Устройство для моделирования колебательных систем

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И СА Н И Е и воы ети н и я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

" 698014 (6I ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 28.03.78 (21) 2597835/18-24 с присоединением заявки РЙ (23) П риоритет— (51) М. Кл.

G 06 G 7/48

Гесудврстввнньй квинтет

СССР вв двлак нзобрвтвннй н аткрытнй

Опубликовано 15.11.79. Бюллетень М 42

Дата опубликования описання 15.11.79 (53) УДК

681.333 (088.8) :."т /

И. А. Кашманов, В. И. Шанин и А. И. Романов f/) f

l,. j y i 1( (72) Авторы изобретения

Ивановский энергетический институт им. В. И. Ленина (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ

СИСТЕМ

Изобретение относится к области электромеханического моделирования и может быть применено для создания динамических моделей широкого класса физических устройств и приборов, а также при управлении свойствами механических систем, например для их коррекции, уменьшения вибраций.

Известен способ изменения динамической жесткости и затухания путем помещения колеблющегося тела в поле многосвязной электромагнитной системы с близкими собственными частотами, работающей в режиме вынужденных колебаний, и возбуждения ее на частоте, находящейся вблизи полосы спектра этих частот. Способ дает возможность глубокого регулирования свойств механической системы и обладает амплитудной избирательностью (11.

К недостаткам его относятся наличие сложной электромагнитной системъ, необходимость опеределенной формы колеблющегося тела и отсутствие независимой регулировки жесткости и демпфирования механических движений и возможности получения нелинейных характеристик объектов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для исследования влияния сосредоточенного вязкого демпфирования на характер колебаний тонкостенных конструкций, основанное на создании вынужденных колебаний балочной модели, содержащее поспедовательно соединенные генератор, усилитель и возбудитель механических колебаний, соединенный с одним из концов подвешенной на струнах банки; контур демпфирования, представляющий цепь обратной связи, состоящую из вибродатчика, усилителя и возбудителя, последний из которых устанавливается в некоторой точке балки; цепи наблюдения и фиксации резонанса на основе фазометра и цифропечатаюшее устройство для регистрации результатов f2) Указанное устройство не позволяет варьировать привеценную массу и жесткость механической системы, исследовать влияние "cyхого" трения на характер колебаний, а так698014 же моделировать объекты, обладающие нелинейными характеристиками жесткости.

Цель изобретения — расширение функционзльных воэможностей устройства эа счет учета нелинейньгх характеристик жесткости.

Указанная цель достигается тем, что в уст. ройство, содержащее генератор частоты, формирователь сигнзла виброскорости, усилитель„ выход которого соединен со входом блока зацания начальных параметров, подключенного первым выходом к механической,колебательной системе, и регистрирующий блок, введены интегратор, блок нелинейности, дифференциатор, регулируемые усилители. ключи, сигнум-реле и сумматор, один вход которого соединен с выходом генераторз частоты, выход сумматора подключен ко входу усилителя, второй выход блока задания начальных параметров соединен со входом формирователя сигнала виброскорости, выход которого непосредственно подключен ко входам регистрирующего блока, дифференциатора и интегратора и через сигнум-реле и первый ключ — ко входу первого регулируемого усилителя, вход второго регулируемого усилителя соединен с выходом дифференциатора, выход интегратора через второй ключ и блок нелинейности подключен ко входу третьего регулируемого усилителя, выходы регулируемых усилителей соединены соответственно с другими входами сумматора.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит механическую колебательную систему, условно показанную в виде массы 1 на пружине 2 с демпфером 3, которая колеблется под действием блока задания начальных параметров 4, питаемого от генератора 5 частоты ы, через усилитель 6 и сумматор 7. Входы цепей обратной связи подключены к формирователю сигнала виброскорости 8, а выходы этих цепей — ко входам сумматора 7. Цепь обратной связи по виброскорости состоит из последовательно соединенных сигнум-реле 9 и регулируемого усилителя 10; цепь обратной связи по виброускорению — из дифференциатора 11 и регулируемого усилителя 12 и цепь обратной связи по виброперемещению — иэ интегратора 13, блока нелинейности 14 и регулируемого усилителя 15. Элемент сканирования частоты генератора 5 имеет механическую связь с регистрирующим блоком 16, вход. которого подключен к выходу формирователя 8. Предусмотрена работа устройства без сигнум-реле 9 и блока нелинейности 14, для чего служат соответственно ключи 17 и 18.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал возбуждения с генератора 5 через сумматор 7 и усилитель 6 (мощности) поступает нз блок 4, поц действием которого масса 1, связанная с ним механически, соверцгает вынужденные колебания. Для съема hapaметров колебательного движения массы 1 служит формирователь сигнала виброскорости 8. Сигнал с выхода формирователя 8 поступает нз входы целей обратной связи.

