Устройство для полунатурного моделирования нелинейных колебательных систем

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в(22) Заявлено 170980 (21) 2985068/18-24с присоединением заявки Йо(51) М. Кп.з 6 Об О 7/48 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМИзобретение относится к аналогоцифровой вычислительной технике и может быть применено для анализа и синтеза связей сложных динамических систем, содержащих реальные объекты.Известны электродинамические вибраторы, содержащие магнитопровод с обмоткой подмагничивания, задающий генератор, сумматор, усилитель тока, блоки дифференцирования, цепь обратной связи, и осуществляющие заданное перемещение, используя обратную передаточную функцию Г 1) и 2 .Однако они не обладают достаточной точностью воспроизведения заданного сиГнала, а контуры полунатурного моделирования, построенные с такими вибраторами, становятся неустойчивыьи .Наиболее близким к предлагаемому является устройство для полунатурного моделирования нелинейных колеба" тельных систем, содержащее датчики параметров, усилители, блок задания . параметров системы, блок Формирования обратной передаточной функции, возбудитель. колебаний, датчик силы. В устройстве для обеспечения заданного закона движения выходной платФорьщ возбудителя по сигналу с выхода блока моделирования применяетсяобратная передаточная функция возбудителя колебаний и обратная связьпо силе 12,Однако известное устройство необладает достаточной точностью примоделировании йелинейных механических колебательных систем.Цель изобретения - повыщение точ. -ности моделирования нелинейных колебательных систем.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для полунатурного моделирования нелинейных колебательных систем, чодержащее физическую модель исследуЕмой системы,на которой закреплены датчики параметров движения, выходы которых через соответствующие усилители соединены с. соответствующими входамиблока задания параме"ров динамическоймодели исследуемой системы, блокформирования обратной йередаточнойФункции колебательного звена, выход которого соединен с первым входом первогосумматора, выход которого через усилитель мощности соединен с входом возбудителя колебаний, между выходнбй30 платформой которого и Физическоймоделью исследуемой системы закреп-,лен датчик силы, выход которого через масштабирующий усилитель соединен с вторым входом первого сумматора, дополнительно введены датчикположения выходной платформы возбу-дителя колебаний, инвертирующий усилитель, второй и третий сумматоры иблок задержки сигнала, причем выход датчика положения выходной платформы возбудителя колебаний черезинвертируюший усилитель соединен спервым входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входомтретьего сумматора, выход которогосоединен с входом блока формированияобратной передаточной Функции колебательного звена, а выход блока задания параметов динамической модели исследуемой системы соединен свторым входом третьего сумматора,связанным с входом блока задержкисигнала, выход которого соединен свторым входом второго сумматора.На чертеже показана схема предлагаемого устройства.Устройство содержит Физическуюмодель 1 исследуемой системы, датчики 2 параметров движения, соединенные через усилители 3 с блоком 4задания параметров динамическоймодели исследуемой системы, первыйсумматор 5, блок б задержки сигнала,датчик 7 положения выходной платформы, инвертирующий усилитель 8,второй сумматор 9, блок 10 Формирования обратной передаточной функцииколебательного звена, датчик 11 силы,масштабируюший усилитель 12, третийсумматор 13, усилитель 14 мощности,возбудитель 15 колебаний,Устройство работает следующимобразом.Модель 1, представляюшая собойчасть системы с неизвестной структурой, совершает колебания, задаваемые выходной платформой возбудителя 15. Датчики 2 фиксируют параметрыдвижения реальной части системы 1 вразных местах. Они усиливаются усилителями 3, с выходов которого сигналы, пропорциональные параметрам движения, поступают в блок 4, моделирующий известную часть системы. Блок 4позволяет легко изменять параметрымоделируемой части системы и определять при этом нужный закон движениявыходной платформы возбудителя 15колебаний. Моделируемая часть системы взаимодействует с реальной частью динамической системы, т.е. смоделью 1 через сумматор 13, блок10 формирования обратной передаточной Функции колебательного звена,сумматор 5, усилитель 14 мощности,возбудитель 15 колебаний. Обратнаясвязь по положению выходной платформы возбудителя колебаний осушеств ляется через датчик 7, инвертирующий уаилитель 8, сумматор 9, на второй вход которого для сравнения подается задержанный сигнал с выхода блока 4, сигнал ошибки суммируется с сигналом 5 с выхода блока 4 сумматором 13.В блоке 10 Формируется обратнаяпередаточная Функция возбудителя 15 колебаний, не учитываюшая запаздывания10 2Ч р) - а р + а р + а , (1)где а - коэффициент инерции возбудителя 15 колебанийа - коэффициент диссипативности 15 упругой подвески,ао - коэффициент жесткости упругой подвески;р - оператор преобразования лапласа.Передаточная Функция возбудителя15 колебаний-гргде Г - время задержки усилителя мошности и возбудителя колебаний(численно равное времени эадержки блока 6).Фактическое значение у положениястола возбудителя 15 колебаний30 гГ -, 7:; ГРу=(1+е ) =х(1+е) =хе(1+е )у = хе (3)т.е, Фактическое значение у положения стола возбудителя колебаний равно задержанному тРебуемомУ положению х,Но в практических случаях реаль,ная часть модели 1 является динамической системой со многими степенямисвободы и поэтому учет влияния инерционных упругих, активных и демпфирующих сил модели 1 на возбудительколебаний коэффициентами а, а, аои обратной связи по положению осуШествляют приблизительно.45 С этой целью устройство содержитдатчик 11 силы, который измеряет величину силы реакции модели 1 на выходную платформу возбудителя 15 колебаний. С выхода датчика 11 через50 усилитель 12 на вход сумматора 5поступает сигнал, пропорциональныйсиле реакций реальной части модели 1на выходную платформу возбудителя 15колебаний. На другой вход суммато 55 ра 5 поступает сигнал, пропорциональный силе (при у = хе Р)Г = х(а р + а р + а )где х - выходной сигнал блока 4,пропорциональный требуемомуб 0 положению реальной части модели 1.На выходе сумматора 5 формируетсянапряжение, пропорциональное суммесил К+Г, которое через усилитель 14б 5 мощности передается на возбудитель