Устройство для моделирования нелинейных колебательных систем

 

1

И-(-:- - - А - Й- И-Е

Союз Советских

Социалистических

Республик

О Il (I>) á07240

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.12.75 (21) 2300598/18- 24 (53) М. Кл. G06G7/48 с присоединением заявки №

Государственный квинтет

Совета тонннстров СССР оо делам нзобретвннй н открытой (23) Приоритет (43) Опубликовано 15,05.78. Бюллетень № 18 (45) Дата опубликовании описания 28.04.78 (53) УДК 681.333 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. И. Оржекаускас и И. Ю. Скучас (71) Заявитель

Каунасский политехнический иисштут им. Аитанаса Снечкуса (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ

КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Изобретение относится с области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано при моделировании сложных динамических систем, содержащих реальные объекты.

Известно устройство для моделирования нелинейных колебательных систем (}), лредназна ченное для полунатурного моделирования сложных динамических систем и содержащее датчик параметров, усилитель мощностей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для моделирования нелинейных колебательных систем (2), содержащее датчики параметров, выходы которых через соответствующие усилители подключены к входам блока моделирования динамической системы, усилитель мощности, выход которого соединен с входом возбудителя. колебаний и сумматор.

Недостатком этих устройств является то, что . они ие позволяют решать ряд задач, в которых . система подвергнута недетерминированным возбуди дающим воздействиям.

Для расширения функциональных воэможностей предлагаемого устройства в него введены блок управления параметрами и блок формирования обратной передаточной функции, выход которого

2 подключен к входу усилителя мощности, а один из входов — к выходу блока моделирования динамической системы, другие входы блока формирования обратной передаточной функции соедине. ны с выходами блуа управления параметрами, один из входов которого подключен к выходу соответствующего датчика параметров, а другой вход — к выходу сумматора, входы которого соединены с выходами блока моделирования дтнами»

10 вской системы и соответствующего датчика пара. метров.

На чертеже представлена блок-схема описываемого устройства для моделирования нелинейных колебательных систем.

15 Устройство содержит датчики параметров 1, выходы которых через соответствующие усилители 2 подключены к входам блока 3 моделирования динамической системы, усилитель мощности

4, выход которого соединен с входом возбудите20 ля колебаний 5, сумматор 6, исследуемый объект

7, блок управления параметрами 8 и блок 9 формирования,обратной передаточной функции, выход которого подключен ko входу усилителя мощности 4, а один иэ входов — к выходу блока модо

25 лирования динамической системы 3, другие входы

607240 блока 9 формирования обратной передаточной функции соединены с выходами блока управления параметрами 8, один из входов которого подключен к выходу соответствующего датчика параметров 1, а другой вход — к выходу сумматора 6, входы которого соединены с выходами блока 3 моделирования динамической системы и соответствующего датчика параметров 1.

Математически описываемая часть динамической системы, которая моделируется в блоке 3, взаимодействует с реальной частью системы, т.е. с объектом 7, через блок 9 формирования обратной передаточной функции, усилитель мощности 4 и возбудитель колебаний 5. Необходимым условием функционирования ycrpoQ a является точная имитация электрического сигнала, получаемого на выходе блока 3, мехашческим движением стола возбудителя колебашй 5, Для компенсации времен. ной задержки в звене электромеханического преоЬ разовання используется блок 9 формирования об- 20 ратной передаточной фуша ни. Предпосылкой исполь эоваиия такого блока является известное уравнение

Я(Р) ф (p)) где К(Р) — нередаточная функция звена

Ф (Р) — обратная передато жая функция того же звена.

Таким образом, для точной имитации электрического сигнала, поступающего с выхода блока

3, механическим движением стола возбудителя колебмпш 5, служит блок 9, в котором моделируется обратная передаточная функция возбудителя колебаний 5. Ввиду того, что рабочим органом возбудителей колебаний обычно является масса на

3S упругой подвеске, то передаточная функция такого. электромеханического преобразователя является колебательной:

6 )

Р ° P где Ч((Р) — передаточная функция воэбуди4 геля колебании с объектом ъп столе. пя — коэффициент инерции возбудителя колебаний, а — коэффициент диссипативности упругой подвески, ае - коэффициент жесткости упругой подвески, 50

Р—. оператор дифференцированияР=Д/М.

