Устройство для определения характе-ристик упругости и демпфированиянелинейного упругого обекта приполунатурном моделировании

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Реслублик(23) Приоритет -Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯХАРАКТЕРИСТИИ ДЕМПФИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО УПРУГОГО ОБЬПРИ ПОЛУНАТУРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРУГОТА Изобретение относится к испытательным приборам и может быть использовано при автоматизированном анализе и синтезе нелинейных колебательных систем.5Известны устройства для определения параметров связей, предназначенные для определения д;:амических характеристик по трудно реализуемым характеристикам случайных процессов или линейных коэФфициентов жесткости и демпФирования 11 .Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее электромеханический динамометр, упругие 15 и демпфирующие элементы связи, блок датчиков относительного перемещения и скорости, вибратор и схему вычисле ни я 121,устройство позволяет получить 20 только линейные коэффициенты жесткости и демпфирования, необходимые для оценки полных связей или устойчивости систем при полунатурном моделировании прецизионных колебательных си стем с нелинейными связямиЦель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет возможности определения нелинейных коэФфициентов жесткости и демпФирования связи. 30 Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения характеристик упругости и демпфирования нелинейного упругого объекта при полунатурном моделировании, содержащее вибратор и блок датчиков относительного перемещения и скорости, устанавливаемые между концами исследуемого упругого объекта, электромеханический динамометр, прикрепленный к одному концу исследуемого упругого объекта, упругий и демпфирующий элементы, прикрепляемые одними концами к электромеханическому динамометру, а другими - к другому концу исследуемого упругого объекта, два вычислительных канала, каждый из которых состоит из делителя, ключа, нуль-органа и повторителя уровня импульсов, причем выход делителя соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого связан с выходом нуль-органа., а выход ключа соединен со входом повторителя уровня импульсов, выход электромеханического динамометра соединен с первыми входами делителей обоих каналОв, выход сигнала перемещения блока датчиков относительного перемещения и скорости соединен со вторым входом делителя пер813467 вого канала и входом нуль-органа второго канала, выход сигнала скоростиблока датчиков относительного перемещения и скорости соединен со вторымвходом делителя второго канала и входом нуль-органа первого канала, допол- знительно введены два распределителяимпульсов, два блока памяти, два индикатора заполнения элементов блокапамяти, элемент И, дополнительныйключ, генератор случайного сигнала,причем к выходам повторителей уровняимпульсов каждого из каналов подключены первыми входами соответствующиераспределители импульсов, которые через последовательно соединенные блокпамяти и индикатор заполнения элементов блока памяти соответственно подключены к двум входам элемента И, выход которого соединен со входом дополнительного ключа, выход которогосоединен с управляющим входом генератора случайного сигнала, выход которого соединен со входом вибратора.На чертеже представлена блок-схема устройства,Устройство содержит упругий и дамп-дфирующий элементы 1 и 2, прикрепленные каждый к концам 3 исследуемогоупругого объекта 4, электромеханический динамометр 5, блок б датчиков относительного перемещения и скорости,вибратор 7, делители 8, ключи 9, индикаторы 10 нуля, повторители 11 уровня импульсов, распределители 12 импульсов, блоки 13 памяти, индикаторщзаполнения элементов блока 14 памяти,элемент И 15, блок 16 управления игенератор 17 случайного сигнала,Устройство работает следующим об -разом,Движение системы описывается дифференциальным уравнением: 40 с(х-у)(х-у) + к(х-у)(х-у) Г + Г (1) 1 где С(Х-У) - нелинейный коэффициент 4упругости связи;К(Х - У) - нелинейный коэффициентдемпфирования связи;Х, Х - абсолютные перемещение и- скорость первого концасвязи;У, У - абсолютные перемещениеи скорость второго конца связи;Г - реакция инерционных сил1объекта на связь;Г - сила воздействия вибратора на связь.При полунатурном моделировании, т. е. при автоматизированном синтезе связи системы, объект подключается в 0 контур полунатурного моделирования. Вибратор 7 создает усилие пропорциональное усилию синтезируемых допол иительных элементов жесткости, демпфирования или инерционных элементов. я И если при этом величины связей 1 и2 неизвестны, трудно оценить устойчивость контура полунатурного моделирования, а также связь в целом. Поэтому устройство полунатурного моделирования переключается в режим идентификации, т. е. вход вибратора вручнуюили по общеизвестным автоматическимметодам отключается от контура полунатурного моделирования и переключается на режим устройства для определения параметров нелинейных связейпри полунатурном моделировании какпоказано на чертеже,Генератор 17 вырабатывает случ": - ный сигнал с уровнем амплитуды, необходимой для возможных наибольших Х-У и Х - У в полунатурной модели, Амплитуды Х-У и Х-У контролируются по показаниям датчиков б,Электромеханический динамометр 5 выдает на выходе напряжение, пропорциональное усилию, создаваемому в упругих 1 и демпфирующих 2 элементах связи, равному Е . Движение координат связи происходит по уравнению: Г = С(Х - У)(Х - У) + К(х - У)(Х - У), (2) 2 В то же время блок б датчиков на