Устройство для моделирования виброзащитных систем

ОПИСАНИИ оИ ЗО ВРЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДВТВПЬСТВУбт) Дополнительк(22) Заявлено 27.06,75 (21) 2149604/18-2 Щ М. Кл, 606 67/4 рисоединениеь Гасударственный ивмитет Совета Миииетрав СССР пв делам юееретеиий и втнрытий(53) У 1,33588.8) Дата опубликования описания 28.04.7(71) Заявител Каунасский политехнический иттституг им. Антанаса Снечк(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВИБРОЗАЩИТНЬИСИСТЕМ 2.аторы случайных колебанийсов, измерительньпт усилитель чайных импуегистратор снятия амплитудн , века-оператора в мер, "сидя", "сто ристикам можно параметрах вибро о 3"ттзобретение относится к. аналоговой вычисли тельной технике и может быть использовано в области виброзащиты человека-оператора, а также для оценки влияния вибраций на его организм,Известно устройство для исследования динами. ки взаимодействия руки человека с инструментом, содержащее инструмент с укрепленными на его ру. коятке датчиками силы, ускорения, перемещения, выходы которых через усилители подключены к регистрирующему прибору 11, Недостатком этого устройства является то, что для динамических ис. следований используются реальный инструмент, ко торый не позволяет варьировать параметрами вибраций, т.е. амплитудой; частотоп, а определение опти. мальных виброзащитных средств осуществляется методом механического подбора элементов вибро защиты.Иовестно также устройство для определения динамических характеристик человека-оператора, содержащее генератор синусоидальньтх колебаний, выход которого через усилитель мощности лодклю. чен к входу возбудителя колебаний, пьезодатчики, установленные на динамических звеньях человека. опеуатора, рулевое колесо, систему оценки качеств слежения, систему оценки времени реакции, гене б ройство в основном предназначено дляо-частотных характеристик чело.различньк рабочих фазах, как нап я" и т.д.По полученным характесудить о структуре и некоторых защитной системы, однако недоустройства является то, что оно не поэ определить оптимальные параметры вибро. ой системы во время эксперимента,Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для моделирования виброзащитных систем,. которое со. держит возбудитель колебаний с рукояткой, на ко. торой расположены датчики силы н перемещения, блок оптимизации, группа входов которого подключена к датчикам ускорений и к датчику силы, и блок сравнения, первый вход которого соединен с датчиком перемещения, а выход через усилитель подключен к входу возбудителя колебаний т 31,Недостатком этого устройтства является то, чт оно также не позволяет в процессе динамическихисследований непосредственно определить оптималь.ные параметры виброзащитных средств.Целью изобретения является повышение точности и быстродействия устройства,Это достигается тем, ято предлагаемое уст.ройство содержит блоки моделирования инстру.мента и виброзащиты, фазовращатель и блок сравнения фаз, первый вход которого подсоединен квыходу датчика перемещения, а выход - к перво.му входу фазовращателя, подключенного выходом 1 Ок дополнительному входу усилителя, первые входыи выходы блоков моделирования инструмента ивиброзащиты соединены с соответствующими вы.ходами и входами блока оптимизации, второйвыход блока моделирования виброзащиты подключен ко вторым входам блока сравнения, фа.зовращателя и блока сравнения фаз, а его второйи третий входы подсоединены соответственно к дат.чику силы и ко второму выходу блока моделира.вания инструмента, 20На чертеже представлена блок-схема описываьмого устройства для моделирования внброэащит.ных систем.Устройство для моделирования виброзащитныхсистем содержит возбудитель колебаний 1 с рукояткой 2, датчики ускорений 3, расположенные надинамических звеньях руки, датчики силы 4 и пе.ремещеиия 5, расположеннью на рукоятке 2, блокоптимизации 6, блок 7 моделирования виброэащиты, блок моделирования инструмента 8, блок срав. зонения 9, усилитель 10, фаэовращатель 11 и блок12 сравнения фаз.Устройство работает следующим образом,В блоке 8 модулируются дифференциальныеуравнения, описывающие динамику рабочих частей з 5исследуемого инструмента. Результатом решениязгих уравнений является функция перемещениякорпуса инструмента от времени. Сигнал, пропор.циональный этой функции, поступает на вход блока 7, в котором моделируются дифференциальные 4 оуравнения, описывающие виброэащитное устройство.На вход блока 7 поступает сигнал, пропорциональньй силе взаимодействия руки с рукояткой, иэдатчика силы 4, Таким образом, на виброзащитюе устройство, моделируемое в блоке 7, действует со стороны корпуса инструмента кинематичеокое и силовое возбуждения, которые в виде злект.рических сигналов поступают на соответствующийвход, Результатом совместного решения уравнений,моделируемых в блоке 8 и в блоке 7, является 50функция перемещения рукоятки исследуемого инструмента от времени, сигнал, пропорциональныйкоторой, поступает на выход блока 7.Этот сигнал через фазовращатель 11 и уснли.55тель 10 поступает на вход возбудителя колебаний1, который трансформирует электрический сигналв механическое движение и прикрепленная к немурукоятка 2 имитирует перемещение рукоятки иссле;дуемого инструмента. Сила взаимодействия рукичеловека-оператора с укрепленной на столе возбу. дателя колебаний 1 рукояткой 2 регистрируется дат.чиком щлы 4, Ввиду того, что для имитации перемещения рукоятки исследуемого инструмента требует.