Устройство для моделирования сухого трения в безынерционных звеньях

 

О П И С А""Й "И""Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ («) 424I85

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 10.07.72 (21) 1810055/18-24 (51) М. Кл. G 06g 7)66 с присоединением заявки № 1820271Д8-24 от 31.09.72 (32) Приоритет

Государственный комнтет

Совета Мнннотров СССР оо делам нзобретеннй и открытой (53) УДК 681.333(088.8) Опубликовано 15.04.74. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 24.09.74 (72) Автор изобретения

В. А. Клементьев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СУХОГО

ТРЕНИЯ В БЕЗЫНЕРЦИОННЫХ ЗВЕНЬЯХ

Изобретение предназначено для моделирования сил сухого трения покоя и движения в безынерционных звеньях систем автоматического управления на электронных моделирующих установках.

Известное устройство для моделирования сухого трения основано на допущении, что сила трения движения в звене равна силе трения покоя, хотя во многих случаях эта разница значительна и возникает необходимость иссле- 10 довать ее влияние.

Данное изобретения устраняет этот недостаток и позволяет моделировать изменения силы трения в безынерционном звене от состояния покоя к состоянию движения, что повышает 15 точность моделирования.

С целью расширения функциональных возможностей устройства оно содержит запоминающий операционный усилитель, вход которого соединен с первыми разноименными 20 электродами диодов нелинейных элементов сравнения, причем на входы суммирующего усилителя подключены выходы электронных реле, входы которых соединены соответственно с выходом запоминающего операционного 25 усилителя и вторыми разноименными электродами диодов нелинейных элементов сравнения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для моделирования сухого трения в безынерционных элементах; на 30

2 фиг. 2 — функциональные диаграммы напряжений (выходного и в характерных точках схемы) при воздействии колебательного входного сигнала постоянной амплитуды.

Устройство содержит суммирующий операционный усилитель 1, потенциометры 2, 3 и полупроводниковые дйоды 4 и 5, которые в совокупности с потенциометрами 2, 3 представляют нелинейные элементы сравнения, электронные реле 6 и 7 (в данной схеме операционные усилители в релейном режиме), запоминающий операционный усилитель 8. Суммирующий усилитель 1 и электронные реле 6 и

7 соединены таким образом, что попарно образуют потенциальные триггеры 1 — 6 и 1 — 7.

Приняты следующие условные обозначения:

U» — входное напряжение; U,„, — выходное напряжение; U„„— опорное напряжение;

Ui и U — напряжение на выходе элементов сравнения (потенциометров);

Юли U — напряжение на выходе электронного реле (триггера), эквивалентное разности между силами трения покоя и движения;

) U„(— величина зоны нечувствительности, эквивалентная силе сухого трения покоя; а — коэффициент деления потенциометра;

424!85

55 б0

) U»,(— величина зоны нечувствительности, эквивалентная силе сухого трения движения;

Й вЂ” коэффициент усиления устройства по напряжению.

Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии при нулевом входном напряжении U» напряжения U и U 1, снимаемые с потенциометров 2 и 3 удерживают электронные реле 6 и 7 в положении, при котором напряжения U> и U на их выходах равны нулю.

Установленные на потенциометрах коэффициенты деления соответствуют напряжению

U определяющему максимальную величину зоны нечувствительности, эквивалентную силе трения покоя. Необходимый коэффициент деления определяется по формуле

1 а:— оп

Рассмотрим работу схемы в правой полуплоскости функциональной характеристики.

Положительное приращение входного напряжения уменьшает положительный потенциал U на выходе потенциометра 2 и увеличивает отрицательный потенциал на потенциометре 3, что ведет к уменьшению напряжения запирания на диоде 4 н увеличению на диоде 5.

До тех пор пока входное напряжение U» ) (j 0 выходное напряжение U О (фнг. 2а, линия ОА). Прндостижеиии входным сигналом U») Ц, напряжение У потенциометра 2 меняет знак. Это напряжение начинает пропускаться полупроводниковым диодом

2 и проходит на выход операционного усилителя 8. Вследствие этого и равенства коэффи-. циентов усиления во входных цепях электронного реле 6 напряжение, подаваемое на реле 6 с потенциометра 2, стремится уменьшиться на такую же величину при алгебраическом суммировании с выходным напряжением операционного усилителя U> z.