Тогда обратная передаточная функция возбудителя колебаний

Ж (Р) =ад) agl а

Так как устройство для моделирования нелинейных колебательных систем предназначено для моделирования сложных динамических систем, со держащих реальные объекты, которые в общем 60 случае могут быль и,с переменной массой,тои

4 коэффициент и> является переменным, Для реальных возбудителей колебаний коэффициенты я1 и а, также .являются нелинейными, т.е. изменяются нелййейно в зависимости от величины выходной координаты. Этим обстоятельством вызвана иеоб. ходимость непрерывной настройки всех трех параметров в процессе моделирования. Эту настройку осуществляет блок управления. параметрами 8.

На один вход блока управления параметрами

8 поступает сигнал, пропорциональньш перемещению стола возбудителя колебаний 5 с выхода датчика перемещения 1, а на другой — сигнал рассогласования с выхода сумматора 6. Непрерывное определение значений коэффициентов,входящихв обратную передаточную функцию возбудителя колебаний 5, осуществляется решением уравнений чувствительности и наискорейшего спуска. Как известно, уравнение чувствительности содержит такую же самую структуру и значения коэффициентов, как и исходное дифференциальное уравнение, а отличается только возмущающей функцией. Так как результатом решения уравнений чувствительности является частные производные перемещения но настраиваемым параметрам, то и функцией возмущения служит сигнал, пропорциональньй перемещению стола возбудителя колебаний 5.

Вычисленные частные производные перемещеюш по настраиваемым параметрам позволяют о ь ределить направление . изменения значений коэффициентов, входящих в обратную передаточную функциюе

Решением уравнений наискорейшего спуска

da; ах

-К вЂ” е

Ю 8Q где i 1,2,3, Х вЂ” выходная координата возбудителя ко. лебаннй, К вЂ” коэффициент усиления, e — сигнал рассогласования, и последующим интегрированием на выходе блока управления параметрами 8 образуются сигналы, пропорциональные коэффициентам, входящим в обратную передаточную функцию возбудителя колебаний 5. Эти сигналы управления с выхода блока параметрами 8 поступают на входы блока 9 формирования обратной передаточной функции и че-. рез блоки перемножения осуществляют непрерывную подстройку параметров.

Наличие в устройстве для моделирования нелинейных колебательных систем блоков управления параметрами и формирования обратной перь даточной функции выгодю отличает его от известных, так как . позволяет моделировать сильно нелинейные колебательпые системы, подвергнутые как детерминированным, так и случайным воздейтвиям.

Формула изобретения

Устройство для моделирования нелинейных колебательных систем, содержащее дятчики пара.

607240

Составитель И. Заторбинниа

Техред 3. Фанта Корректор M Äåì÷íê

Редактор Л. Бибер

Заказ 2613/38

Тираж 826 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам нзобретеии» и открытий

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

Фигмал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектнаи, 4 метров, выходи которых через соответствующие усилители подключены к входам блока модепирова.

1в1я динамической системы, усилитель мощности, выход которого соединен с входом возбудителя колебаний, и сумматор, о т л и. ч а ю щ е ес я тем, что, с цапаю расширения функционалвных возможностей, в него введены блок управления параметрами и блок формирования обратной цередаточиой фукк1ааи, выход которого под. ключен к входу усилителя мощности, а один из входов — к выходу блока моделирования динамиюской системы, другие входы блока формироважя обратной передаточной функции соединены с

Выходами блока управления параметрвааи, одна из входов которого подключен к выходу соответствующего датчика параметров, а другой вход— к выходу сумматора, входы которого соединены с выходами блока моделирования динамической системы и соответствующего датчика параметров.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе:

1, Авторское свидстелвство СССР 11 516056, кл. G 06 G 7/48, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР N 516057, кл. G 06 G 7 /48, 1975.