Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Соеэ СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 705423Ъ г К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Нл. С 05 В 23/02 с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(088,8) Опубликовано 2512.79. Бюллетень Йф 47 Дата опубликования описания 28, 12, 79(71) Заявитель Каунасский политехнический институт им. А. Снечкуса(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬН 1 Ж СИСТЕМИзобретение относится к областиавтоматического управления, в частности к испытательным приборам иможет найти применение при виброиспытаниях и исследовании нелинейныхколебательных систем.Известно устройство для ОпрЕделения динамических характеристик колебательных систем, содержащее датчикиперемещения, скорости и ускорения,индикатор и переключатель 11,Его недостаток состоит в том, чтос его помощью получаются характеристики в виде последовательности точекпо затухающим колебаниям. При слабомдемпбировании диссипатинная характеристика проходит вблизи оси и ее нелинейную состанляющую точно опреде-лить практически не удается. Фактическая точность определения нелиней"ных составляющих характеристик может быть нысокой лишь при ярко выраженной нелинейности и при оптимальной диссипации системы,Кроме того, при определении характеристик по высокочастотным колебаниям труднее обеспечить достаточноебыстродействие схемы упранления интенсивностью электронного луча, в связи с чем приходится испольэоватьзапись временных характеристик в иэ"мененном временном масштабе, что также вносит некоторую погрешность иделает невозможным констатированиеизменений характеристик в то время,когда они происходят.Наиболее близким к изобретениютехническим решением является устройство для определения динамичес" ких характеристик колебательных систем, содержащее датчики перемещения, скорости и ускорения, два нели"нейных блока и источник напряжения, выходы которых связаны с соответствующими входами переключателя, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами первого сумматора, третий выход - с первым входом второго сумматора, четвертый выход - с первым входом индикатора и через переменный резистор - с первым входом третьего сумматора, ныход которого сОединен с Вторым ВхОдом ин дикатора, а второй вход - с выходом второго сумматора, второй вход которого Подключен к выходу первого сумматора, причем входи соответствующих нелинейных блоков соединены с705423 3вьиодами датчиков скорости и перемещения 2),Его недостаток состоит в том, что с его помощью получаются только потенциальная и диссипативная характеристики системы, а возмущающий про,цесс предполагается известным. Этоустройство с успехом используетсядля исследования нелинейных колебательных систем при помощи тестовоговоздействия, Однако применение еговесьма ограничено при исследованиислбжных систем и систем с распределенными параметрами в натурных ус-(ловиях, так как при таких обстоятельствах сигнал датчика возмущающегоусилия лишь весьма приближенно соот,ветствует эффективному возмущакщему процессу или. вообще не может быть определен непосредственно при помощидатЧика. Это сводит на нет меры поповышению точности определения потенциальной и диссипативной характеристик или даже делает их определениеневозможным, Кроме того, задача определения возмущающих процессов или помех в электронных системах имеет исамостоятельное значение,Целью изобретения является увели-чение точности и функциональных возмбжйостей устройства,Эта цель достигается тем, что оно содержит четвертый сумматор, один из , входов которого связан с выходом источника напряжения, остальные три входа соответственно - с пятым, шестым и седьмым выходами переключателя,а выход - с первым входом индикатора,и, кроме того, источник напряжениявыполнен в виде генератора полигармонического сигнала, На чертеже изображена блок-схемаУСтройства. Устройство содержит датчик 1 ускорения, датчик 3 скорости, датчик 3 перемещения, генератор 4 полигармонического сигнала, нелинейные блоки 5 и б, г(ереключатель 7 (трехпоэиционный), сУмматоры 8-11, переменный реМстор 12 (потенциометр с шкалой) и индикатор 13 (например катодный осциллограф).УСтройство работает следующим образом.Устройство работает по принципу пОследовательного приближения, Сначала в первом приближении определяется возмущающий процесс, для чего на нелинейном блоке б устанавливается линейная потенциальная характерйстика с коэффициентом направления, равным Квадрату резОнансной частоты систеьв, а на нелинейном блоке 5 - линейная диссипативная характеристика скоэффициентом направления в нескольКО раэ меньшим. При крайнем правом положении трехпозиционного переключателя 7 и при нулевом сигнале генератора 4 полигармонического процессана выходе сумматора 11 получается сигнал, приближенно равный сумме отнес ен ных к единице массы поте нциаль ной,демпфирующей и инерционной сил, ко,торый, при условии адекватности слагаемых, соответствует воэмущакцемупроцессу с противоположным знаком.Выходной сигнал сумматора 11 поступает на вход индикатора 13, обеспечивающего при крайнем правом положении переключателя 7 развертку сигнала повремени. Путем настройки генератора4 полигармонического сигнала достигаются такие параметры его выходногопроцесса, при которых сигнал на экране индикатора 13 по возможностименьше отличается от нуля.