Устройство для моделирования ротор-ных систем

Союз Советских Социалистических Реслублик(51)М. Кл з с присоединением заявки йо С Об 0 7/бб Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий(72) Автор изобретены И.Ю.Скучас Каунасский политехнический инсти им. Антанаса Снечкуса(71) Заявит 4) УСТРОИСТВОРОТОРН МОДЕЛИРОВАНИИСТЕМ ва не поэвообласть едотвраустойчивых рных сисванном синданные устройс елить воэможну параметров и п ение вредных н нелинейных рот их автоматизир Однал яют оп изменен тить по режимов темах и теэе,о Изобретение относится к автоматизации научных исследований механических колебательных систем и может быть применено для автоматизированного синтеза сложных нелинейных систем5 с помощью аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машин.Известны устройства для моделирования беэ определения возможной об 1 ласти изменения параметров и предотвращения вредных неустойчивых режимов в нелинейной системе 1. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирова ния нелинейных роторных систем, содержащее возбудитель крутильных колебаний, прикрепленный через крутильный динамометр к валу роторного механизма, выход которого через после довательно включенные операционный усилитель и усилитель мощности соединен с первым входом управляемого ограничителя, выход которого соединен со входом возбудителя крутильных колебаний, и закрепленный на валу роторного механизма датчик крутильных колебаний, выход которого соединен со входом блока дифференцирования 2, 30 Цель изобретения - повышение точ ности моделирования.укаэанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования роторных систем, содержащее возбудитель крутильных колебаний, прикре ленный через крутильный динамометр к валу роторного механизма, выход которого соединен со входом блока параметрической оптимизации, выход которого соединен с первым входом умножителя, выход которого через последовательно включенные операционный усилитель и усилитель мощност соединен с первым входом управляемо го ограничителя, выход которого соединен со входом возбудителя крутильных колебаний, и закрепленный на валу роторного механизма датчик крутильных колебаний, выход которого соединен со входом блока дифференцирования, введены фаэометр, первый и второй дополнительные умножители, 822221 4функциональный преобразователь, частотомер, блок запоминания экстремальных значений, первый и второй элементы ИЛИ, ключ, пороговыЯ элемент, вычислительный блок и щ, каналов управления, каждый из которых состоит из первого и второго блоков возведения в степень, умножителя, делителя и блока сравнения, причем выход датчика крутильных колебания соединен со входом частотомера и входом блока запоминания экстремальных значений, выход частотомера соединен со входами первых блоков возведения в степень каналов управления, в каждом из которых выход первого блока возведения в степень соединен с первым входом умножителя, выход которого соединен с первым входом делителя своего канала, выход которого связан с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго блока возведения в степень, а выходы блоков сравнения всех каналов управления соединены соответственно со входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом управляемого ограничителя, выход блока дифференцирования соединен со вторым входом умножителя, связанным с первым входом фазометра и входом вычислительного блока, нечетные выходы которого подключены соответственно ко вторым входам умножителей каналов управления,а четные выходы вычислительного блока соединены соответственно со входами второго элемента ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные ключ и пороговый элемент связан с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход крутильного динамометра соединен со вторым входом фазометра, выход которого соединен с первым входом первого дополнительного умножителя, второй вход которого подключен к выходу частотомера, выход дополнительного умножителя соединен с управляющим входом ключа и через функциональный преобразователь связан с первым входом второго дополнительного умножителя, выход которого соединен со вторыми входами делителей всех каналов управления, причем выход блока запоминания экстремальных значений соединен со входами вторых блоков возведения в степень всех каналов управления, а выход блока параметрической оптимизации соединен со входом второго дополнительного умножителя,На чертеже приведена схема устройства.