ся высокая точность трансформации злектрическо.го сигнала, а присоединенная масса руки человека.оператора к рукоятке 2 является переменнойвеличиной, для управления возбудителем колеба.ний введена обратная связь. Она осуществленас помощью блока сравнения 9 и блока сравненияфаз 12, фазовращателя 11 и усилителя 10. Навходы блока сравнения фаз 12 поступает сигнал,пропорциональный перемещению рукоятки 2 с датчика 5, и задающий сигнал с выхода блока 7, Отклонение, появившееся при сравнении начальныхфаз этих сигналов, управляет фазовращателем 11,управляющий вход которого соединен с выходомблока 12. Для поддержания амплитуды перемеще.ния рукоятки 2, соответствующей сигналу с выхода блока 7, служит блок сравнения 9,входы которого соединены с выходом датчика перемещении5 и с выходом блока 7, а выход с управляющимвходом усилителя 10,Блок оптимизации 6 предназначен для автома.тической настройки параметров жесткости и дис.сипативности по заранее заданному критерию качества работы виброэащиты. Критерием качестваработы виброзащиты могут быль наименьшие аььплитуды перемещения рукоятки и последующихзвеньев руки при ограниченных виброскоростяхили наименьшие амплитуды внброускорений нриналичии ограничений на перемещение рукояткиотносительно корпуса инструмента.Таким образом, на входы блока оптимизадии6 поступает информация о текущих значениях ко.ординат иэ датчиков 4, 4, 2, а также значение коорди.наты перемещения корпуса инструмента с выхода бло.ка 8 и некоторые динамические характеристики самойвиброзащиты с выхода блока 7.Пусть моделируемый инструмент описываетсясистемой дифференциальных уравнений;и координата У ф) является функцией перемещения корпуса инструмента, Если рукоятка была бы прикреплена к корпусу инструмента непосредственно, то и ее движение, соответствовало бы коор динате У ). Однако для снижения уровня виб рации на рукоятке используется виброзащитное устройство, состоящее из упругих и диссипативных элементов. Система уравнений (1) моделируется в блоке 8 и сигнал, пропорциональный координате(1) с выходов поступает на вход блока 74 имоделирования виброзащиты и в блок оптимизации 6.В простейшем случае виброэащитное устройст. во состоит из упругого элемента жесткости С и демпфера с коэффициентом сопротивления Ь, иРУУ 7 Р 7 дифференциальное уравнение, решаемое в блокемоделирования виброзащиты 7, имеет вид:К, 1 х,.у;,с,и,Р 1) Югде Х . - выходная координата виброэащитного устройства, т,е, координата перемещения рукоятки 2,Р - сила взаимодействия руки человекаоператора с рукояткой 2, поступающая из датчи.ка силы 4,10Нестационарность силы Р и обуславливает необходимость определения оптимальных параметровС и Р, В основе алгоритма определения оптималь.ных параметров может быть, использован методнаискорейшего спуска При этом на максимальные значения координат динамических звеиях ру.ки могут быль наложены ограничения в виде не.равенств., После вычисления частных производныхкритериальной функции по оптимизируемым параметрам и решения уравнений наискорейшего спус.ка с последующим интегрированием на выходеблока 6 образуются снптальт, пропорциональныепараметрам С и Ь, которые поступают на входблока 7 и с помощью аналоговых блоков перемножения (на чертеже не показаны) изменяют ве. 2 чалину соответствующих коэффициентов дифферен.цяального уравнения (2), моделирующего вибро.защитное устройство.В устройстве предусмотрена связь блока оппььизации 6 с блоком 3, которая предназначена для зоопределения некоторых динамических юрактериотик инструмента, наиболее сильно влияющих на качест.во работы виброзащитного устройства. Формула изобретения Устройство для моделирования внброзащитных систем, содержащее возбудитель колебаний с рукояткой, на которой расположены датчики силы и пе 40 ремещения, блок оптимизации, группа входов кото.рого подключена к датчикам ускорений и к датжку силы, и блок сравнения, первый вход которогосоединен с датчиком перемещения, а выход черезусилитель подключен к входу возбудителя колеба.ний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности и быстродействия устройства,оно содержит блоки моделирования инструментаи виброзащиты, фазовращатель и блок сравненияфаз, первый вход которого подсоединен к выходу датчика перемещения,-а выход - к первомувходу фазовращателя, подключенного выходом кдополнительному входу усилителя, первые входыи выходы блоков моделирования инструмента иаиброзащиты соедщены с соответствующими выходами и входами блока оптимизации, второй вы.ход блока моделирования виброзащиты подклю.Фн ко вторым входам блока сравнения, фаэовра.щателя и блока сравнения фаз, а его второй итретий входы подсоединены соответственно к дат.чику сипы и ко второму выходу блока моделировання инструментаИсточники информации, принятые во вниманиепри экспертизе:1, Григанов А, С., Фролов К. В. Проблемы оценки влияния вибраций машин н инструментов . наорганизм человека-оператора. Сб. Колебания и устой.чивость приборов машин и элементов систем управления", М., Изд.во "Наука", 1968,2, Фролов К, В. Моделирование динамическихсостояний человека-онератора, подверженного виб.рационному воздействию. Труды семинара "Кибернетика электрических систем" по проблеме "Модели.рование динамических систем", Вын, 2, Брянск,1974, с. 79, рис. 4,3. Бутковская 3. М, и др, Исследование влияния вибраций машин и инструмента на руки человека-оператора при варьировании начальных усилий. Сб. "Виброизоляция машин и виброзащиты человека оператора", М "Наука", 1973.