Устройство для моделирования распространения возмущений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) И 1 00060 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт технической механики АН .УССР( 56 ) 1. Манашкин Л, А Кедря М.М., Бондарев А.М. Исследование с помощью АВМ продольных сил в поезде при регулировочных .торможениях и дви женин через перелом продольного профиля пути. - В сб.: Проблемы механики наземноготранспорта. Вып.199/25, Днепропетровск, 1978.2. Манашкин Л.А., Бондарев А.М. Электронное моделирование тормозных сил прн статистических нсследова" ниях переходных режимов движения поездов.-Труды Днепропетровского института инженеров железнодорожного транспорта,нм, М.И. Калинина. фИсследования в области динамики рельсовых экипажей", выпуск 182/22, Днепропетровск, 1976, с. 70.( 54 ) ( 57 ) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЙ ВОЗМУЩЕНИИу содержащее модель исследуемой систе-.мы, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения функциональных воэможностей за счет одновременного задания нескольких независимых возмущений, распространяющихся с требуемой скоростью, оно дополнительно содержит последовательносоединенные аналого-цифровой преобразователь, дешифратор и коммутатор, а модель исследуемой системысодержит две группы сумматоров по Ксумматоров в каждой;группе, первую группу иэ (1 +1) -го. интегратора, вторую группу иэ К интеграторов и выходной интегратор причем первый вход первого сумматора первой группы соединен с выходом первого интегратора второй группы, второй вход первого сумматора первой группы н входы остальных сумматоров первой группы соединены соответственно с выходами коммутатора, выход-го сумматора первой группы ( = 1, 1) соединен с первым входом ( +1) -го интегратора первой группы и вторым входом-го интегратора первой группы, установочные входы всех интеграторов первой группы обьедннены и являются установочным входом устройст-ва, а второй вход первого интегратора первой группы является входом ввода исходных данных устройства, выход первого интегратора первой группы соединен с первым входом пер-. вого интегратора второй группы, пер- д вым входом первого сумматора второй группы и входом выходного интеграто-. ра, выход которого является выхо:дом устройства, выход р-го интеграто.рапервой группы ( Р = 2, К) подключен к первому входу р-го сумматора , второй группы, первому входу р-го интегратора второй группы, второму входу (р-Ц -го интегратора второй группы и второму входу (р)-го сумматора второй группы, выход (К+Ц -го .интегратора первой группы подключен к второму входу К-го интегратора вто рой группы и второму входу К-госумматора второй группы, выходы интеграторов второй группы и сумматоров второй группы являются группой выходов устройства, а выход выходного интегратора подкл 1 очен к входу аналогоцифрового преобразователя.55 Целью изобретения является расширение Функциональных возможностей модели за счет одновременного , задания нескольких независимых возмущений, распространяющихся с необходимой скоростью. 60 65 Изобретение относится к моделирую щим устройствам и может быть использовано для исследования сложных систем состоящих иэ большого числа элементов и функционирующих в изменяющейся обстановке. 5Известны устройства моделирования распространения возмущений вдоль железнодородного поезда, например, при его движении с постоянной скоростью по перелому продольного проФиля пути, которое состоит из цепочки блоков постоянного, запаздываний, осуществляющих задержку сигнала на время, в. течение которого поезд проходит путь, равный длине вагонов, объединенных при моделировании в одну группу 1 .Недостаток данного устройства заключается в том, что оно позволяет моделировать движение поезда через перелом продольного профиля пу ти только с постоянной скоростью. Кроме того, с его помощью невозможно одновременное задание нескольких независимых распространяющихся воз.мущений. 25Наиболее близким к изобретению является устройство моделирования распространения фронта волны разряда тормозной магистрали и волны наполнения магистрали воздухом, в кото- З 0 ром моделирование распространения фронта волны разряда и наполнения тормозной магистрали осуществляется регистром, выполненным из стандартных по схеме триггеров, связанных между собой линиями задержки. Импуль .сы с частотой, соответствующей скорости разряда магистрали, поступают от генератора на первую группу входных вентилей. Распространению волны разряда магистрали соответст вует "волна" перехода триггеров . в единичное состояние. Изменив частоту генератора на соответствующую скорости наполнения магистрали воздухом, подают импульсы на вторую 45 группу входных вентилей. При этом триггеры последовательно возвращают. ся в исходное нулевое состояние. "Волна" перехода триггеров в нулевое состояние соответствует распространению волны наполнения магистрали воздухом 2) .