Устройство для моделирования нелинейных колебательных систем

 

О П

ИЗОБРЕТЕН ИЯ 651366

Союз Советских

Сфциалистимеских

Рвспублмк

- К АВТОРСКбИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{6l) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено28.03.-77 (21) 2466543/18-24

2 (51) М. Кл.

q 06 q 7/48 с присоединением заявки №

Гасударственный «еинтет

СССР нн делам «зебр«те«не н ет«ритнй (23) Приоритет

Опубликовано 05.03,79.Бюллетень х- g (53) УДК 681.333 (088.8) Дата опубликования описания 10.03.7g (72) Авторы изобретения

И. Ю. Скучас и P. 10. Вансевичюс

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса

{71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ

КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСЧ ЕМ

Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной техни- ке и может быть применено для анализа и синтеза нелинейных связей при мо- делировании прецизионных динамических объектов с помощью вычислительных машин.

Известно устройство для моделирования нелинейных колебательных систем, которое содержит исследуемый обьект, возбудитель колебаний, датчики параметров, установленные на исследуемом объекте, блок моделирования динамической системы и схему обработки сиг налов, полученных с датчиков парамет-. ров jlj.

Однако это устройство позволяет провести моделирование только в случае, когда исследуемый объект совершает колебания по одной координате или в плоскости.

Из известных устройств для моделирования нелинейных колебательных систем наиболее близким является устрой2 ство, содержащее динамическую модель, датчики параметров,"установленные иа динамической модели, блок воспроиз ведения характеристик динамической сис,темы, перви)й ихой и выход которого подключены к входу и выходу соответствен но блока оптимизации, генератор коле« баний, вход которого соединен с первым входом первого амплитудного модулятора, и пьезоэлектрический преобразователь(, )

К недостатку устройства следует о нести то, что в нем отсутствует воэ можность провести моделирование системы с исследуемым обьектом ротационно-колебательного типа т. е, объекта, совершающего вращательное движение с крутильными колебаниями. Это сужает область применения устройства, Целью настоящего изобретения является расширение области применения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования нелинейных колебательных систем введены

4 жин 17 и 18 стержень преобразователя 13 упруго прижат к диску 3. ,Устройство работает следующим образом.

Вал 2 совершает вращательное движение с крутильными колебаниями. Динамическая моцель 1 представляет часть динамической системы, которую труцно описать математически. Динамические связи модели 1 с валом 2, которые легко поддаются формализации, описываются дифференциальными уравнениями. Если колебания в Ч -ой связи модели с валом 2 описываются дифференциальным уравнением:

J Q Ф 4 lP + Ц Ц7 9 (1 ) где(р,ф,y - координаты угловых ускорений скорости и амплитуды колебаний соотвегственно в <.-ой связи;

J - момент инерции элементов связи;

k,È - коэффициенты жесткости и демпфирования соответственно;

М - результирующий момент инерций, передаваемый на вал < - ой связью, то решение уравнения (1) происходит в блоке 6 по сигналам, поступающим в него через блок усилителей 5 с цатчиков 4 .... 4 ..„ 4д,пропорциональным состояниям элементов 1 -ой связи, т. е.ф,ф,ry . Решение в блоке 6 уравнения (1) происходит по общеизвестным принципам. При этом на выходе блока 6 появ иется аналоговый сигнал, равный результирующему моменту, действующему i -ой связи на вал 2. По сигналу блока 6 с пьезоэлектрического преобразователя 13 этот момент точно передается на вал 2. Точная передача момента на вал 2 по сигналу с блока 6 осуществляется следующим образом.

Сигнал с блока 6 моцулируется амплитудным модулятором 9 высокой частотой генератора колебаний 8 и поступает в сумматор 10. В зависимости от скорости вращения зала 2 модели 1 (информация"об угловой скорогти вращения поступает от выхоца блока усилителей 5 на второй вход сумматора) устанавливается абсолютная величина модулированного напряжения с выхода блока 6, которое дальше поступает через блок реверса 11 на электроды 14 и 16 преобразователя 1 3, В преобраэовя теле 13 возбуждаются продольные

3 651366 сумматор, ключ, блок усилителей, блок реверса, а пьезокерамический преобразователь выполнен с двумя степенями свободы в виде пьеэбкерамйческого стержня, на котором ра .лещены электроды, S соединенные с выходами блока реверса, первый вход которого через ключ подключен ко второму выходу блока воспроизведения характеристик динамической системы, соединенному с первым входом <6 амплитудного моцулятора, выхоц которого подключен к первому входу сумматора, вьц од которого соединен со вторым входом блока реверса, второй вхоц кото рого подключен к выходу блока усилителей, соединенному со вторым входом блока воспроизведения характеристик динымической системы, входы блока усилителей подключены к датчикам пара метров, динамическая модель установлена на валу, на котором укреплен дополнительно введенный циск, сопряженный с пьезокерамическим стержнем.

