Устройство для полунатурного моделирования нелинейных колебательных систем

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик в

//=— Ф,, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-еу (22) Заявлено 170980 (> ) 2985068/18-24 (51) М.КЛ. с присоединением заявки № (23) Приоритет

G 06 G 7/48

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (531 УДК б81. ЗЗз (088.8) Опубликовано 300782, Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 300782 (72) Авторы изобретения

К.-P.В.Пятраускас, К.М.Рагульскис и И.Ю.Сквчас1 "- :-. ... !

1 к

Каунасский политехнический институт им.Ан наса „Снечкуса (73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

НЕЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Изобретение относится к аналогоцифровой вычислительной технике и может быть применено для анализа и синтеза связей сложных динамических систем, содержащих реальные объекты.

Известны электродинамические вибраторы, содержащие магнитопровод с обмоткой подмагничивания, задающий . генератор, сумматор, усилитель тока, блоки дифференцирования, цепь обратной связи, и осуществляющие заданное перемещение, используя обратную передаточную функцию (.1) и (2).

Однако они не обладают достаточной точностью воспроизведения заданного сиГнала, а контуры полунатурного моделирования, построенные с такими вибраторами, становятся неустойчивыьж, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для полунатурного моделирования нелинейных колебательных систем, содержащее датчики параметров, усилители, блок заданияпараметров системы, блок формирования обратной передаточной функции, возбудитель. колебаний, датчик силы.

В устройстве для обеспечения заданного закона движения выходной платфорьщ возбудителя по сигналу с выхода блока моделирования применяется обратная передаточная функция возбудителя колебаний и обратная связь по силе 12).

Однако известное устройство не обладает достаточной точностью при моделировании йелинейных механических колебательных систем.

Цель изобретения - повышение точ.— ности моделирования нелинейных колебательных систем.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для полунатурного моделирования нелинейных колебательных систем, чодержащее физическую модель исследуЕмой системы, на которой закреплены датчики параметров движения, выходы которых через соответствующие усилители соединены с. соответствующими входами блока задания параме"ров динамической модели исследуемой системы, блок формирования обратной йередаточной функции колебательного звена, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого через усилитель мощности соединен с входом возбудителя колебаний, между выходнбй платформой которого и физической

947877 моделью исследуемой системы закреп-, лен датчик силы, выход которого через масштабирующий усилитель соединен с вторым входом первого сумматора, дополнительно введены датчик положения выходной платформы возбу- дителя колебаний, инвертирующий усилитель, второй и третий сумматоры и блок задержки сигнала, причем выход датчика положения выходной платформы возбудителя колебаний через инвертируюший усилитель соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом блока формирования обратной передаточной функции колебательного звена, а выход блока задания парамет >ов динамической модели исследуемой системы соединен с вторым входом третьего сумматора, связанным с входом блока задержки сигнала, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит физическую модель 1 исследуемой системы, датчики 2 параметров движения, соединенные через усилители 3 с блоком 4 задания параметров динамической модели исследуемой системы, первый сумматор 5, блок б задержки сигнала, датчик 7 положения выходной платформы, инвертирующий усилитель 8, второй сумматор 9, блок 10 формирования обратной передаточной функции колебательного звена, датчик 11 силы, масштабируюший усилитель 12, третий сумматор 13, усилитель 14 мощности, возбудитель 15 колебаний.

Устройство работает следующим образом.

Модель 1, представляющая собой часть системы с неизвестной структурой, совершает колебания, задаваемые выходной платформой возбудителя 15. Датчики 2 фиксируют параметры движения реальной части системы 1 в разных местах. Они усиливаются усилителями 3, с выходов которого сигналы, пропорциональные параметрам движения, поступают в блок 4, моделирующий известную часть системы. Блок 4 позволяет легко изменять параметры моделируемой части системы и определять при этом нужный закон движения выходной платформы возбудителя 15 колебаний. Моделируемая часть системы взаимодействует с реальной частью динамической системы, т.е. с моделью 1 через сумматор 13, блок

10 формирования обратной передаточной функции колебательного звена, сумматор 5, усилитель 14 мощности, возбудитель 15 колебаний. Обратная связь по положению выходной платформы возбудителя колебаний осушеств. ляется через датчик 7, инвертирующий уаилитель 8, сумматор 9, на второй вход которого для сравнения подается задержанный сигнал с выхода блока 4, сигнал ошибки суммируется с сигналом

5 с выхода блока 4 сумматором 13.