Недостаток ,известного устройства состоит в том, что оно позволяет моделировать распространение в системе только одного независимого возмущения и только с заранее заданной постоянной скоростью, определяемой частотой генератора. Цель достигается тем, что в устройство для моделирования распространения возмущений, содержащее модель исследуемой системы, введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, дешифратор и коммутатор, а модельк иСследуемой системы содержит две группы сумматоров по К сумматоров в каждой группе, первую группу иэ ( к +1) -го интегратора, вторую группу из К интеграторов и выходной интегратор причем первый вхОд первого сумматора первой группы соединен с выходом первого интегратора второй группы, второй вход первого сумматора первой группы и входы остальных сумматоров первой группы соединены. соответственно с выходами коммутатора, выход-го сумматора первой группы соединен с первым входом+1)-го интегратора первой группы ( =1, Ц и вторым входом-го интегратора первой группы, установочные входы всех интеграторов первой группы объединены и являются установочным входом устройства, а второй вход первого интегратора первой группы является входом .ввода исходных данных устройства, выход первого интегратора первой группы соединен с первым входом первого интегратора второй группы, первым входом первого сумматора второй группы и входом выходного интегратора, выход которого является выходом устройства, выход р-го .интегратора первой группы2, 1подключен к первому входу р-го сумматора второй группы и первому входу р-го интегратора второй группы, второму входу (р) -го интегратора второй группы и второму входу (р) -го сумматора второй группы, выход (1+1) -го интегратора первой группы подключен к второму входу К-го интегратора первой группы и подключен к второму входу К-го интегратора второй группы и второму входу К-го сумматора второй группы, выходы интегратора второй группы и сумматоров второй группы являются группой выходов устройства, а выход выходного интегратора подключен к входу аналого-циФрового преобразователя,На фиг. 1 изображена структурная . схема устройства; на фиг. 2 - вариант структурной схемы модели исследуемой системы; на фиг. 3 - схема дешифратора и коммутатора, на фиг, 4 продольная структура участка пути, на котором моделировалось движение поезда, на фиг. 5 - осциллограмма решения, полученного при помощи предлагаемого устройства. Устройство фиг. 1 состоит изаналого"цифрового преобразователя 1,дешифратора 2, коммутатора 3 и модели4 исследуемой системы.(фиг. 3) содержат резисторы 12,транзисторы 13, конденсаторы 14,диоды 15.10Выход модели, с которого снима 1 ется управляющее .напряжение, соединен с выходом аналого-цифрового.преобразователя 1, входы которогоподключены к входным шинам дешифратора 2, выходы которого соединены свходами коммутатора 3, выходы которого подключены к элементам модели 4.Дешифратор 2 набирается такимобразом, что наличие сигнала на каком-либо его выходе соответствует переходу системы через границу интер- .вала управляющего напряжения, на котором к определенному элементу системы прикладывается возмущение. Выходы дешифратора 2, определяющие начальные и конечные границы такихинтервалов, подсоединены соответственно к единичным и нулевым входамтриггеров коммутатора 3.При работе модели 4 подаваемое на 30ее выход напряжение - аналог величины, характеризукщей состояние исследуемой.системы, изменяется. При совпадении двоичного кода величиныэтого напряжения, с числом, закодированным в дешифраторе 2, на соответствующем его выходе появляется импульс напряжения. Этот импульс, поступая на единичный .вход триггера,переводит его в единичное состояние,т.е. на выходе триггера, подключенном 4 Ок соответствующему элементу модели4, пдявляется напряжение - аналогвозмущения, прикладываемого к этомуэлементу. При прохождении системойконечной границы интервала действия 45возмущения появляется импульс напряжения на выходе дешифратора 2,подключенном к нулевому входу триггера. Триггер перебрасывается в исходное состояние, действие возмущения . 5 Опрекращается. Аналогично подключается и отключается напряжение - аналогвозмущения ко всем остальным элементам системы.Набирая соответствуктцим образомдешифратор, можно моделировать любой нужный режим работы исследуемойсистемы, получая необходимое количество действующих на нее возмуще, ний, распространяющихся с необходимой скоростью. 60Схема модели 4 исследуемой системы по количеству структурных элемен"тов, приведенных на фиг, 2, соответст.вует электронной модели миксерногопоезда, состоящего из локомотива , 65 и шести миксеров, предназначенныхдля транспортировки расплавленногометалла.Блоки 5, б, 7, 8 , моделируют движение локомотива, а каждые последующие четыре блока с одинаковыми индексами - движение каждого миксера как твердого тела. Сумматоры 8 реализуют демпфирующие свойства моделируемого объекта (рассеивание энергии в системе при ее движении). Реализация линейных или нелинейнь 1 х характеристик междувагонных соединений осуществляется с помощью сумматоров б путем включения соответствую . щих обратных связей в их операционных усилителях, На приведенной (фиг. 5) осциллограмме изменения уси лий на выходах этих усилителей соответствуют линейным силовым характеристикам междувагонных соединений. Как известно, реализация линейных либо нелинейных характеристик соединений не приводит к изменениям времени интегрирования уравнений движения и не оказывает никакого влияния на движение системы в целом, а приводит лишь к изменению внутренних усилий. Это в свою очередь приводит к отсутствию отличий при исполь" зованин устройства для реализации как линейных, так и существенно нелинейных задач динамики сложных механических систем.