Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1о7054 2 3

У !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 090977(21) 2522187/18-24 (51)М. Нл. G 05 В 23/02 с присоединением заявки Hо— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 62.50 (088 ° 8) Опубликовано 2512.79. Бюллетень. М 47

Дата опубликования описания 28, 12. 79 (72) Автор изобретения

В.-Р. B . .Атступенас (71) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. A. Снечкуса (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬН1Ж СИСТЕМ

Изобретение относится к области автоматического управления, в частности к испытательным приборам и может найти применение при виброиспытаниях и исследовании нелинейных колебательных систем.

Известно устройство для опрЕделения динамических характеристик колебательных систем, содержащее датчики перемещения, скорости и ускОрения, индикатор и переключатель (1), его недостаток состоит в том, что с его помощью получаются характеристики в виде последовательности точек

llo затухающим колебаниям. При слабом демпфировании диссипатинная характеристика проходит вблизи оси и ее нелинейную состанляющую точно опреде - лить практически не удается. Фактическая точность определения нелинейных составляющих характеристик может быть нысокой лишь при ярко выраженной нелинейности и при оптимальной диссипации системы.

Кроме того, при определении характеристик по высокочастотным колебаниям труднее обес1 ечить достаточное быстродействие схемы упранления интенсивностью электронного луча, в связи с чем приходится испольэовать запись временных характеристик в иэ« мененном временном масштабе, что также вносит некоторую погрешность и делает невозможным констатирование изменений характеристик в то время, когда они происходят.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для определения динамических характеристик колебательных си стем, содержащее датчики перемещения, скорости и ускорения, два нелинейных блока и источник напряжения, выходы которых связаны с соответствующими входами переключателя, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами первого сумматора, третий выход — с первым входом второго сумматора, четвертый выход — с первым входом индикатора и через переменный резистор — с первым входом третьего сумматора, ныход которого соединен с вторым входом ин дикатора, а второй вход — с выходом второго сумматора, второй вход которого Подключен к выходу первого сумматора, причем входи соответствующих нелинейных блоков соединены с

705423

3 вьиодами датчиков скорости и перемещения (2) .

его недостаток состоит в том, что с его помощью получаются только потенциальная и диссипатинная характеристики системы, а возмущающий про,цесс предполаг аетс я и зв ест ным. Это устройство с успехом используется для исследования нелинейных колебательных систем при помощи тестового воздействия. Однако применение его весьма ограничено при исследовании сложных систем и систем с распределенными параметрами в натурных yc-( ловиях, так как при таких обстоятельствах сигнал датчика возмущающего

Усилия лишь весьма приближенно соот,ветствует эффективному возмущакщему процессу или. вообще не может быть определен непосредственно при помощи датЧика. Это сводит на нет меры по повышению точности определения потенциальной и диссипативной характеристик или даже делает их определение невозможным. Кроме того, задача определения возмущающих процессов или помех в электронных системах имеет и самостоятельное значение.

Целью изобретения является увели- чение точности и функциональных возмбжйостей устройства, Эта цель достигается тем, что оно содержит четвертый сумматор, один из, входов которого связан с выходом источника напряжения, остальные три входа соответственно — с пятым, шестым и седьмым выходами переключателя, а выход — с первым входом индикатора, и, кроме того, источник напряжения выполнен в виде генератора полигармонического сигнала.

На чертеже изображена блок-схема

УСтройства.

Устройство содержит датчик 1 ускорения, датчик Q скорости, датчик 3 перемещения, генератор 4 полигармонического сигнала," аелинейные блоки 5 и б, г(ереключатель 7 (трехпоэиционный), сумматоры 8-11, переменный резистор 12 (потенциометр с шкалой) и индикатор 13 (например катодный осциллограф).

УСтройство работает следующим образом.

Устройство работает по принципу пОследовательного приближения. Сначала в первом приближении определяется возмущающий процесс, для чего на нелинейном блоке б устанавливается линейная потенциальная характерйстика с коэффициентом направления, равным квадрату резонансной частоты систеьн, а на нелинейном блоке 5 — линейная диссипатинная характеристика с коэффициентом направления в несколько раэ меньшим. При крайнем правом положении трехпозиционного переключателя 7 и при нулевом сигнале генератора 4 полигармонического процесса на выходе сумматора 11 получается сигнал, приближенно равный сумме отнесенн ных к единице массы потенциальной, демпфирующей и инерционной сил, ко5,торый, при условии адекватности слагаемых, соответствует ноэмущакшему процессу с противоположным знаком.

Выходной сигнал сумматора 11 поступает на вход индикатора 13, обеспечинающего при крайнем правом положении переключателя 7 развертку сигнала по времени. Путем настройки генератора

4 полигармонического сигнала достигаются такие параметры его выходного процесса, при которых сигнал на экране индикатора 13 по воэможности меньше отличается от нуля.