Затем устройство переводится врежим определения потенциальной характеристики, для чего трехпоэиционный переключатель 7 ставится в среднее положение, обеспечивая тем самым поступление на входы сумматора8 сигналов, пропорциональных возмущающей и линеаризованной демпфирую щей силам. Выходной сигнал сумматора 8 поступает на первый вход сумматора 9, на второй вход которогоподается сигнал, пропорциональныйинерционной силе, На выходе суммато ра 9 получается сигнал, пропорциональный восстанавливающей силе с неКоторой погрешностью. Этот сигналподается на первый вход сумматора10, на второй вход которого через 35 переменный резистор 12 со шкалойпоступает сигнал, пропорциональныйперемещению, который поступает так-же на развертку по горизонтали индикатора 13, на другую развертку которого подается выходной сигнал сумматора 10. Рукоятка переменного резистора 12 устанавливается в такоеположение, чтобы петлеобразная кривая на экране индикатора 13 сжалась 45и изображающая точка проходила через начало координат при движении вобоих направлениях. При этом масштабразвертки по вертйкали изменяется дотакой величины, чтобы кривая располагалась на значительной части экрана по высоте и отчетливо выявиласьее форма. Эта кривая пропорциональнанелинейной составляющей потенциальной характеристики, а положение рукоятки переменного резистора 12 пропор ционально коэффициенту направленияее линейной части, Процесс повторяется после определения диссипативной. характеристики и нахождения возмущающего процесса во втором приближении.Для определения диссипативной характеристики трехпозиционный переключатель 7 ставится в крайнееправое положение, на блоке 6 набирается .уже определенная потенциальная характеристика и на экране индикатора 13отображается нелинейная составляющая диссипативной характеристики, а положение рукоятки переменного резистора 12, при котором кривая на экране проходит через начало координат (или совсем исчезает), соответствует коэффициенту направления ее линейной части. Так происходит потому, чтори крайнем правом положении трехпозиционного переключателя 7 на входы сумматора 8 поступают сигналы, про" порциональные инерционной и восстанав ливающей силам, а на его выходе образуется сигнал, пропорциональный сумме этих сил и в то же время сумме диссипативной и возмущаюей сил, Для выделвния дяссипативной силы выходной сигнал сумматора 8 подается на пер-вый вход сумматора 9, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный возмущающему процессу, Выходной сигнал сумматора 9, после сум мирования его в сумматоре 10 с пода- ваемым через переменный резистор 12, сигналом, пропорциональным скорости колебательного движения, становится - пропорциональным нелинейной составля ющей демпфирующей силы и подется на вертикальную развертку индикатора 13, на горизонтальную развертку которого поступает сигнал, пропорциональный скорости, 30Полученные значения потенциальной и диссипативной характеристик в значительной мере больше соответствуют истинньк характеристикам, чем первоначально принятые. Это дает возможность уточнить возмущающий процесс и характеристики системы, Цикл повторяется до тех пор, пока возмущающий процесс и характеристики будут практически совпадать с полученными эо вре мя предыдущего цикла.Использование этого устройства да-. ет возможность получать возмущающий процесс и характеристики восстанавливающей и демпфирующей сил с теоретически неограниченной то)чностью., Практическая точность в основном за- висит от технических качеств генератора полигармонического процесса, отвозможности воссоздать при его помощи сигнал, пропорциональный реальному 50 "возмущающему процессу.Устройство может быть использовано при исследовании колебательных систем при помощи тестового воздействия. В таком случае на трехпозиционный пере ключатель подается сигнал, пропорциональный тестовому воздействию, а генератор 4 и сумматор 11 отключаются. Устройство мажет быть использовано и для определения характеристик системы по затухакцим колебаниям. Оно осо- бенно эффективно при модельной идентификации нелинейных колебательных систем и процессов возмущения по нормальньм Формам колебания, когда эффективные возмущакцие процессы не могут быть получены непосредственно, Таким образом, изобретение дает как технический, так и экономический эф" фект.Формула изобретения1. Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем, содержащее датчики перемещения, скорости и ускорения дванелинейчых блока и источник напряжения, выходы которых связаны с соответствукцими входами переключателя,первый и второй выходы которого соединены с соответствукцими входамипервого сумматора, третий выход - спервым входом второго сумматора, чет"вертый эыход - с первым входом индикатора и через переменный резистор -с первым входом третьего сумматора,выход которого соединен с вторьмвходом индикатора, а второй входс выходом второго сумматора, второйвход которого подключен к выходу первого сумматора, причем входы соотэетствукцих нелинейных блоков соединены с выходами датчиков скорости иперемещения, о т л и ч а ю щ е е -с я тем, что, с целью увеличенияточности и функциональных возможностей устройства, оно содержит четэертый сумматор, один из эходоэ которого связан с выходом источника напря"жения, остальныетри входа соответственно - с пятым, шестым и седьмымвыходами переключателя, а выход - спервым входом индикатора.2, Устройство пэ п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что источникнапряжения выполнен э виде генератора полигармоническбго сигнала,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 23223577/18-24,кл. 6 05 В 23/02, 16.02.1976.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2423527/18-24,кл. 0 05 В 23/02, 26,11,1976. (прстотин).Составитель В. КТехред О.Андрейко Редакт Б. Герцен каз 8029/5 015 Подписно рственного комитета СССРзобретений и открытий-35, Раушская наб д. 4/5 ППППатент 1, г. Ужго ь илиа Тира ЦНИИПИ Госуд по делам 035, Москва, роворректорМ. Пож л. Проектная, 4