Схема устройства содержит вал 1 роторного механизма 2, возбудитель 3 крутильных колебаний с неподвижным корпусом 4, жестко соединенным с постоянным электромагнитом 5; с якорем б, жестко закрепленным на валу 1 и через пружины 7 - к корпусу 4, и обмотками 8, расположеннымина якоре б, крутильный динамометр 9,закрепленный на валу 1 между роторным механизмом 2 и возбудителем 3,5 датчик 10 крутильных колебаний, закрепленный на валу 1, блок 11 моделирования, состоящий из последовательно соединенных умножителя 12 иоперационного усилителя .13, блок14 параметрической оптимизации, че)рез который выход динамометра 9 соединен с вторым входом блока 11, усилитель 15 мощности и последовательнос ним соединенный управляемый ограничитель 16, через которые выход опера ционного усилителя 13 соединен с обмоткой 8 возбудителя 3, фазометр 17,один вход которого соединен с выходом динамометра 9,и последовательнос ним включенные первый умножитель 20 18, функциональный преобразователь19 и второй умножитель 20, квторому входу которого подключенвыход блока 14, частотомер 21, блок22 запоминания экстремальных значе ний и вычислительный блок 23, блок24 дифференцирования, через которыйвыход датчика 10 соединен с входамиблоков 11, 17 и 23, а также выходдатчика 10 непосредственно соединен с входами блоков 21, 22,последовательно соединенные первыйэлемент 25 ИЛИ, входя которого соединены со счетными выходами блока23, ключ 26, второй вход которогосоединен с выходом блока 18, и пороговый элемент 27,28,28 . 28- идентичные каналы управлейия, в каждом 1-том из которых: 29 - умножитель, вход которого соедйнен с 1-тымнечетным выходом блока 23, последо вательно с ним соединенные блок 30деления, второй вход которого соединен с выходом блока 29, и блок 31сравнения, а также 32, 33; - блокивозведения в (П) степени, через 45 которые выход частотомера 21 и выходблока 22 запоминания экстремальныхзначений соединен со вторым входомблока 29 и 31 соответственно, второй элемент 34 ИЛИ, через который 5 р выходы блоков 27, 31 , 31231соединены с входом управляемого ограничителя 16. Устройство работает следующим у образом.Вал 1 роторного механизма совер шает крутильные колебания в зависимости. от процессов, происходящих в роторном механизме или созданных искусственно. Также колебания по одной из модельных форм может быть выражено уравнениемгде Ч ,(, у - координаты угловыхускорений, скоростии амплитуды колебаний;- приведенный моментинерции вала 1;Г 1 Му 21 Ч) - диссипативные и потенциальные характеристики роторногомеханизма;М - приведенный активныймомент,.действующийна вал 1.Потенциальная характеристика во многих случаях известна, является более простой или даже линейной, т.е. Г 2ц)= к ( , где )с - коэф Фициент жесткости. Диссипативная характеристика во многих прецизионных системах является нелинейной и заранее неизвестна. Поэтому наиболее трудной задачей является синтез пре О цизионных механизмов, например измерительные приборы, узлы механизмов и т.д.,по диссипативным характеристикам. Таким образом, общее уравнение при синтезе может быть 25 выражено где Ь ф" 1) - неизвестная, зависящая от конструкции,диссипативная характеристика роторногомеханизма, где ииндекс постоянногокоэффициента характеристики и степеньнелинейности соответственно;синтезируемая диссипативная характерис Отикакоэффициент демпфи-рования;л. - время запаздыванияв контуре автоматиэированкзго синтеза.Синтез диссипативной характеристики щ(1,) производится общеизвестными методами, т.е, в блоке 11 моделирования формируется сигнал, пропор-. 