Затем устройство переводится в режим определения потенциальной ха20 рактеристики, для чего трехпоэиционный переключатель 7 ставится в среднее положение, обеспечивая тем самым поступление на входы сумматора

8 сигналов, пропорциональных возмущающей и линеаризованной демпфирую25 щей силам. Выходной сигнал сумматора 8 поступает на первый вход сумматора 9, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональный инерционной силе. На выходе суммато30 ра 9 получается сигнал, пропорциональный восстанавливающей силе с некоторой погрешностью. Этот сигнал подается на перный вход сумматора

10, на второй вход которого через

35 переменный резистор 12 со шкалой,. поступает сигнал, пропорциональный перемещению, который поступает так- ° же на развертку по горизонтали индикатора 13, на другую развертку кото40 рОгО пОдается ВыхОднОЙ сигнал с М матора 10. Рукоятка переменного резистора 12 устанавливается н такое положение, чтобы петлеобразная кривая на экране индикатора 13 сжалась

45 и изображающая точка проходила через начало координат при днижении в обоих направлениях. При этом масштаб развертки по нертйкали изменяется до такой величины, чтобы кривая располагалась на значительной части экрана по высоте и отчетливо выявилась ее Форма. Эта кривая пропорциональна нелинейной составляющей потенциальной характеристики, а положение рукоятки переменного резистора 12 пропор55 ционально коэффициенту направления ее линейной части. Процесс повторяется после определения диссипативной . характеристики и нахождения нозмущающего процесса но втором приближении.:

Для определения диссипатинной характеристики трехпозиционный переключатель 7 ставится в крайнее правое положение, на блоке 6 набирается . уже определенная потенциальная характеристика и на экране индикатора 13

705423 отображается нелинейная составляющая диссипативной характеристики, а положение рукоятки переменного резистора 12, при котором кривая на экране проходит через начало координат (или совсем исчезает), соответствует коэффициенту направления ее линейной части. Так происходит потому, что при крайнем правом положении трехпозиционного переключателя 7 на входы сумматора 8 поступают сигналы, пропорциональные инерционной и восстанав ливающей силам, à íà его выходе образуется сигнал, пропорциональный сумме этих сил и в то же время сумме диссипативной и возмущаюп,ей сил. Для выделения дяссипативной силы выходной сигнал сумматора 8 подается на пер- вый вход сумматора 9, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный возмущающему процессу. Выходной сигнал сумматора 9, после yM- 20 мирования его в сумматоре 10 с пода- ваемым через переменный резистор 12, сигналом, пропорциональным скорости колебательного движения, становится— пропорциональным нелинейной составля- 25 ющей демпфирующей силы и подается на вертикальную развертку индикатора 13, на горизонтальную развертку которого поступает сигнал, пропорциональный скорости. 30

Полученные значения потенциальной и диссипативной характеристик в значительной мере больше соответствуют истинньм характеристикам, чем первоначально принятые. Это дает возможность уточнить возмущающий процесс и характеристики системы. Цикл повторяется до тех пор, пока возмущающий процесс и характеристики будут практически совпадать с полученными эо вре- 4О мя предыдущего цикла.

Использование этого устройства да-. ет возможность получать возмущающий процесс и характеристики восстанавливающей и демпфирующей сил с теоретически неограниченной то)чностью..

Практическая точность в основном за- висит от технических качеств генератора полигармонического процесса, от возможности воссоздать при его помощи сигнал, пропорциональный реальному 50

"возмущающему процессу.

Устройство может быть использовано при исследовании колебательных систем при помощи тестового воздействия. В таком случае на трехпозиционный пере- 55 ключатель подается сигнал, пропорциональный тестовому воздействию, а генератор 4 и сумматор 11 отключаются.

Устройство мажет быть использовано и для определения характеристик системы по затуханзцим колебаниям. Оно осо- бенно эффективно при модельной идентификации нелинейных колебательных систем и процессов возмущения по нормальньм формам колебания, когда эффективные возмущакщие процессы не могут быть получены непосредственно, Таким образом, изобретение дает как технический, так и экономический эффект.

Формула изобретения

1. Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем, содержащее датчики перемещения, скорости и ускорений,, два нелинейчых блока и источник напряжения, выходы которых связаны с соотэетстэукщими входами переключателя, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами первого сумматора, третий выход — с первым входом второго сумматора, четвертый эыход — с первым входом индикатора и через переменный резистор - с первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с вторьм входом индикатора, а второй эходс выходом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого сумматора, причем входы соответствующих нелинейных блоков соединены с выходами датчиков скорости и перемещения, о т л и ч а ю щ e e— с я тем, что, с целью увеличения точности и функциональных возможнос тей устройства, оно содержит четэертый сумматор, один из эходоэ которого связан с выходом источника напряжения, остальные три входа соответственно — с пятым, шестым и седьмым выходами переключателя, а выход — c первым входом индикатора.

2. Устройство пэ п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что источник напряжения выполнен э виде генератора полигармонического сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке У 23223577/18-24, кл. 6 05 В 23/02, 16.02.1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2423527/18-24, кл. G 05 В 23/02, 26.11.1976. (прототип) °

705423

Заказ 802 9, 5 О.

Тираж 1015 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ч нлиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.Составитель В. Комаров

Редактор Б. Герцен Техред О.Андрейко КорректорМ, Пожо