На выходах интеграторов 5 формируются абсолютные скорости движения всех семи масс (локомотива и шести миксеров), а на выходах интеграторов 7 относительные перемещения этих жемасс.Интегратор 9 обеспечивает получение абсолютного перемещения локомотива, т.е. характеризует путь прохождения поездом в течение всего времени его движения. Это напряжение . - аналог пути, пройденного поездом, и подается в качестве управляющего на блок 1, С выхода блока 3 на интеграторы 5 подаются напряжения - аналоги распространяющегося возмущения.На вход интегратора 5 подается и напряжение Г , характеризующее силу тяги локомотива.При необходимости моделирования другого числа масс структура моде ли может быть соответствующим образом изменена.С помощью устройства моделировалось движение миксерного поезда, состоящего из локомотива ишести миксеров, предназначенныхдля транспортировки расплавленногометалла, по участку пути длиной2000 м (фиг. 4) . Участок состоитиз горизонтального отрезка длиной400 м, .подъема= 16 длиной678 м, горизонтального, отрезкадлиной 254 м, спуска= 1 бЪ длиной300 м и завершается горизонтальным отрезком длиной 400 м.5, Для моделирования движения поезда по исследуемому участку необходимо прикладывать усилие, вызываемое уклоном, поочередно к каждой массе в момент въезда ее на уклон и убирать при выезде на горизонтальный отрезок пути.Длина локомбтива 17 м, миксера 32,6 м, Выбирая масштаб моделирова О ния 1 .- 5 м и учитывая, что число 1 на выходе АЦП соответствует напряжению 10 мВ на его входе, получим, что длина локомотива выразится числом 8, миксера ",16, а длины 15 горизонтальных отрезков и уклонов .на исследуемом участке - числами, 200, 339, 77, 150 и 200 соответственно. Это значит, что к первой масме (локомотив) усилие, вызванное въездом на подъем, должно быть подключено при числе 200 на выходе АЦП, к второй массе - при числе 208, к третьей - 224 и т.д, Анало- . гично, моменты отключения задаются числами 439, 547, 5 б 3 и т, д.Поэтому дешиФратор набран таким образом, что на его первом выходе сигналпоявляется при выходе АЦП равном 200, на втором - при 208, на третьем - при 224, Таким образом, 30 программируется весь моделируемый .участок.На вход АЦП подается с модели напряжение - аналог пути, пройденного поездом. При работе модели 35 это напряжение нарастает. При совпадении циФрового кода величины этого напряжения на выходе йЦП с числом, закодированным в дешиФраторе, на соответствующем его выходе появляет О ся импульс напряжения,. который, поступая на тот или иной вход тригге. ра в коммутаторе, перебрасывает его в требуемое состояние, Например, при прохождении локомотивом точки начала подъема, находящийся на расстоянии 400 м качала участка, на выходе АЦП появляется двоичный код числа 200, что вызывает появление сигнала на первом выходе дешифратора, который подсоединен к единичному входу пер ОУст. вого триггера, Триггер перебрасываетсяв единичиое состояние, на его выходепоявляется напряжение. Это напряжение - аналог усилия, действующегона локомотив при его движении поподъему, подается на первую массу модели, соответствующую локомотиву.При выезде локомотива на горизонтальный участок (1078 м от начала участка) на выходе АЦП будет двоичный кодчисла 539, в результате чего появляется сигнал на втором выходе дешифратора, который подсоединен к нулевому входу первого триггера. Триггерперебрасывается в нулевое состояние,напряжение на его выходе исчезает.Прекращается действие на локомотивусилия, вызванного его движением поуклону.Аналогично подключаются и отключаются возмущения, вызванные движением по. уклону миксеров, составляющихмоделируемый поезд,На Фиг. 5 показана осциллограммамоделирования движения поезда поучастку. Линии 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13отражают состояние триггеров коммутатора, линии 2, 4, б, 8, 10, 12изменение усилий в сечениях поезда(масштаб: в 1 мм - 12,5 кГ). Моменты времени 11 - 1соответствуют въезду локомотива и шестимиксеров наподъем 18 - 1 - выезду на горизонтальный участок, 1 - 1 - началу движениякаждого элемента поезда на спуске,17 - 8 - вцезду на завершающийгоризонтальный участок пути. По изменению промежутков времени междупереключениями триггеров можно судить (с учетом разницы длин локомотива и миксеров) об изменении скорости поезда при движении по различным участкам исследуемого отрезкапути. Тяга локомотива бралась постоянной на протяжении всего времени иравна 230 кН.Применение предлагаемого устройства позволит ускориь проведение ис,следований повысить их качество,и,.в ряде случаев, избежать проведениясложных и требукцих больших материальных заФрат натурных экспериментов.