Устройство для моделирования нелинейности типа сухое трение

Союз Советски кСоциалистическиеРеспубпнк ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 934501(22) Заявлено 17. 06. 80 (21) 29 ч 2977)18-2 чс присоединением заявки ЖРвударстееииый комитет СССР па делам изобретений и открытийДата опубликования описания 07. 06. 82(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ ТИПА "СУХОЕ ТРЕНИЕ" Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых и гибридных вычислительных машинах при исследованиях систем автоматического5 управления.Известны устройства для моделирования сухого трения1 1. Известно устройство для моделирования нелинейного типа "сухое трение", содержащее блок памяти, два функциональных преобразователя и два сумматора, причем выход первого функционального преобразователя подключен ко второму входу второго сумматора, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, выход которого подключен к четвертому входу операционнного усилителя и ко второму входу первого сумматора, выход которого связан со входом второго фукнционального преобразователя, выход которого подключен к третьему входу операционно"го усилителя21,Анализ схемы указанного устройства (фиг.1), а также опыт его эксплуатации показали наличие двухвоздействий (напряжения страгиваниЯ Ь и Разности напРЯжений РВн -Рт )требует коррекции коэффициента Кв зависимости от вида заданной фукнции РВн,так как в отдельных случаяхна качество переходного процессазаметное влияние оказывает их одновременное действие(Ртр Ф 0, а ь ещене обнулилось полностью).В реальной системе возможны такиесостояния, когда при Х = д = 0 имеет местоРо(1 ) - СХ(С )О,. 1)и Х = соп.з 1 сохраняется при1)1В указанном устройстве эти состояния воспроизвести не удается,так как после запоминания Рв( )наличие неравенства 1 приводит к934501 3дальнейшему изменению Х(й), покапри т. Ъ СС не наступитзуХ -Е,т (с)С Целью изобретения является повышение точности моделирования.Для"достижения цели в устройство для моделирования нелинейности типа "сухое трение", содержащее блок 1 о моделирования механической системы, состоящий из операционного усилителя, выход которого соединен со входом первого интегратора, выход которого соединен со входами второго интегратора и первого инвертора, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами операционного усилителя, первый и второйфункциональные преобразователи, первые входы которых соединены с выходом второго интегратора, а второйвход первого функционального преобразователя подключен к выходу первого инвертора и через первый компаратор соединен с первым входом элемента НЕ-И, выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, задающий блок, выход которого соединен с первым входом первогосумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, и пульт управления, выходы которогосоответственно соединены со вторым входом элемента НЕ-И и с управляющими входами первого и второго интеграторов задающего блока, дополнительно введены третий функциональный преобразователь, второй инвертор, ключ, последовательно соединенные40 дифференцирующий и инерционный элементы и второй компаратор, причем первый выход блока памяти через второй инвертор соединен со вторым входом первого сумматора, выход ко 45 торого через ключ соединен с первым входом третьего функционального преобразователя, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго функционального о преобразователя, второй вход которого подключен ко второму входу первого функционального преобразователя, выход которого соединен со вторым входом третьего функционального преобразователя, третий вход которого связан со входом блока па 1мяти и подключен к выходу второго 1интегратора, а выход блока памятисоединен с третьим входом операционного усилителя, четвертый вход которого подключен к выходу второгосумматора, а выход второго интегратора через последовательно соединенные дифференцирующий и инерционныйэлементы и второй компаратор соединен с управляющим входом ключа.На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 оеализчемая характеристика; нафиг.3 - 5 - характеристики первого,второго и третьего функциональныхпреобразователей,Устройство для моделирования нелинейности типа "сухое трение" состоит из модели механической системы 1, выполненной на операционномусилителе 2, двух интеграторах 3 ии на инверторе 5, задающего блока 6,пульта 7 управления, элемента НЕ-И 8,блока 9 памяти, первого 10 и второго 11 сумматоров, функциональных преобразователей ФП 12 - 14, последовательно соединенных дифференцирую-,щего и инерционного элементов ( ДИ)15, компараторов 16 и 17, ключа 18и второго инвертора 19. Известно, что при моделированиидвижения механической системы сучетом силы сухого трения необходимо корректно реализовать характеристику (фиг.й),где Р - максимальное значениет Р и 1силы трения .покоя,при Х = Х6 СК) - поправка, учитывающаяизменение силы сухогоФтрения от величины Х(при Х = Х);6 1 - малое напряжение, необходимое для обеспечения устойчивого состоянияе блока, имитирующего Р (Х).8 общем случае при .движении механической системы сила сухого трения может принимать различные значения, зависящие не только от скорости (Х), но и от координаты (Х),Следовательно, значения Ртмогут задаваться некоторой нелинейной функцией, то ее можно сказатьи о поправке Д(Х), которая можетбыть задана семейством кривыхДф(Х., Х) и реализована в виде Д (Х)5 9345Для реализации разности сил Е =Гр (Х,Х), действующих на механическую систему в предлагаемомустройстве предназйацены сумматоры10 и 11, ФП 12, 13 и 14, и ключ 18. зХарактеристика ФП 12 (фиг.31соответствует типовой нелинейности "ограничения" с функциональноизменяющимся напряжением отпираниядиодов Ч, зависящим от значения Х, 0Принимаем, цтоЧ / (О 1 1 1)/Е РФП 13, предназначенный для реализации поправки Д(Х, Х ) фиг,4), пРедставляет собой нелинейный блок сфункционально изменяющимся в зависимости от значений Х коэффициентом усиления. 