Устройство для моделирования сухого трения в безынерционных звеньях

(51) М, Кл. б 06 д 76 присоединением заявки1820271 Д 8-24от 31.09.72,ооударстненный комнтетСонете Мнннотроо СССРоо делам нзобретоннйи открытой(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СУХО ТРЕНИЯ В БЕЗЫНЕРЦИОННЫХ ЗВЕНЬЯХПриняты следующие усУ - входное напряженное напряжение; О, - оО и У, - напряжение насравнения (потУл и 0, - напряжение наго реле (тригразности междкоя и движенияО - величина зоныэквивалентнаяпокоя;а - коэффициент дра; ловные об ие; Опорное на выходе енциометр выходе э ера), экв силамиозначения:- выходпряжение;элементовов);лектронноивалентное трения поельности о трения нечувствсиле сухо нциометения по Изобретение предназначено для моделиро. вания сил сухого трения покоя и движения в безынерционных звеньях систем автоматического управления на электронных моделирующих установках.5Известное устройство для моделирования сухого трения основано на допущении, что сила трения движения в звене равна силе трения покоя, хотя во многих случаях эта разница значительна и возникает необходимость иссле довать ее влияние.Данное изобретения устраняет этот недостаток и позволяет моделировать изменения силы трения в безынерционном звене от состояния покоя к состоянию движения, что повышает 15 точность моделирования.С целью расширения функциональных возможностей устройства оно содержит запоминающий операционный усилитель, вход которого соединен с первыми разноименными электродами диодов нелинейных элементов сравнения, причем на входы суммирующего усилителя подключены выходы электронных реле, входы которых соединены соответственно с выходом запоминающего операционного 25 усилителя и вторыми разноименными электродами диодов нелинейных элементов сравнения.На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для моделирования сухого трения в безынерционных элементах; на ЗО фиг. 2 - функциональные диаграммы напряжений (выходного и в характерных точках схемы) при воздействии колебательного входного сигнала постоянной амплитуды,Устройство содержит суммирующий операционный усилитель 1, потенциометры 2, 3 и полупроводниковые диоды 4 и 5, которые в совокупности с потенциометрами 2, 3 представляют нелинейные элементы сравнения, электронные реле 6 и 7 (в данной схеме операционные усилители в релейном режиме), запоминающий операционный усилитель 8. Суммирующий усилительи электронные реле 6 и 7 соединены таким образом, что попарно образуют потенциальные триггеры 1 - 6 и 1 - 7,движения;Й - коэффициент усиления устройства по напряжению.Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии при нулевом входном напряжении У,напряжения У, и У 1, снимаемые с потенциометров 2 и 3 удерживают электронные реле 6 и 7 в положении, при котором напряжения У и Уз на их выходах равны нулю.Установленные на потенциометрах коэффициенты деления соответствуют напряжению Уопределяющему максимальную величину зоны нечувствительности, эквивалентную силе трения покоя. Необходимый коэффициент деления определяется по формуле1а --опиРассмотрим работу схемы в правой полу- плоскости функциональной характеристики.Положительное приращение входного напряжения уменьшает положительный потенциал У на выходе потенциометра 2 и увеличивает отрицательный потенциал на потенциометре 3, что ведет к уменьшению напряжения запирания на диоде 4 н увеличению на диоде 5.До тех пор пока входное напряжениеУвх ( Ув выодное напряжение У,ы,=О (фнг. 2 а, линия ОА). При достижении входным сигналом У,)14 напряжение У потенциометра 2 меняет знак, Это напряжение начинает пропускаться полупроводниковым диодом 2 и проходит на выход операционного усилителя 8. Вследствие этого и равенства коэффи-. циентов усиления во входных цепях электронного реле 6 напряжение, подаваемое на реле 6 с потенциометра 2, стремится уменьшиться на такую же величину при алгебраическом суммировании с выходным напряжением операционного усилителя Увых Вследствии наличия нелинейности, присущей начальному участку полупроводникового диода 4, между электронным реле б и суммирующим усилителем 1, охваченных положительной обратной связью и образующих потенциальный триггер, развивается лавинообразный процесс, приводящий к образованию скачка напряжения У 2 на выходе электронного реле 6 (фиг, 2 б, линия АВ), элемента сравнения (фиг. 2 в, лйния АВ) и запоминающего усилителя 8 (фиг. 2 а, линия АВ), что воспринимается как переход на меньшую зону нечувствительности Уэквивалентную силе трения движения. Электронное реле (триггер) переходит при этом в новое устойчивое состояние, для стабилизации которого необходимо незначительное преобладание напряжения, подаваемого