50циональный скорости крутильных колебаний, которая получается при дифФеренцировании блоком 24 выходногосигнала датчика крутильных колебаний. Блок параметрической оптимизации по сигналу реакции системы,поступающему от крутильного динамометра 9, которую вызывают воздействием сигналом с выхода блока 11 моделирования через усилитель мощности н управляемй ограничитель на 60обмотку 8 возбудителя 3 крутильныхколебаний, синтезирует сигнал, оптимальный по заданному критерию переходного процесса, пропорциональныйкоэффициенту демпфирования ) 65 Крутящий момент возбудитель крутильных колебаний создает по сигналу,пропорциональному величине ) щ)поступающему в обмотку 8. Из-за наличия динамической системы возбуди"теля, состоящей из якоря 6, жесткозакрепленного на валу и через пру:жины 7 к корпусу 4,этот момент будетпередаваться с некоторой Фазой,отличающейся от сигнала )(Ц, которая оценивается временем запаздывания. Это отражается в уравнении(2),Для обеспечения устойчивости привышеизложенном автоматизированномсинтезе большого класса роторныхсистем, представляемых приближеннымуравнением (2), сигналы с выхода крутильного динамометра и блока дифференцирования поступают на Фазометр,навыходе которого получается сигнал,пропорциональный разности фаз междуопорным сигналом с блока дифференцирования 2.4 и сигналом с крутильного динамометра. Этот сигнал пропорционален величине времени запаэдылвания, Также сигнал с выходадатчика 10 пропорциональный моментной величине крутильных колебаний,поступает на частотомер 21, на выходекоторого получается сигнал, пропорциональный круговой частоте крутильных колебаний, и на блок запоминанияэкстремальных значений 22, работающийпо принципу аналогового запоминающего устройства, на выходе которогополучается сигнал, пропорциональныйамплитуде крутильных колебаний. Сигнал с выхода блока дифференцированияпоступает на вход вычислительногоблока, работающего по принципу устройства для определения постоянныхкоэфФициентов диссипативных и потенциальных характеристик, т.е. сравнение сигнала с датчика 10 с известными нелинейными функциями, на выходахкоторого получаются сигналы, пропорциональные Ь, по уравнению (2), где- номер выхода блока 23, а такжестепень диссипативной характеристики,идентифицированной с помощью блока 231 интезируемого роторного механизма 2.Анализом нелинейной системы вида (2)найдено, что неустойчивой системастановится приВсоси 2со Входом частотомера и входом блока запоминания экстремальных значений, выход частотомера соединен совходами первых блоков возведения встепень каналов управления, в каждомиз которых выход первого блока возведения в степень соединен с первымвходом умножителя, выход которогосоединен с первым входом делителясвоего канала, выход которого связанс первым входом блока сравнения,второй вход которого подключен квыходу второго блока возведения встепень, а выходы блоков сравнениявсех каналов управления соединенысоответственно со входами первогоэлемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом управляемогоОграничителя, выход блока дифференцирования соединен со вторым входомумножителя, связанным с первым входом Фаэометра и входом вычислитель"ного блока, нечетные выходы которогоподключены соответственно ко вторымвходам умножителей каналов управления, а четные выходы вычислительногоблока соединены соответственнО совходами второго элемента ИЛИ, выходкоторого через последовательно соединенные ключ и пороговый элементсвязан с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход крутильногодинамометра соединен со вторым входомфазометра, выход которого соединенс первым входом первого дополнительного умножителя, второй вход которогоподключен к выходу частотомера, выход дополнительного умножителя соединен с управляющим входом ключа ичерез Функциональный преобразовательсвязан с первым входом второго дополнительного умножителя, выход которого соединен со. вторыми входами делителей всех каналов управления, причемвыход блока запоминания экстремаль 5 ных значений соединен со входамивторых блоков возведения в степеньвсех каналов управления, а выходблока параметрической оптимизациисоединен со входом второго дополни;щ тельного умножителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 417771, кл. 0 05 В 23/02, 1972,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 ;2466543/18-24,кл. 6 06 0 7/66, 1977 (прототип)Вгггг 1 Составитель И.Лебедевктор М.Недолуженко Техред М.Голинка орректор О.вилак исиое Вака лиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 185 В/76 Тираж ВНИИПИ Государстве ло делам иэобре 113035. Москва, Ж 745 Пного комитета СССРений и открытий5, Раушская наб