Устройство для моделирования колебательных систем

Союз СоветскихСоциалистическинРеспублик О П И СА Н И ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ698014(23) П риоритет -51)М. Кл. О 06 6 7/4 есудврставнны 9 нвинтвт СССР вв делам нзобрвтвнн н аткрытнй(53) УДК 681 333 (088 8) Бюллетень М 42описання 15.11,79 Авторызобретени мано мапо Ивановский энергетический институт им. В. И. Ленина Заавктел ЛЕБ АТЕЛЬНЫХ(54) УСТРОЙСТВ МОДЕЛИРОВАНИСИСТЕМ нии и возм ных характеристик Наиболее близким ескои сущности яв исследования влияния сокого демпфирования на тонкостенных конструкцисоздании вынужденных кмодели, содержащее послные генератор, усилительнических колебаний, соединиз концов подвешеннойконтур демпфирования,обратной связи, состояусилителя и возбудителрых устанавливается вки; цепи наблюдения ина основе фазометра иустройство для регистра представляюшии цепь шую из вибродатчика, я, последний из кото- некоторой точке балфиксации резонанса цкфропечатаю шее ции результатов 12 К недостаткамкой электромагнитнмость опеределеннтела и отсутствиежесткости и демп казани строиство не позволяет варьинную массу и жесткость мехамы, исследовать влияние "суна характер колебаний, а так. ровать пр ническои си хого" трения независимои регулировкирования механических Изобретение относится к области электро- механического 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 дикамической 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 механическоймы и обладает амплитудной избирателью 111. го относятся наличие сложой системы, необходий формы колеблющегося получения нелинейктов.предлагаемому по техется устройство для средоточенного вязхарактер колебаний й, основанное ка олебаний балочкой едовательно соединен- и возбудитель мехаенный с однимка струнах балки;б 98014 25 же моделировать объекты, обладающие нели.цейными характеристиками жесткости,Цель изобретения - расширение фуцкци.ональных воэможностей устройства эа счетучета нелицейцьгх характеристик жесткости.Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор частотгя, фор.мирователь сигнала виброскорости, усилительвыход которого соединен со входом блоказацания начальных параметров, подключенного первым выходом к механической,колебательной системе, и регистрирующий блок,введены интегратор, блок нелинейности, дифферецциатор, регулируемые усилители, ключи,сигцум-реле и сумматор, один вход которогосоединен с выходом генератора частоты, выходсумматора подключен ко входу усилителя,второй выход блока задания начальных пара.метров соединен со входом формирователясигнала виброскорости, выход которого непосредственно подключен ко входам регистрирующего блока, дифференциатора и интегратораи через сигнум-реле и первый ключ - ковходу первого регулируемого усилителя, входвторого регулируемого усилителя соединен свыходом дифференциатора, выход интегратора через второй ключ и блок нелинейностиподключен ко входу третьего регулируемогоусилителя, выходы регулируемых усилителейсоединены соответственно с другими входами сумматора.На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства,Устройство содержит механическую колеба.тельную систему, условно показанную в видемассы 1 на пружине 2 с демпфером 3, ко.горая колеблется под действием блока задания начальных параметров 4, питаемого отгенератора 5 частоты ы, через усилитель би сумматор 7, Входы цепей обратной связиподключены к формирователю сигнала вибро.скорости 8, а выходы этих цепей - ко вхо.дам сумматора 7. Цепь обратной связи повиброскорости состоит из последовательносоединенных сигнум.реле 9 и регулируемогоусилителя 10; цепь обратной связи по виб.роускорению - 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 иблока нелинейности 14, для чего служат соответственно ключи 17 и 18,Устройство работает следующим образом. Сигнал возбуждения с генератора 5 черезсумматор 7 и усилитель б (могцности) посту.пает ца блок 4, поц действием которого мас.са 1, связанная с ним механически, совергца.ет вынужденные колебания. Для съема параметров колебательного движения массы 1служит формирователь сигнала виброско.рости 8. Сигнал с выхода формирователя 8поступает на входы целей обратной связи, О При разомкнутых цепях обратной связипо виброскорости и виброперемещению изамкнутом ключе 17 сигнал виброскорости,минуя сигцум-реле 9, через регулируемыйусилитель 10 подается в противофазе (илифазе) на сумматор 7. В предположении ли.нейности системы управления можно приме.нять принцип суперпозиции и считать, что намеханическую систему действуют две силы;воэбуждающаясилаГ=Г 51 Паз 1и сила, пропорциональная сигналу обратной связи,к 1 1 1 х:1 х, (1) где к - коэффициент передачи датчика;к и к - коэффициенты усиления усилите.Ч 1 Ч 2ля мощности б и регулируемогоусилителя 10 в цепи обратнойсвязи;кв - коэффициент передачи блока 4.Такая система может быть описана уравне.нием где гп - масса механической системы;Ь - демпфирование системы;К - жесткость системы,Знак перед Рос зависит от вида обратнойсвязи (положительная или отрицательная),Подставляя (1) в (2) и преобразуя, получаем уравнениегт х + ( И + 1 1 х + К х = г51 и из Ьос оОчевидно, при изменении коэффициецтаобратной связи, что достигается изменениемкоэффициента передачи усилителя 10, меняет.15ся приведенное дииамическое демпфированиемеханической системы,Аналогично совершается работа контуровобратной связи по виброускорению и вибро.перемещению, причем для получения из сиг нала виброскорости сигнала виброускоренияи виброперемещения используются соответственно дифференциатор 11 и интегратор 13.При наличии всех трех целей обратной связи, спуская промежуточные выражения, послеприведения получаем698014 6 соответственно по виброускорению, вибраско. оости и виброперемешению.Так, благодаря действию обратных связей достигается изменение приведенных динамических параметров механической системы,При разомкнутом ключе 17 величина сигнала обратной связи по внброскорости 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", так и мягкой" нелинейности механической системы.Введение новых элементов и связей в предлагаемое устройство обеспечивает учет нелинедчьтх характеристик жесткости. Формул а из о брет ения Устройство для моделирования колебатель. ных 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 расцпрения функционалыгых воэможностей эа счет учета нелинейных характе.рнстик жесткости, в него введены интегратор, блок нелинейности, дифференциатор, регу лируемые усилители, ключи, сигнум-реле исумматор, один вход которого соединен с выходом генератора частоты, выход сумматораподключен ко входу усилителя, второй выходблока задания начальных параметров соеди нен со входом формирователя сигнала виброскорости, выход которого непосредственногоподключен ко входам регистрирующего блока,дифференциатора и интегратора и через сиг.нум-реле и первый ключ - ко входу первого регулируемого усилителя, вход второгорегулируемого усилителя соединен с выходомдифференциатора, выход интегратора черезвторой ключ и блок нелинейности подключенко входу третьего регулируемого усилителя,выходы регулируемых усилителей соединенысоответственно с друтими входами сумматора. Источники информации,25 принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Х 512461,кл, 6 05 О 19/02, 1976.2. Микишев Г, Н, и др, Динамика тонкостенных конструкций с отсеками, содержащими жидкость. М "Машиностроение", 1971,30с 198 - 200 (прототип)