Устройство для моделирования конструкционного трения

Наличие постоянной составляющей ввыходном сигнале не позволяет исследовать с помощью такой электронноймодели упругие колебания свободнодвижущихся (не закрепленных) системпри детерминированных и случайныхвозмущениях.Цель изобретения - повышение точности устройства.Поставленная цель достигается тем,что устройство для моделированияконструкционного трения, содержащеепервый и второй интеграторы, каждыйиз которых состоит из входного резистора, один выход которого соединенсо входом соответствующего операционного усилителя, выход которого соединен через конденсатор со своим входом, кроме того, блок задания нелинейности, инвертор, блок выделениямодуля, блок умножения, блок фиксации нуля и сброса и ключ, причем 20другой выход входного резистора первого интегратора является входомустройства, а выход операционногоусилителя первого интегратора черезблок задания нелинейности соединенсо входом инвертора, выход которогосоединен с первым входом блока выделения модуля, второй вход которогосвязан со входом инвертора, а выход блока выдеЛения модуля соединенс первым входом блока умножения,выход которого соединен с другимвыводом входного резистора второго интегратора,выход операционного усилителя второго интегратора является выходом устройства, а другой вывод входного резистора первого интеграторасоединен со вторым входом блока умножения и со входом блока фиксациинуля и сброса, выход которого соединен с управляющим входом ключа, ин ОфоРмационные вход и выход которогосоответственно подключены к выводамконденсатора первого интегратора,дополнительно введены ключи, масштабирующие резисторы и управляемыйисточник напряжения, причем один вывод входного резистора первого интегратора через последовательно включенные первый дополнительный ключ ипервый масштабирующий резистор соединен с другим выводом того же входного резистора, один вывод входногорезистора второго интегратора черезпоследовательно включенные второйдополнительный ключ и второй масштабирующий резистор соединен с другимвыводрм того же входного резистора,а выход блока фиксации йуля и сброса соединен со входом управляемогоисточника напряжения, выход которого соединен с управляющими входами бОдополнительных ключейНа фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - семейство полученных гистерезисных петель, 65 Устройство содержит первый интегратор 1, ключ 2, блок 3 задания нелинейности, инвертор 4, блок 5 выделения модуля, блок 6 умножения, второй интегратор 7, блок 8 фиксации нуля и сброса, дополнительные ключи 9 и 10, масштабирующие резисторы 11 и 12 и управляемый источник 13 напряжений.Предлагаемое устройство реализует математическую модель конструкционного трения в вицеПервое дифференциальное уравнениеописывает начальный участок петли гистерезиса при движении из точки покоя, а второе - восходящие и нисходящие ветви произвольной гистерезисной петли как замкнутого, так и разомкнутого типа.Функциональная зависимость Родолжна быть выбрана так, чтобы обеспечивать симметричность петли гистерезиса относительно начала координат при любой амплитуде входногогармонического сигнала. Указанноетребование удовлетворяет функциональная зависимостьф = - ф гяур)9 ту функциональную зависимость можнополучить с помощью блока нелинейности, на.котором набрана функциональная зависимость фу (х) , если на входблока подавать удвоенное значениеаргумента у, а соответствующее значение выходной величины Ф уменьшитьв два раза.Устройство работает следующимобразом.Напряжение, соответствующее скорости деформации х, поступает на входинтегратора 1 и блок 8 управления.При движении из точки покоя воспроизводится начальный участок петлигистерезиса, описываемый дифференциаиьннм уравнением н -(Ф(ВХ)ахб 7.В исходном состоянии ключ 9 замкнут,и коэффициент передачи первого интегратора равен 2, ключи 2 и 10 разомкнуты (коэффициент передачи второгоинтегратора равен 1/2),Напряжение, отражающее деформацию, с выхода интегратора 1 поступает на нелинейный блок 3, настроенный на воспроизведение функциональной зависимости фЧ(х)1 . Но так какна вход блока 3 подается удвоенноезначение аргумента у, то на его выходе получается функция ф (2 у(х) ==2 фу(х) . Сигнал с выхода блока 3и инвертора 4 через блок 5 выделения модуля поступает на первый входблока 6 умножения, на второй вход которого подается входной сигнал х. В результате перемножения получится сигнал 2/фоу(х)1 /х, который далее поступает йа второй интегратор 7. В момент времени= , соответствующий значению скорости деформации5 х=0, срабатывает блок 8 фиксации нуля и сброса. Ключ 2 в цепи обратной связи интегратора 1 замыкается, и конденсатор разряжается, срабатывает управляемый источник 13 напряжения, ключ 9 размыкается, а ключ 10 замыкается, причем это состояние ключей 9 и 10 остается неизменным в течение всех последующих этапов моделирования. Коэффициенты передачи 15 интеграторов устанавливаются равными 1. На этом этап моделирования начального участка петли гистерезиса заканчивается.При дальнейшем моделировании вос производятся ветви петли, описываемые дифференциальным уравнением 125При гармоническом входном сигнале любой амплитуды полученные петлигистерезиса симметричны относительноначала координат (точки покоя), т.е.постоянная составляющая в выходномсигнале отсутствует,Предлагаемое устройство позволяетмоделировать конструкционное трениепри любом характере входного сигнала. Но во всех случаях система с гистерезисным трением должна исследоваться только при движении из состояния покоя. При произвольных начальных условиях по перемещению х и скорости деФормации х ввиду неоднозначности зависимости силы трения к отдеформации и скорости деформации,если неизвестна вся история предыдущих нагружений, принципиально невозможно рассчитать начальные условия 45по силе трения и деформации. Однакосхема устройства в принципе допускает установку любых начальных условийпо этим параметрам.50Формула изобретенияУстройство для моделирования конструкционного трения, содержащее первый и второй интеграторы, каждый из которых состоит из входного резистора, один вывод которого соединен со входом соответствующего операционного усилителя, выход которого соединен через конденсатор со своим входом,кроме трго, блок задания нелинейности, инвертор, блок выделения модуля, блок умножения, блок фиксации нуля и сброса и ключ, причем другой вывод входного резистора первого интегратора является входом устройства,а выход операционного усилителя первого интегратора через блок задания нелинейности соединен со входом инвертора,выход которого соединен спервым входом блока выделения модуля, второй вход которого связан со входом инвертора,а второй выход блока выделения модуля соединен с первым входомблока умножения, выход которого соединен с другим выводом входного резис,тора второго интегратора, выход операционного усилителя второго интегратора является выходом устройства, а другой вывод входного резистора первого интегратора соединен со вторым входом блока умножения и со входом блока фиксации нуля и сброса, выход которого соединен с управляющим входом ключа, информационные входи выход которого соответственно подключены к выводам конденсатора первого интегратора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него дополнительно введены ключи, масштабирующие резисторы и управляемый источник напряжения, причем один вывод входного резистора первого интегратора через последовательно включенные первый дополнительный ключ и первый масштабирующий резистор соединен с другим выводом того же входного резистора, один вывод входногорезистора второго интегратора черезпоследовательно соединенные второйдополнительный ключ и второй масштабирующий резистор соединен с другимвыводом того же входного резистора,а выход блока Фиксации нуля и сброса соединен со входом управляемогоисточника напряжения, выход которогосоединен с управляющими входами до"полнительных ключей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 452013, кл. С 06 С 7/48 ю 1970,2. Авторское свидетельство СССР9 398981, кл. С 06 6 7/68, 1972