20 Так как при Х = 0 выполня а = 0 то с выхода элемента г/ манда П = 1 поступает на уп щий вход блока памяти 9. При на выходе 9 запоминается наптся .8 коавляюэтом яже Для учета изменения напряжения" 1 е = ЦХ) в ФП 12 и 13 предусмотрена коррекция по Х: коэффи. циента усилений в ФП 12 и напряжения отпирания диодов на участке 0 с /Х/ с/е / - в ФП 131, фиг.4) . ФП 14, предназначенный для моделирования значений силы трения покоя Г р и = Х(ц, Х), где Ц = Е + Ф (фиг 5), представляет собой сумматор с подключенной к нему схемой ограничения на диодах, входы которо го1-ый и 2-ой входы ФП 14) связаны, соответственно, с выходом сумматора 11 через ключ 18 (Е или 0) и с выходом ФП 12 (Г) . Коэффициент усиления по каждому входу равен 1.Напряжение отпирания диодов ГТ , функционально изменяется в зависимости от Значения Х,Блок 15 выполнен по типовой схеме и имеет передаточную функцию где К и Т являются параметрами настройки блока,Связь блока 15 через компаратор17 с управляющим входом ключа 18обеспечивает два положения схемы:при Х = сопят Я = 0 и а = 0 - выход сумматора 10 соединен с первымвходом ФП 14;при Х Ф сопят / у/ Я/ и а =Т- первый вход ФП 14 переклюцен на шинус потенциалом О,Таким образом, блок 15 с компаратором 17 и ключом 18 предназначены. для переключения первого вхоО 1 6да ФП 14 на напряжение 0 послефстрагивания" и последующего движения механической системы. Описанныевыше ФП 12 - 14 и блок 15 с компаратором 17 и ключом 18 позволяютпри подключении выходов 10, 13 и14 на входы сумматора 11 получитьна его выходе:Е 1 = О, пРи 1 яц = СопсйЕ = О, при Гсонями, но= соп, Х = Ои / Г/И тР/Г = Г - ГтР(Х, Х), приХ/7/е /Работа аналогового вычислительного устройства для моделированиянелинейности типа "сухое трение"происходит следующим образом.До начала интегрирования на выходе усилителей 3 и 4 устанавливают соответствующие значения началь.ных условийХ(0) = 0 и Х(О) = ХНа выходе блока 6, выполненного наоперационных усилителях, например,в виде генератора нелинейных коле баний, устанавливают начальные ус- ловия ГВН (О) ЪДля состояния покоя системы должновыполняться условие:Г, - СХ =О.До начала интегрирования команды П = П = О, поэтому напряжение Х (О) = Хо, Следовательно, при3= 0 напряжение Г(0) на выходе сумматора 10 должно быть равно нулю, напряжения 1 р ина выходе ФП 12 и 13 и напряжение Е Рна выходе ФП 14 также должны быть равны нулю, Тогда Г(0) на выходе сумматора 11 равно нулю и напряжение ВХ на выходе усилителя 2 равно нулю, поскольку СХО - ГХЗ"(0) = О.При пуске устройства с пульта 7 управления на цепи управления интег. раторов 3 и 4 модели механической системы 1 и интеграторов блока 6 поступают команды П (подготовка) и А ( пуск); кроме того, команда П = 1 поступает на элемент НЕ-И 8, управляющий блоком 9 памяти.93450 О Формула изобретения 15 25 35 Таким образом, выполнение устройства в соответствии с изобретением позволяет более точно моделировать статику механической системы и повысить качество моделирования переходных процессов в ней, в том числе на нулевых и близких к нулю скоростях, при наличии сил , "сухого трения". Устройство для моделирования нелинейности типа "сухое трение", содержащее блок моделирования механической системы, состоящий иэ операционного усилителя, выход которого соединен с .входом первого интегратора, выход которого соединен с входами второго интегратора и первого инвертора, выходы которых соответственно соединены с первым и вто,рым входами операционного усилителя, первый и второй Фукнциональные преобразователи, первые входы кото-. рых соединены с выходом второго интегратора, а второй вход первого Функцйонального преобразователя под. ключен к выходу первого инвертора и через первый компаратор соединен с первым входом элемента НБ-И, выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, задающий блок, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, и пульт управления, выходы которого соответственно соединены со вторым входом элемента НЕ-И и с управляющими входами первого и второго интегра 1 10торов и задающего блока, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности моделирования,в него дополнительно введены третий функциональный преобразователь,второй инвертор, ключ, последовательно соединенные дифференцирующий и инерционный элементы и второйкомпаратор, причем первый выход блока памяти через второй инвертор соединен со вторым входом первого сумматора, выход которого через ключсоединен с первым входом третьегофункционального преобразователя,выход которого соединен со вторымвходом второго сумматора, третийвход которого подключен к выходувторого функционального преобразователя, второй вход которого подклю 20 чен ко второму входу первого Функционального преобразователя, выходкоторого соединен со вторым входомтретьего функционального преобразователя, третий вход которого связан с входом блока памяти и подключенк выходу второго интегратора, выходблока памяти соединен с третьим входом операционного усилителя, четвертый вход которого подключен к выЗО ходу второго сумматора, а выход второго интегратора через последовательно соединенные дифференцирующий и инерционный элементы и вто,. рой компаратор соединен с управляющим входом ключа,Ирточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 334575, кл. С 06 С 7/48, 1970.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке й 2830568/18-24,кл. С 06 С 7/48, 1979 (прототип),934501 х/8/ Составитель И. ЛебедевРедактоР А.Власенко ТехРед и Тепер Корректор И,иу ал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 3938/46ВНИИПИ Гпо дел113035, Мо Тираж 731ударственногом изобретенийва, Ж, Рау Подписнокомитета СССРи открытийская наб., д, 4/