Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем

Союз Советскими Соеемалмстимаскме Республик(51) М, Кл, 605 В 23/02 с присоединением заявкиГваудврствеиимй комитет СССР ае делам изобретений и еткрытий(088,8) Дата опубликования опнсаниа 27.01.79) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМзу ва ентаи ха- ебатель- затухать н уве м 121, , ско- двухпо оизведения по н заимеется схема восптукающего закона дв му закону и по функ В нем я неза ха т тного устройстваальная сложность,олучаемых реНедостатком извес является его функци снижающая точность тухают и.п 1Изобретение относится к системе автоматического управления, в частности к испытательным приборам, и может, найти применение при виброиспытаййях н исследовании нелинейных колебательных систем.Известно устройство для определении динамических характеристик колебатель иых систем 1). В нем нелинейные характеристики восстанавливающей и демпфирующей сил колебательных систем опре- та деляются по закону движения посредств вом воспроизведения законов распределения колебательного смещейия и скорости их центральных моментов с последующей обработкой их в функциональном тз преобразователе. льтатов, а также необходимость пред рительного определения другими средствами К: введения в устройство функций эквивалентного коэффициента жесткости и эквивалентного коэффипи демлфнрования, а при, определени рактеристик цо затухающему кол ному процессу - еще и функции ния, что также снижает точносличивает трудоемкость процесса определения характеристик.Наиболее близким к изобретению техническим реаением является устройство для определения динамических характеристик колебательных систе содержащее датчики перемещения рости и ускорееиея, индикатор изицнонный переключатель,Его недостаток состоит в том, что с его помощью получаются характеристики в виде последовательности точек .по затухающим колебаниям. При сильном демпфирования колебания быстро за о одному переходному профайфф 7643843 1 О 1 20 Б 35 40 45 50 55 цессу удается получить лишь несколько точек характеристики, Чтобы обеспечить возможность точного восстановления характеристики по точкам, приходится процесс повторять несколько раэс измененными начальными условиями,В случае же слабого демпфирования диссипативная характеристика проходитвблизи оси, и если ее линейную частьможно довольно точно оценить, то нелинейную составляющую точно определить практически не удается. Такимобразом, хотя точки точно располагаются нв характеристике (если не учитывать погрешностей функционированиясхемы), фактическая точность определения нелинейных составляющих характеристик может быть высокой не вовсех случаях, а лишь при ярко выраженной нелинейности и при оптимальнойдиссипации системы. Кроме того, приопределении характеристик по высокочастотным колебаниям труднее обеспечить достаточное быстродействие схемыуправления интенсивностью электронного луча, в связи с чем приходится использовать запись временных характеристик в измененном временном масшта-,бе, что также вйосит некоторую погрешность и делает невозможным констатирование изменений характеристик в товремя, когда они происходят, Л этоограничивает область применения устройствв,Белью настоящего изобретения является повышение точности устройства.Поставленная цель достигается тем,что устройство содержит три сумматора,потенциометр, два блока нелинейнойфункции и датчик возбуждающего усилия, выход которого и выходы датчиковускорения, скорости и перемещения соединены с четырьмя соответствующимивходами двухпозиционного переключателя, два других входа которого соединены с выходами датчиков скорости и перемещения соответственно через первыйи второй блоки нелинейной функции, первый и второй входы двухпоэиционногопереключателя соединены с соответствующими входами первого сумматора,третий выход - со входом второго сумматора, другой вход которого связан свыходом первого сумматора, четвертыйвыход двухпозиционного переключвтелясоединен с первым входом индикатора,второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, один вход которого связан с выходом второго сумматора, а другой - через потенцпометрс чепвертым вьходом двухпозиционногопереключателя,Нв чертеже изображена блок-схемаустройства . СЪв содержит датчик перемещения 1, датчик возбуждаощегоусилия 2, блоки нелинейной функции 3и 4 (одной переменной), двухпозиционный переключитель 5, имеющий входы6-11 и выходы 12-15, сумматоры 16,17 и 18, потенциометр (со шкалой)19,.индикатор (например, катодный осциллограф) 20, датчик ускорения 21 и двтчик скорости 22.Устройство работает по принципупоследовательного приближения, Сначала приближенно определяется потенциальная характеристика, для чего задается и устанавливается на блоке нелинейной функции 3 линейная диссипативная характеристика с коэффициентомнаправления Ь = в , где Е,о и ИЕсоответственно амплитуда гармонической возбуждающей силы, амплитуда ичастота резонансного колебания системы,описываемой нелинейным дифференциальным управлением вида п 1 х + Я ( х ) + Г (х ) = Е ы и ь 1 Двухпозииионный переключатель 5 ставится в правое положение, обеспечивая тем самым поступление нв входы сумматора 16 сигналов, пропорциональных возбуждающей и линеариэованной демпфирующей силам, Сигнал, пропорциональный сумме этих сил (равный нулю, если диссипативная характеристика действительно линейна), поступает на первый вход сумматора 1 7, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональИный инерционной сиде юХ . На выходе сумматора 17 получается сигнал, пропорциональный восстанавливающей силе (с некоторой погрешностью, если