Устройство для определения нелинейных характеристик колебательных систем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 80128711 51 )4 0 05 В 23/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕПЬСТВ АВТОРСНО 3(56 ник стр Справо Судои м 1 сис иг,7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ Харрис С.М., Крид Ч.А, чпо ударным нагрузкам. Л.ение, 1980, гл. 5.Авторское свидетельство СССР09715, 1984,аповко Я,Г. Введение в теор ю .нических колебаний. М.:Наука,с, 154,алеев С.П. Расчет и моделироваустройств обработки сигналовем управления. Л.: ЛИАП, 1980,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ИСТЕМ) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в случаях, когда требуются высокие точности и оперативность определения нелинейных характеристик испытуемых колебательных систем, Цель изобретения - повышение информативности определения характеристик системы - достигается тем, что устройство, кроме источника 1 напряжений на первом выходе 2, которого сигнал пропорционален перемещению, полосового фильтра 4, первого 7 и второго 7 квадраторов, сумматора 8, двухкоординатного регистратора 11, блока 12 выполнения декремента колебаний и второго двухкоординатного регистратора, содержит блок 5 преобразования Гильберта, дифференциатор 6, блок 9 извлечения квадратного корня и блок 10 вычисления мгновенной частоты. 2 з,п, ф-лы, 3 ил.(С)- 2 Г 50 щим об 1 Изобретение относится к испытательной технике и может быть исполь зовано для определения динамических свойств конструкций, машин, механизмов и других объектов при действии кратковременных ударных нагрузок, например, при конструировании роботов-манипуляторов, летательных аппаратов и т,п., где требуются высокие точность и быстродействие определения нелинейных характеристик испытуемых колебательных систем,Цель изобретения - повышение точности и информативности экспериментального исследования колебательных систем,На Фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства;на фиг, 2 - структурная схема блокавычисления мгновенной частоты; нафиг, 3 - структурная схема блока вычисления декремента колебаний.Устройство (фиг, 1) включает механическую колебательную систему систочником 1 напряжений, первымвыходом 2, пропорциональным скоро-,сти, и вторым выходом 3, пропорциональным перемещению, полосовой фильтр 4, блок 5 преобразования Гильберта, дифференциатор б, первый 7 и1второй 7 блоки возведения в квадрат, сумматор 8, блок 9 извлечения квадратного корня, блок 10 вычисления мгновенной частоты, первый двухкоординатный регистратор 11, блок 12 вычисления декремента колебаний, второй двухкоординатный регистратор 13, На фиг. 1 обозначено: 14 и 15 - входы первого 7 и второго 7 блока возведения в квадрат, 1 б- вто- . рой, третий и четвертый входы блока 10 вычисления мгновенной частоты,19 и 20 - соответственно его первый и пятый входы; 21 и 22 - соответственно второй и первый вход первого двухкоординатного регистратора 11;23 и 24 - второй и первый вход блока 12 вычисления декремента колебаний, 25 и 2 б - второй и первый входы второго двухкоординатного регистратора 13. На Фиг. 2 обозначено: 27 и 28 - первый и второй умножитель, 29 - вычитатель, 30 - делитель, на фиг. 3 - 31 - элемент памяти максимума огибакицей, 32 - делитель логарифмический, 33 - делитель.Устройство работает следую разом,. 2Ударный механизм (не показан)коротким импульсом возбуждает свободныеколебания в механической колебательной системе. Причем длительность удара намного меньше периодасобственных колебаний системы.Источник 1 напряжений преобразует механические колебания в электрический сигнал х(С), пропорциональный перемещению, на втором выходе3 и в электрический сигнал х (С),пропорциональный скорости, на первом выходе 2,Поступающий с выхода полосового15 Фильтра 4 сигнал х(С) проходит черезэлементы устройства, где производится его преобразование и регистрацияНа двухкоординатных приборах 13и 11 регистрируют зависимость мгновенной частоты сигнала (С) и декремента колебаний о(С) от мгновеннойамплитуды (огибающей) сигнала А(С).Так называемая скелетная криваяколебательной системы, выражающая25 связь между мгновенной частотой т(С)и мгновенной амплитудой (огибающей)сигнала А(С.) при свободных колебаниях, содержит информацию о собственных нелинейных упругих, т,е, о ееЗ 0 жесткости (податливости).Скелетная кривая в графическойФорме выражает связь собственной частоты нелинейной системы с амплитудой колебаний.Для вычисления мгновенной амплитуды (огибающей) А(С) в устройствеосуществляется вычисление согласноформуле- преобразование Гильбертасигнала х(С), а мгновенная частота Г(С) вы-,числяется по Формулех(С) х,(С)-х (С) х,(С).й";СВычисление по этим формулам осуществляется в блоках и элементахустройства следующим образом.Сигнал х(С) поступает на вход 14первого блока возведения в квадрат1где вычисляется х (С), Одновременноэтот сигнал поступает на вход блокапреобразования Гильберта 5, где вычисляется х,(С),Блок преобразования Гильберта выполнен в соответствии с алгоритмом,указанным в (41,128716 35 40 45 50 Сигнал с выхода блока 5 преобразования Гильберта поступает навход второго блока 15 возведения вквадрат, на выходе которого будетЯсигнал х (С),. Далее сигналы с блоковг7 возведения в квадрат. поступают навход сумматора 8, где производитсявычисление х (С)+х (С). Этот сигналгпоступает на вход блока 9 извлеченияквадратного корня и затем поступаетна второй вход 21 первого двухкоординатного регистратора 11 в виде (1).