Вследствии наличия нелинейности, присущей начальному участку полупроводникового диода 4, между электронным реле б и суммирующим усилителем 1, охваченных положительной обратной связью и образующих потенциальный триггер, развивается лавинообразный процесс, приводящий к образованию скачка напряжения U> на выходе электронного реле 6 (фиг. 2б, линия АВ), элемента сравнения (фиг. 2в, лйния АВ) и запоминающего усилителя 8 (фиг. 2а, линия АВ), что воспринимается как переход на меньшую зону нечувствительности У„„эквивалентную силе трения движения. Электронное реле (триггер) переходит при этом в новое устойчивое состояние, для стабилизации которого необходимо незначительное преобладание напряжения, подаваемого на электронное реле 6 с потенциометра

2, над напряжением, инвентнрованным опера10

45 ционным запоминающим усилителем 8, так чтобы знак разности между ними не менялся до изменения знака приращения входного напряжения. Практически это обеспечивается нелинейными и емкостными свойствами полупроводникового диода 4 (например, типа

Д 209), в противном случае (при неблагоприятном сочетании допусков малоточных линейных элементов, определяющих коэффициенты усиления входных цепей электронных реле 6) следует подрегулировать входное сопротивление электронного реле 6. Дальнейшее увеличение входного напряжения +U приводит к увеличению выходного +У„„ в соответствии с коэффициентом усиления, определяемым суммирующим усилителем и элементом сравнения (фиг,:2а, б, в, участки ВС). При работе суммирующего усилителя в режиме инвертора коэффициент . усилейия устройства равен

/г= 1 — а. Во многих" случаях удобнее иметь

/г=1 (например, удобство включения и выключения устройства "из схемы исследуемой модели), для чего из схемы устройства надо исключить потенциометры, а суммирование и сравнение U» и +У„выполнить на одном усилителе, а — U,„— на другом. Последнее .введение требует дополнительного усилителя.

При изменении знака приращения входного напряжения U,„напряжение U> на выходе потенциометра 2 будет уменьшаться, что приведет к закрытию диода 4 и запоминанию выходного напряжения У„„операционным запоминающим усилителем 8 (см. фиг. 2а, точка

° С), при этом знак разности напряжений, подаваемых на электронное реле 6, изменится, что скачкообразно возвратит его в исходное состояние (фиг. 2б, линия СС) и восстановит максимальную зону нечувствительности U соответствующую силе трения покоя, Дальнейшее изменение входного напряжения в любом направлении связано с необходимостью прео-: доления зоны трения покоя, что вызывает процессы, аналогичные описанным. На фиг. 2б и 2в показано изменение напряжений U2 и U< только для правой полуплоскости при колебательном изменении входного сигнала, так как для левой полуплоскости характер изменения напряжений будет аналогичным, что приведет к получению функциональной характеристики, изображенной на фиг. 2,а, Начальное изменение входного сигнала от нуля в левой полуплоскости (см. фиг. 2,а, линия ОА) приведет к выходу на ту же характеристику, При изменении амплитуды формы колебаний или постоянной составляющей входного сигнала U,„„èçìåíÿåòñÿ максимум и минимум выходного напряжения U но форма функциональной характеристики остается неизменной.

Следует отметить, что переход устройства с одной эоны нечувствительности на другую в точках С, С, Д и Д (фиг. 2), связан с преодолением дополнительной зоны нечумтви424185

5 тельности, вызванной разницей коэффициен-. тов усиления во входных цепях электронных реле, что приводит к погрешности исследования, но практически не изменяет вид характеристики, показанный иа фиг. 2,а. 5

Для удобства расчета параметров элементов сравнения и электронного реле (величины а и U2) последнее выполнено однополярным. При невозможности или нежелательности реализации такой характеристики необхо- 10 димо поставить диоды между выходами электронных реле 6 и 7 и входными сопроти лениями суммирующего усилителя с таким асчетом, чтобы исключить подачу напряж ия.

U2 на суммирующий. усилитель 1 до пре до- 15 ления зоны нечувствительности Е0.

Расчет скачка напряжения Us в режиме инвертора производится по формуле Uz = Un— — U выражающей изменение силы трения 20 от состояния покоя к состоянию движения.

При U» = U 02 = 0; при U» — 0 U2 — U4.

Приведенная принципиальная схема дана в простейшей модификации, позволяющей легко реализовать ее на моделирующей установке.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования сухого трения в безынерционных звеньях, содержащее два электронных реле и суммирующий операционный усилитель, к выходу которого подключены нелинейные элементы сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оно содержит запоминающий операционный усилитель, вход которого соединен с первыми разноименными электродами диодов нелийейных элементов сравнения, причем входы суммирующего усилителя подключены к выходам электронных реле,.входы которыХ соединены соответственно с выходом запоминающего операциойного усилителя и вторыми разноименными электродами диодов нелинейных элементов сравнения, 424185 !

Фиг я

Составитель Е. Тимохина

Редактор Л. Цветкова Техред Т, Курилко Корректор M. Лейзерман

Заказ /gpss Изд. М Тираж 3О Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4

Предприятие «Патент», Москва, Г.59, Бережковская наб., 24