выходах выдает напряжения, прогорциональные относительному перемещению Х - У и скорости Х-У. На входы блока 8 деления первого канала поступает напряжение от динамометра 5 и напряжение, пропорциональное перемещению Х-У, с блока датчиков б. На его выходе формируется напряжение, пропорциональное величине; Г С(Х-У) (Х-У)+К,Х-У) (Х-У) (3)Х - У Х - У Аналогично, на вход блока деления второго канала поступает напряжение с датчика 5 и напряжение, пропорциональное скорости Х-У, с выхода блока датчиков б. На выходе блока деления второго канала Формируется напряжение, пропорциональное величине: С(Х У) (Х У)+К(Х У) (Х У) (4Х-У Х - У Ключ 9 первого канала постоянно закрыт за исключением момента, когда на его управляюций вход поступает сигнал с нуль-органа 10, т. е. он выдает импульс в момент, когда Х-У становится равным нулю. При этом на выходе ключа 9 появляется кратковременный импульс, амплитуда которого пропорциональна коэффициенту жесткости связи с Х - У, при конкретном значении(5),Х-У, что следует из уравнения (3)при Х-У = 0;С(Х - У)(Х - У)+К(Х - У)(Х - У)Х - У Аналогично, когда Х-У становится равным нулю, на выходе ключа 9 второго канала появляется сигнал, амплитуда которого пропорциональна коэффициенту демпфирования амортизатора К(Х-У), пи конкретном значении Х - У, что следует из уравнения (4) при Х - У =0:С(Х У)(Х У)+К(Х У)(Х У)Х - У 15Импульсы напряжения с выходов блоков 9 поступают на фиксаторы 11 уровня импульсов, которые вырабатывают напряжения, равные амплитуде импульсов с выхода блока 9, т. е. пропор циональное коэйАициенту С(Х-У) и коэффициенту К(Х-У).Напряжение, пропорциональное козА- фициенту упругости, поступает через первый распределитель 12. импульсов на д первый блок 13 памяти.Первый блок памяти состоит из конечного числа элементов памяти, в каждый из которых сигнал распределяется в зависимости от величины напряжения, пропорционального Х-У, т. е. в первом блоке 13 памяти формируется ункцняС(Х-М,дискретизированная по (Х -1)Аналогично .в зависимости от значения Х-У во втором блоке 13 памяти получаем дискретизированную функцию К(Х).В момент, когда все элементы блоков памяти заполнены, и. полностью имеем Функции С(Х-У) и К(Х-У) на вы,ходах блоков 13.фЧтобы фиксировать что процесс 40 определения параметров за.кончен выходы блоков памяти подключены к входам индикаторов заполнения элементов блока памяти 14, которые состоят из элементов П и выдают напряжение на выходе в том случае, когда все ячейки блоков памяти заполнены, При этом на входах элемента И 15 сигналы будут совпадатЬ, и на его выходе также появится напряжение, которое отключа- о ет через блок 16 управления генератор 19, и также может подключить автоматически упомянутый конутр полунатурного моделирования.В некотоРых слУчаЯх Устройство ДлЯ з определения параметров нелинейчых связей при полунатурном моделировании может работать непосредственнЬ при автоматизированном синтезе связи, если колебания системы имеют случайный характер. 60Таким образом, выполнение устройства в соответствии с изобретением открывает большие возможности учета нелинейных связей при автоматизированном синтезе прецизионных приборов и 654 механизмов методами полунатурного моделирования, применяя как аналого-, вые, так и аналого-цифровые вычислительные машины.Формула изобретения устройство для определения характеристик упругости и демпфирования нелинейного упругого объекта при полунатурном моделировании, содержащее вибратор и блок датчиков относительного перемещения и скорости, устанавливаемые между концами исследуемого упругого объекта, электромеханический динамометр, прикрепленный к одному концу исследуемого упругого объекта, упругий и демпфирующий элементы, прикрепляемые одними концами к электромеханическому динамометру, а другими - к другому концу исследуемого упругого объекта, два вычислительных канала, каждый из которых состоит из делителя, ключа, нуль-органа, и повторителя уровня импульсов, причем выход делителя соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого связан с выходом нуль-органа, а выход ключа соединен со входом повторителя уровня импульсов, выход электромеханического динамометра соединен с первыми входами делителей обоих каналов, выход сигнала перемещения блока датчиков относительного перемещения и скорости соединенсо вторым входом делителя первого канала и входом. нуль-органа второго канала, выход сигнала скорости блокадатчиксв относительного перемещенияи скорости соединен со вторым входом делителя второго канала. и входом нульоргана первого канала, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него дополнительно введены два распределителя импульсов, два блока памяти,два индикатора заполнения элементовблока памяти, элемент И, дополнительный ключ и генератор случайного сигнала, причем к выходам повторителейуровня импульсов каждого из каналовподключены первыми входами соответствующие распределителя импульсов, которые через последовательно соединенные блок памяти и индикатор заполнения элементов блока памяти соответственно подключены к двум входам элемента И, выход которого соединен со входом дополнительного ключа, выход которого соединен с управляющим входомгенератора случайного сигнала, выход,которого соединен со входом вибратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 450139, кл. С 05 В 23/02,1972,2. Авторское свидетельство СССРР 596763, кл. Г 16 Е 15/03, 1976аказ 776/64етв Р 5 ППП "Патент", г, Узгород, ул Фил ктная Тирам 745ВНИИПИ Государспо делам изоб035, Москва, ППодписноенного комитета СССтений и открытийРауюская наб., д.