Изобретение пбясняется чертежами, На фиг. 1 представлена блок-схема уст25 ройства; на фиг, 2 -,схема расположения электродов пьезоэлектрического преобраэова еля.

Устройство состоит иэ динамической модели 1 с валом 2, на котором жест- .

,"ко закреплен дйск 3, датчиков параметров объекта 4 ... 4>, выходы которых через блок усилителей 5 подключены к входам блока воспроизведения характе3$ ристик дннамической системы С, взаимно связанного с блоком оптимизации 7, генератора колебаний 8, амплитуцного модулятора 9, к первому входу которогб подключен вйход генератора колебаний 8, а ко.второму входу выход блока .

Суммматора 10, через который выход амплитудного модулятора 9 соединен с первым входом блока реверса 11, а к другому входу сумматора 1 0 ïoä45 ключен выход блока усилителей 5, ключа 1 2, через который выход блока 6 соединен с вторым входом блока реверса

1 1, пьезоэлектрического преобразователя

13, вййолненноговвиде пьезокерамичес50

Мого стержня, с разделенными электродами

14„15 (фиг. 2) по длине с одной стороны и неразделенным электродом 16 с другой. Электроды 14, 15 и 1.6 присоедйнены к соответствующим выходам блока реверса 11. Частота генератора колебаний 8 равна резонансной частоте изгибных и продольных колебаний стерж.ня преобразователя 13. При помоши пру651366 и изгибные колебания. Но существует определенная оаэность фаэ их колебаний (около 90 ), которая .обеспечивается неодинаковостью частот ре зонансных продольных и изгибных коле- S баний стержня преобразователя 13, В результате в зоне контакта стержня с диском 2:происходят высокочастотные косые соударения, приводящие к появлению тангенциальных импульсов, при- 1Î водящих к созданию окружной силы на диске 2, Этот момент соответствует форме сигнала с выхода блока 6, так, как величина момента в определенной зоне линейно зависит от амплитуды ко- 15 лебаний и тем самым, от напряжения.

При перемене знака сигнала с выхода блока 6 на обратный блок реверса 11 присоединит напряжение к электродам

15 и 16, произойдет перемена анака 20 остающегося момента пропорциональ- но сигналу с выхода бпока 6 (при реверсировании меняется фаза изгибных колебаний относительно продольных о на 180 ).

Так как частота сигнала íà выходе генератора 8 сотни кГц, то в больших пределах угловой скорости вращения вала 2 момент, передаваемый пьезоэлектрическим преобразователем на вал 2, не зависит от этой скорости и осуществляется большая точность передаваемого момента по сигналу с выхода блока 6.

Изменение параметров p,,) в блоке

6 по уравнению (1) можно провести оптимизацию моделируемой части системы вручную или с помощью блоха оптимизации 7 автоматически.

Наличие безынерционного пьезоэлектрического преобразователя, точно передающего крутящий момент валу объекта по сигналу иэ блока моделирования, позволяет и введение дополнительных

45 блоков и связей в устройстве в широком частотном диапазоне проводить моделирование прецизионных ротационно-колебательных систем.

Формула изобретения

Устройство для Моделирования нелинейных колебательных систем, содержащее динамическую модель, датчики параметров, установпенные на модели, блок вос произведения характеристик динамической системы, первый вход и выход которого подключены K выходу и входу соответственно блока оптимизации, генератор колебаний, выход которого соединен с первым входом первого амплитудного модулятора, и пьезоэлектрический преобразователь, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью, расшире ния функциональных воэможностей в него введены сумматор, ключ, блок усилителей, блок реверса, а пьезокерамичео= кий преобразователь выпоанен с двумя степенями в виде пьеэокерамического стержня, на котором размещены эпектроды, соединенные с выходами блока реверса, первый вход которого через ключ подключен ко второму выходу блока воспроизведения характеристик динамической системы, соединенному с первым входом амплитудного модулятора, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен со вторым входом бпока реверса, второй вход которого подключен к выходу блока усипителей, соединенному со вторым входом блока воспроизведения характеристик динамической системы, входы блока усилителей подключены к датчикам параметров, динамическая модель установлена на валу, на котором укреплен дополнительно введенный диск, сопряженный с пьеэокерамическим стержнем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Я 516057, кп. Ej 06 С 7/48, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

No 516056, кл. Gj 06 Cj 7/48, 1978..651366 Ри). 1

Составитель И. Загорбинина Редактор С. Равна Рехред И, Асталош Корректор М. немчик

Заказ 809/47 Тираж 779 Подписное

UHHHAH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4