на электронное реле 6 с потенциометра 2, ньд напряжением, инвентнрованным опера 10 15 20 25 30 35 40 45 ционным запоминающим усилителем 8, так чтобы знак разности между ними не менялся до изменения знака приращения входного напряжения. Практически это обеспечивается нелинейными и емкостными свойствами полупроводникового диода 4 (например, типа Д 209), в противном случае (при неблагоприятном сочетании допусков малоточных линейных элементов, определяющих коэффициенты усиления входных цепей электронных реле 6) следует подрегулировать входное сопротивление электронного реле 6, Дальнейшее увеличение входного напряжения +У приводит к увеличению выходного +Уп, в соответствии с коэффициентом усиления, определяемым суммирующим усилителем и элементом сравнения (фиг,. 2 а, б, в, участки ВС). При работе суммирующего усилигеля в режиме инвертора коэффициент . усилейвя устройства равен й= 1 - а, Во многих" случаях удобнее иметь 1=1 (например, удобство включения и выключения устройства "из схемы исследуемой модели), для чего из схемы устройства надо исключить потенциометры, а суммирование и сравнение У, и +Увыполнить на одном усилителе, а - У, - на другом, Последнее .введение требует дополнительного усилителя,При изменении знака приращения входного напряжения У,напряжение У 1 на выходе потенциометра 2 будет уменьшаться, что приведет к закрытию диода 4 и запоминанию выходного напряжения У,операционным запоминающим усилителем 8 (см. фиг. 2 а, точкаС), при этом знак разности напряжений, подаваемых на электронное реле 6, изменится, что скачкообразно возвратит его в исходное состояние (фиг. 2 б, линия СС) и восстановит максимальную зону нечувствительности У соответствующую силе трения покоя, Дальнейшее изменение входного напряжения в любом направлении связано с необходимостью прео-. доления зоны трения покоя, что вызывает процессы, аналогичные описанным, На фиг. 2 б и 2 в показано изменение напряжений Уз и У только для правой полуплоскости при колебательном изменении входного сигнала, так как для левой полуплоскости характер изменения напряжений будет аналогичным, что приведет к получению функциональной характеристики, изображенной на фиг. 2,а, Начальное изменение входного сигнала от нуля в левой полу- плоскости (см. фиг. 2,а, линия ОА) приведет к выходу на ту же характеристику,При изменении амплитуды формы колебаний или постоянной составляющей входного сигнала У,изменяется максимум и минимум выходного напряжения У, но форма функциональной характеристики остается неизмен. ной.Следует отметить, что переход устройства с одной эоны нечувствительности на другую в точках С, С, Д и Д (фиг. 2), связан с прео. долением дополнительной зоны нечуостви 424 ИВ5тельности, вызванной разницей коэффициентов усиления во входных цепях электронных реле, что приводит к погрешности исследования, но практически не изменяет вид характеристики, показанный иа фиг. 2,а, 5 Для удобства расчета параметров элементов сравнения и электронного реле (величины а и 02) последнее выполнено однополярным. При невозможности или нежелательности реализации такой характеристики необхо димо поставить диоды между выходами элек. тронных реле 6 и 7 и входными сопроти лениями суммирующего усилителя с таким асчетом, чтобы исключить подачу напряж ия.02 на суммирующий. усилитель 1 до пре до ления зоны нечувствительности -ЕО,.Расчет скачка напряжения 0 в режиме инвертора производится по формуле 02= Ув -- Уд выражающей изменение силы трения 20 от состояния покоя к состоянию движения. При Од, -- У, 02 = О; при Удд -- О, Ои = У,Приведенная принципиальная схема дана в простейшей модификации, позволяющей легко реализовать ее на моделирующей установке.Предмет изобретенияУстройство для моделирования сухого трения в безынерционных звеньях, содержащее два электронных реле и суммирующий операционныйусилитель, к выходу которого подключены нелинейные элементы сравнения, отличающеесятем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оно содержит запоминающий операционный усилитель, вход которого соединен с первыми разноименными электродами диодов нелийейных элементов сравнения, причем входы суммирующего усилителя подключены к вы. ходам электронных реле,.входы которыХ соединены соответственно с выходом запоминающего операц 4 ойного усилителя и вторыми разноименными электродами диодов нелинейных элементов сравнения,424185 Заказ ЯЯ ф Из ираж фЦ дни ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Мпо делам изобретений и открытий Москва, 113035, Раушская наб., 4 ров СС едприятие Патент, Москва, Г 59, Бережковская наб Составитель Е. Тимохина едактор Л, Цветкова Техред Т. Кунилко Корректор М, Лейзерман