Устройство для моделирования неоднозначных зависимостей вида гистерезисных петель упругих и магнитных материалов

 

АЯ мозн

::, янтак.;;...,,„ атака A/A

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реотублик (11) 452013 (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 07. 08. 70 (21) 1474847/18-24 (51) М. Кл. G Оби 7/48 ! с присоединением заявки ¹â€”

Гасударственный ионитет

Воввтв Министров СССР по делая изооретений и открытий (32) Приоритет

Опубликовано 30.11.74, Бюллетень № 44

Дата опубликования описания (53) УДК

681. 333: 53(088. 81 (72) Автор изобретения

И. Н. Медяков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСГВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАН11Я НЕОДНОЗНАЧНЫХ ЗАВИСИМОС1 ЕЙ ВИДА

ГИСГЕРЕЗИСНЫХ IIE 1 EËÜ У!1РУГИХ И МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может использоваться при модетшровании механизмов и машин, неоднозначные характеристики которых обусловлены гистерезисными явлениями в упругих или магнитных цепях, в частности при моделировании ударных процессов в механи„ческих системах и электромагнитных про1 цессов в электрических машинах.

Известны устройства для моделирования неоднозначных зависимостей вида гистере(зисных петель упругих и магнитных материалов, содержащие входной интегрирующий . усилитель, выход которого через последова: тельно соединенные функциональный преобразователь и инвертор подключен к выходу устройства.

11редложенное устройство отличается от изве<:тных тем, что в него введен блок управления коэффициентом передачи интегрирующего усилителя, управляющий вход которого соединен через резистор с выходом устройства, а основной вход и выход блока управления коэффициентом передачи интегрирующего усилителя соединены соответотвенно с входом и суммирующей точкой интегрирующего усилителя, Это позволяет повысить стабильность параметров моделируемой зависимости и расширить частотный диапазон работы устройства.

На чертеже показана блок-схема устрой. ства.

Устройство содержит входной интегрирующий усилитель 1, выход которого через функциональный преобразователь 2 и инвер» тор 3 соединен с выходом устройства, блок

4 управлении коэффициентом передачи интегрирующего усилителя и резистор 5.

Устройство работает следующим образом.

Если считать, что интегрирующий усилитель 1. имеет вместо емкостной резисторнун: обратную связь, а сопротивление резистора 5 очень мало, тогда между напряжения452О13 ется зависимость (k М, (-i(), к,- к,) q-x), cpu (-х)У >О)

)Ч)и (;х)3<0.

< <>)

15 (2) (®=Авары ., (10) что равносильно

y=k X-121Х S n7 . (3) х=А) 7=A g х=-А ) 7=- ; (12) У=- ()= ÐU 1xf1+ Л, P |YL>, в ми, обозначенными(-й) ) Qs, вылолннЗависимость (1) можно записать с использованием знака сигнатуры следующим ° образом:.

- = „(;x)wk (-x) s -х) Г, Устраняя теперь допущение о резисторной обратной связи усилителя 1 и считая, что он, как указано в схеме, интегрирующий, вместо выражения получаем зависимо сть

y=k„x-kx (I x I sg E dt О (4) .При условивЫ - ч, ) а=)Ь(ра (Е/)вместо зави(4 ) выводим

t у=х4 )" Ix) sgnE dt

0 (5)

Устанавливая теперь связь между выходом интегрирующего усилителя 1 и выходом устройства, накладываем необходимое допопнитепьное условие :--/ю которое вместе с выражением (5) характеризует форму и свойства воспроизводимой устройством неоднозначной зависимости

7()()=-f (,х-И () x (S n7dÀ (7)

Здесь переменная д рассматривается как функция аргумента,В, в то время как на вход устройства поступает сигнал (- -), соответствующий производной по времени от аргумента с обратным знаком.

Определяем теперь зависимость формы воспроизводимой кривой (7) от вида функлионального.лреобразованин / (у) .

8 простейшем случае дпя воспроизведения зависимостей, обпадак>ших свойствами пружины Рейда, функциональный преобразователь 2 служит инвертируюшим масштабным усилителем, реализующим прямо пропорциональную зависимость (в) при этом аналитическое выражение петли имеет вид <х)= -Ix — h) IxIsgnУdt)..

0 (9)

Если теперь Х вЂ” периодическая функция времени, например тина то форма кривой (9), независимо от началь- ных условий, установленных на интеграле (1 ), после окончания переходного процесса имеет форму вытянутого параллелограмма с вершинами в точках

)(-Ah, 7=0; x=-Ah, F= 0 (11) Площадь, ограниченная замкнутой ломаной (1 1 ), равна причем положение вершин параллелограмма и его площадь зависят только от амплитуды Я колебаний X и не зависят от часто40 ты Ю, т. е. реализуются свойства пружины Рейда, близкие к свойствам реальной петли упруг ого гистерезиса. . Таким образом, если источник напряжения (- К) имитирует скорость цикнической

45 деформации упругого тела, то напряжение/ с хорошей точностью воспроизводит изменение восстанавливающей г:ипы (HJIll упру о)но момента) с учетом рассеивания энергии через иетгцо гистерезися.

50 В оопее сложном случае, когда функциональный преобразователь воспрои:юодит зону нечувствительности и успови (6 ) при,нимает вид

О!

tÄ (y-л у y) (®

452013

; получаемая зависимость отличается от параллелограмма (11 ) наличием нулевой зоны, которая как бы разрывает петлю. В этом случае для того, чтобы площадь петли осталась прежней (12), необходимо уве» личить амплитуду колебаний аргумента

1 на величину / . Величина Я 1 имитирует здесь тот промежуток (зазор или люфт, например, в механической передаче), который упругое тело проходцт, не подверга, ясь деформации, после чего встречает упругую преграду.

В еше более сложном случае, когда функ циональный преобразователь реализует,нечетную симметричную функцию, хотя бы 15 кусочно-линейным способом, воспроизводимая устройством неоднозначная зависимость также имеет искривленный контур.

Подбором функции (() и величины / можно получить петли, аппроксимирующие ха- 20 рактеристики электрических машин, содержащих катушки со стальным сердечником.

Все изложенное выше справедливо для случая очень малой величины сопротивления

25 резистора 5, уве шчение сопротнвления этоro резистора позволяет за счет ограничения им тока сглаживать углы воспроизводимых зависимостей вблизи нулевых значений выходного напряжения g

Предмет изобретении

Устройство для моделирования неоднозначных зависимостей вида гистерезисных петель упругих и магнитных материалов, содержащее входной интегрирующий усилитель, выход которого через последовательно соединенные функциональный преобразователь и инвертор подключен к выходу устроиства, отли чаюшееся тем, что, с целью повышения стабильности параметров моделируемой зависимости и расширения частотного диапазона работы устройства, в него введен блок управления коэффициентом передачи интегрируюшего усилителя, управляюший вход которого соединен через резистор с выходом устройства, а основные вход и выход блока управления коэффициентом передачи интегрирующего усилителя соединены соответственно с входом и сум— мируюшей точкой интегрирующего усилителя.

Составитель Гехред l 1 УГ»нико КоРРектоРы:

О. 1 ю пиа

Редактор 1 .1 ыбап:зв

Заказ ©" Д

624

1 ираж

Подписное

Предприятие «Патент», Москва, Р-59, Бережковская наб., 24

lit ll llll ill l осударс пеиного коиитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 13035, Раушская наб., 4