В блоке 10 формируется обратная передаточная функция возбудителя 15 колебаний, не учитываюшая запаздывания

10 2

Ч!p) — а р+а р+а, (1) где а - коэффициент инерции возбудителя 15 колебаний „ а — коэффициент диссипативности

1 упругой подвески; ао — коэффициент жесткости упругой подвески; р — оператор преобразования лапласа

Передаточная функция возбудителя

15 колебаний

-гр где à — время задержки усилителя мошности и возбудителя колебаний (численно равное времени эа держки блока 6.>.

Фактическое значение у положения стола возбудителя 15 колебаний

30 ц =„г; гр у=(1+е ) =x(1+е ) =хе (1+е ) у = xe - (3) т.е. фактическое значение у положения стола возбудителя колебаний рав35 но задержанному требуемому положению х.

Но в практических случаях реаль,ная часть модели 1 является динами ческой системой со многими степенями свободы и поэтому учет влияния инерционных упругих, активных и демпфирующих сил модели 1 на возбудитель колебаний коэффициентами а, а, ао и обратной связи по положению осушествляют приблизительно.

45 С этой целью устройство содержит

- датчик 11 силы, который измеряет величину силы реакции модели 1 на выходную платформу возбудителя 15 колебаний. С выхода датчика 11 через

50 усилитель 12 на вход сумматора 5 поступает сигнал, пропорциональный силе реакций реальной части модели 1 на выходную платформу возбудителя 15 колебаний. На другой вход суммато55 ра 5 поступает сигнал, пропорциональный силе (при у = хе Р)

F = x(a р + а р + а ) (4) где х — выходной сигнал блока 4, пропорциональный требуемому б0 положению реальной части модели 1.

На выходе сумматора 5 формируется напряжение, пропорциональное сумме сил R+F, которое через усилитель 14 б5 мощности передается на возбудитель

947877.15 5колебаний таким образом, что на подвижную его часть действует сила

F ° со стороны входа упоавления

F„=t R+x(a р + а р + а, ) ° е Pð (5) а со стороны модели 1 ч жесткой 5 подвески выходной платформы возбудителя 15 колебаний действует сила

R+y(a р + а p + а ).. (6)

Так как F4 является возбуждающей силой возбудителя, а Га сопротивляющейся движению, то выходная платформа возбудителя 15 колебаний при приложении всякой силы F> находится в положении, в котором F Г,т.е. 15

Re + хе (asap+ а p+ ар) = Rty (а <р% а,у p + ао)

Так как Ке К, то фактическое значение у положения выходной платформы возбудителя 15 колебаний практически равно задержанному требуемому положению х.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет с более высокой точностью проводить синтез частей колебательной системы, что улучшает качество спроектированных с помощью предлагаемого устройства механизмов.

Формула изобретения устройство для полунатурного мо- З5 делирования нелинейных колебательных систем, содержащее физическую модель исследуемой системы, на которой закреплены датчики параметров движения, выходы которых через соответствую- 4О щие усилители соединены с соответствующими входами б тока задания параметров динамической модели исследуемой системы, блок формирования обратной передаточной функции колебательного звена, выход котооого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого через усилитель мощнос( ти соединен с входом возбудителя колебаний, между выходной платформой которого и физической моделью исследуемой системы закреплен датчик силы, выход которого через масштабирующий усилитель соединен с вторым входом первого сумматора, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него дополнительно введены датчик положения выходной платформы возбудителя колебаний, инвертирующий усилитель, второй и третий сумматоры и блок задержки сигнала, причем выход датчика положения выходной платформы возбу- дителя колебаний через инвертирукщий усилитель соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом блока формирования обратной передаточной функции колебательного звена, а выход блока задания параметров динамической модели исследуемой системы соединен с вторым входом третьего сумматора, связанным .с входом блока задержки сигнала, вы4 ход которого соединен с вторым входом второго сумматора.

Лсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1; Авторское свидетельство СССР

Р 607240, кл. G 06 G 7/48, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 734734, кл. G 06 G 7/48, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

Р бб1567, кл. G 06 G 7/48, 1976 (прототип).

947877

Составитель M. Лебедев

Редактор Н. Ковалева Техред Т. Фанта Корректор М. Шароши

Эаказ 5654/74 . Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но Делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óærîðoä, ул.Проектная, 4