При разомкнутых цепях обратной связи по виброскорости и виброперемещению и замкнутом ключе 17 сигнал виброскорости, минуя сигнум-реле 9, через регулируемый усилитель 10 подается в противофазе (или фазе) на сумматор 7. В предположении линейности системы управления можно применять принцип суперпозиции и считать, что на механическую систему действуют две силы:возбуждающая сила Г= )- уг) а 1 и сила, пропорциональная сигналу обратной связи, Foñ д „1 2 icа Х -4 с Х (1) где к — коэффициент передачи датчика; к и к — коэффициенты усиления усилитеЧ1 Ч2 ля мощности 6 и регулируемого усилителя 10 в цепи обратной связи; кв — коэффициент передачи блока 4.

Такая система может быть описана уравнением

rnx 9x Kx =F sin о;1 — с, (2) где m — масса механической системы; — демпфировзние системы;

К вЂ” жесткость системы.

Знак перед Рос зависит от вида обратной связи (положительная или отрицательная) .

Подставляя (1) в (2) и преобразуя, получаем уравнение юХ+ (И + k ) x+ gx =F ) г) ю- . (3) ос о

Очевидно, при изменении коэффициента обратной связи, что достигается изменением коэффициента передачи усилителя 10, меняет45 ся приведенное дииамическое демпфирование механической системы.

Аналогично совершается работа контуров обратной связи по виброускорению и виброперемещению, причем для получения из сиг-нала виброскорости сигнала виброускорения и виброперемещения используются соответственно дифференциатор 11 и интегратор 13.

При наличии всех трех целей обратной связи, опуская промежуточные выражения, после приведения получаем (гг)- с„„ )x-+ (1+1< „1х+(К+4>)x= F sjищ>t, (4) где кгпв, кн и к),. — коэффициенты связи

698014

6 16 соответственно по виброускорению, вибраскорости и виброперемешению.

Так, благодаря действию обратных связей достигается изменение приведенных динамических параметров механической системы.

При разомкнутом ключе 17 величина сигнала обратной связи по виброскорости будет зависеть только от знака этого сигнала, что соответствует случаю "сухого трения", появляется возможность моделировать этот вид трения, который часто встречается на прак,тике.

Блок нелинейности 14 включается в цепь обратной связи по виброперемещению при разомкнутом ключе 18 и служит для моделирования как "жесткой", — àê и * мягкой" нелинейности механической системы.

Введение новых элементов и связей в предлагаемое устройство обеспечивает учет нелине*ьгх характеристик жесткости.

Формула изо бретения

Устройство для моделирования колебательных систем, содержащее генератор частоты, формирователь сигнала виброскорости, усилитель, выход которого подключен ко входу блока задания начальных параметров, соединенного первым выходом с механической колебательной системой, и регистрирующий блок, отличающееся тем,что, с целью распп рения функционалыплх возможностей эа счет учета нелинейных характеристик жесткости, в него введены интегратор, блок нелинейности, дифференциатор, perys лируемые усилители, ключи, сигнум-реле и сумматор, один вход которого соединен с выходом генератора частоты, выход сумматора подключен ко входу усилителя, второй выход блока задания начальных параметров соеди1О нен со входом формирователя сигнала виброскорости, выход которого непосредственного подключен ко входам регистрирующего блока, дифференциатора и интегратора и через сигнум-реле и первый ключ — ко входу первого регулируемого усилителя, вход второго регулируемого усилителя соединен с выходом дифференциатора, выход интегратора через второй ключ и блок нелинейности подключен ко входу третьего регулируемого усилителя, выходы регулируемых усилителей соединены соответственно с другими входами сумматора.

Источники информации, 25 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 512461, кл, 6 05 0 19/02, 1976.

2. Микишев Г. Н, и др. Динамика тонко стенных конструкций с отсеками, содержащими жидкость. М., "Машиностроение", 1971, 30 с 198 — 200 (прототип)