Это мгновенная амплитуда (огибающая)сигнала.Для формирования сигнала мгновенной частоты 1(С) на второй вход 16блока 1 О вычисления мгновенной частоты подается сигнал с выхода сумматора 8 х (С)+х (С), на третий вход 1 7 -Я 2выход блока 5 преобразования Гильбер.та х,(С), на четвертый вход 18 - выход 6 дифференциетора х,(С), на первый вход 19 - сигнал х(С) с выходаполосового фильтра 4, на пятый 20 -,сигнал с выхода 2 источника 1 напряжений, пропорциональный скоростих(С). В блоке 10 вычисление мгновенной частоты осуществляется по Формуле (2).Первое произведение числителя осуществляется во втором умножителе 28(фиг. 2), второе произведение. - впервом умножителе 27, разность произведений вычисляется в вычитателе 29..Деление разности на сумму квадратови умножение на постоянный коэффициент осуществляется в делителе 30.Сигнал с выхода блока 10 поступает на первый вход 22 первого двухкоординатного регистратора 11, где ирегистрируется скелетная криваяколебательного процесса,Регистрация зависимости декремента колебаний 8(С) от мгновенной амплитуды (огибающей) сигнала А(С)осуществляется во втором двухкоординатном регистраторе 13.Декремент колебаний о.(С) вычисляется в блоке 12 и поступает на второй вход 26 второго цвухкоординатного регистратора 13. На блок 12 поступает. сигнал огибающей А(С) (фиг.3),В элементе 31 памяти максимума огибающей (пиков 1 й детектор)фиксируется значение максимума,В логарифмическом делителе 32 осуществляется деление максимума огибающей на текущее значение огибающейво времени с последующим вычислением логарифма от частного и делениемна текущее время, т.е. вычисление Ао коэффициента затухания Ь( С) =1 п /А 1 С ) /С. Затем в делителе 33 осуществляется деление сигнала с выхода лога. рифмического делителя 32 (коэффициента затухания Ь(С на мгновенную частоту Г(С). Таким образом вычис.ляется декремент колебаний о(С)В предложенном устройстве в качестве блока вычисления декремента колебаний используется блок определения декремента колебаний, используемый в ( 21.Таким образом, предложенное устройство дает возможность определить степень нелинейности конструкции. Это облегчает и уточняет расчет колебательной системы с учетом ее нелинейных свойств, В реальной конструкции практически всегда действуют нелинейные упругие силы и нелинейные силы трения). Величина нелинейности дается в количественной оценке как для нелинейного демпфирования (например, конструкционное демпфирование, сухое трение), так и для нелинейной упругости (контактная жесткость). Ф о р м у л а изобретения 1, Устройство для определения нелинейных характеристик колебательных систем, содержащее источник напряжений, подключенный первым и вторым выходами соответственно к первому и второму входам полосового Фильтра, сумматор, соединенный первым и вторым входами соответственно с выходами первого и второго блоков возведения в квадрат, блок вычисления декремента колебаний, первый вход которого соединен с первым входом первого двухкоординатного регистрато-, ра, а выход - с первым входом второго двухкоординатного регистратора,о т л и ч а ю щ е е с я, тем, что, с целью повьппения информативности определения характеристик системы, устройство содержит блок вычисления мгновенной частоты, блок извлечения квадратного корня, дифференциатор и блок преобразования Гильберта, вход которого соединен с входом первогоблока возведения в квадрат, с первымвыходом полосового фильтра и первымвходом блока вычисления мгновеннойчастоты, второй вход которого соединен с выходом сумматора и входомблока извлечения квадратного корня,третий вход - с выходом блока преобразования Гильберта, входами второго блока возведения в квадрат и дифференциатора, четвертый вход " с выходом дифференциатора, пятый вход -с вторым выходом полосового фильтра, 10а выход - с первым входом блока вычисления декремента колебаний, выходблока вычисления квадратного корнясоединен с вторыми входами первогои второго двухкоординатных регистраторов и блока вычисления декрементаколебаний,2. Устройство по п. 1, о. т л ич а ю щ е е с я тем что блок вычисления мгновенной частоты содержит 20первый умножитель и последовательносоединенные второй умножитель, вычитатель и делитель, подключенный выходом к выходу блока, а вторым входом - к первому входу блока, второй и третий входы блока соединены соответственно с первым и вторым входами первого умножителя, подключенного вьтходой к второму входу вычитателя, а четвертый и пятый входы соединены соответственно с первым и вторым входами второго умножителя.3. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок вычисления декремента колебаний, содержит последовательно соединенные элемент памяти максимума огибающей, логарифмический делитель и делитель, подключенный выходом к выходу блока, а вторым входом - к первому входу блока, второй вход блока соединен с вторым входом логарифмического делителя и входом элемента памяти максимума огибающей.1287116Составитель В.КузинРедактор К,Волощук Техред Л.Сердюкова Корректор Г,Решетник Заказ 7715/50 Тираж 862 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4