы которых подключены к выходу генератора

5 импульсов а управляющие входы — соУ ответственно к выходам первого и втор ого триггеров, выходы перво го и второго счетчиков импульсов подключены соответственно к входам первого и второго регистров, выходы которых подключены соответственно к входам первого и BTqporo . цифроаналоговых преобразователей, выход первого циАроаналогового преобразователя подключен к первому входу первого блока умножения, выход которого подключен к входам первого и второго преобразователей, выход второго цифроаналогового преобразователя под20 ключен к входу Делитель" блока деления, вход Делимое" которого предназначен для подключения к источнику напряжения величиной If, а выход— к второму входу первого блока умно25 жения, выходы первого и второго преобразователей подключены соответственно к вторым входам второго и третьего блоков умножения, выходы которых являются соответственно пер30 вым и вторым выходами устройства.

1583778

Составитель К.Тавлинов

Техред М.Моргентал

Корректор B,Ãèðíÿê

Редактор Л.Гратилло

Заказ 2248

Тираж 439

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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