действительная диссипативная характеристика не является линейной). Этот сигнал подается нв первый вход сумматора 18, на второй вход которого через потенциометр со шкалой 19, поступает сигнал, пропорциональный смещению Х, который, минуя потенциометр 19, поступает также на развертку по горизонтали катодного осциллографа 20 на другую развертку которого подается выходной сигнал сумматора 1,8. РУкоятка потенциометрв 19 устанавливаетсяв такое положение, чтоб, петлеобраэнад кривая на экране катодного осциллографа 20 сжалась, и изображающая точка проходила через начало коорди-. нат при движении в обоих направлениях, При этом масштаб развертки по вертикали изменяется до такой величины, чтобы кривая располагалась на значительной части экрана по высоте и отчетливо выявилась ее форма. Эта кривая пропорциональна нелинейной составляющей характеристики Г(М, а положение рукоятки потенциометра пропорционально коэффициенту направления ее линейной части, Если желательно получить характеристику 1 (к) с большей точностью, то весь процесс повторяется после определения указанным ниже способом характеристики Й(А) и набора ее на блоке нелинейной функции 3.Для определения характеристики Р(х) двухпозиционный переключатель 5 ставится в левое положение, на блоке нелинейной функции набирается уже определенная характеристикаГ(х)и на экране осциллографа 20 получается нелинейная составляющая характеристики Я О, а положение рукоятки потенциометра 19, при котором кривая на экране проходит через начало координат (или совсем исчезает), соответствует коэффициенту направления ее линейной части, Так происходит потому, что при левом положении двухпозиционного переключателя 5 на входы сумматора 1 6 наступают сигналы, пропорциональкые инерционной и восстанавливающей силам, а на его выходе образуется сигнал, пропорциональный сумме этих сил ив то же время сумме й.( х ) + Е э 1 И (и 6если на блоке 4 набрана функция Г(к), полученная во время предыдущего этапа, когда переключатель был установлен в правое положение (погрешность зависит от погрешностей определения и набора потенциальной характеристики). Для выделения диссипативной силы выходной сигнал сумматора 16 подается на первый вход сумматора 17, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный возбуждающему усилию. Выходной сигнал сумматора 17 после суммирования его в третьем сумматоре 18 с подаваемым через потенциометр со, шкалой 19 сигналам, пропорциональным скорости колебательного движения, становится пропорциональным нелинейной составляющей демпфируюшей сиды и подается на вертикальную развертку кятодного осциллогоафа 20, на горизонтальную развертку которого поступаетсигнал, пропорциональный скорости.5 В случае необходимости полученияхарактеристик с оспой точностью циклповторяется несколько оаз до тех пор,пока характеристики будут совпадать сполученными во время предыдущего30 цикла. Однако в большинстве случаевдостаточно осуществления одного цик-.ла.Получение на экране изображениятолько нелинейной части характеристиИ ки способствует определению ее с высокой точностью путем сильного увеличения по вертякали.Использование этого устройства даетвозможность подучить характеристикивосстанавливающей и демпфируюшей силс теоретически неограниченной точностью в виде коэффициента направлениялинейной части характеристики и постоянно возобновляющегося за время каждого полунериода колебания графика еенелинейной составляющей на экране индикатора,Устройство может быть использовано ддя определения характеристик поЗЕ затухающим колебаниям. В таком случае сигнал К бай Ж 1 = О , а нелинейнаялс оставляющая на экране осцилл ографа получается в виде отрезка кривой вубывающем с обоих концов интервалеизменения переменной х или х, Устройство может быть использовано и дляопределения характеристик сложных систем, относящихся к нормальным фо, мамколебания по временным характеристиОкам такого колебания вдоль какой-либообобщенной координаты. Таким образомизобретение дает как технический, таки экономический эффект,Формула изобретения Устройство для определения динамических характеристяк колебательных 50систем, содержащее датчики перемещения, скорости и ускорени индикатор идвухпозиционный переключатель, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно содержиттри сумматора, потенциомезр, два блоканелинейной функции и датчик возбуждающего усилия, выход которого и вь ходыдатчиков ускорения, скорости и лереме. Сад е аж 1014Подписноеасударственного комитета СССРи изобретений н открытий, Ж, Раушская наб., д. 4/ ал ЙПП фПатентф, .г. Уагород,ул. Проектная, 4 щення соединены с четырьмя соответствующими входами двухпозиционного переклюеателя, два других входа которогосоединены с вйходамн датчиков скоростнн. перемеаеввн соответственно через 3первый и втара блоки нелинейной функции, первый н второй выходы двухпознднойнео перещвчателя соединены с соответствувщнми входами первого сумматора, третнй наход - со входом второго сум. щматора, другой вход которого связав свыходом первого сумматора, "четвертыйвыкод двухпознцнонвого переключателясоединен с первым входом индйкаторавторой вход отарого подкщочен к выходу аэ 8020/43 " ТнрИНИИПИпо дел113035, Моска 43 8третьего сумматора, один вход которого связан с выходом второго сумматора, а другой - через потенциометр с четвертным выходом двухпознционвого переключателя,Источники ннформации, принятые вовнимание при экспертнзе1, Авторское свидетельство СССРМ 483654, кл, 005 В 23/02,05,06,73,2, Заявка СССР И 2323877/18-24,16,02,76, кл.805 В 23/02, по которой выдано положительное решениео выдаче авторского свидетельства,