Устройство для моделирования распространения возмущений в сложной системе

(19) П) 48 11 006 ПИОАЙЙЕ ИЗОБРЕТЕЙИВТОРСИОММ СВИХ Г.",ПЫ ТВУ т-гоиющих лне ент ло ое свидетельство СССР494846/18- 24,/48, 1982 (прототип) уп ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Институт технической механики АН Украинской ССР(56) 1. Г 1 анашкин Л.А., Бондарев А,М. Электронное моделирование тормозных сил при статистических исследованиях переходных режимов поездов, - В сб,: Исследования в области динамики рельсовых зкипажей. Труды Днепропетров" ского института инженеров железнодорожного транспорта им. М.И. Калинина. Вып. 182/22, Днепропетровск, 1976,с, 137.2. Авторскпо заявке Р 3кл. С 06 С 7(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЗГ 1 УЩЕНИЙ ВСЛОЖНОЙ СИСТЕГ%, содержащее модельисследуемой системы, включающую двегруппы по 1( сумматоров, первую группу из ( К + 1) интеграторов, вторуюгруппу из К интеграторов и выходнойинтегратор, выход-го сумматорапервой группы ( 1 = 1, К ) соединенс.первым входом 1 -го интеграторапервой группы и вторым входом( 1 +1)-го интегратора первой группывыход первого интегратора первойгруппы подключен к входу выходногоинтегратора, первому входу первогоинтегратора второй группы и первомувходу первого сумматора второй группы, выход 1 -го интегратора первойгруппы ( р = 2, К ) подключен к второму входу (-1)-го интегратора второй группы, второму входу ( Г" -1)-гсумматора второй группы, первомувходу-го интегратора второй группы и первому входу-го сумматоравторой группы, выход ( К +1)-го интегратора первой группы соединен свторым входом К -го интегратора врой группы и с вторым входомсумматора второй группы, о тлч а ю щ е е с я тем, что, с цеупрощения устройства, оно дополнительно содержит источник возмущанапряжений, наборное поле, вылоное в виде металлических л , чис которых равно числу выходов источника возмущающих напряжений, подвижный контактор, выполненный в виденепроводящей обоймы с контактамипо числу, выходрв источника возмущающих напряжений, и.преобразовательнапряжение - перемещение, выход которого кинематически связан с подвижнымконтактором, установленным на наборном поле с возможностью перемещениявдоль его металлических лент, подключенных к соответствующему выходу источника возмущающих напряжений, выходы контактов подвижного контактораподключены к третьим входам соответствующих интеграторов первой группымодели исследуемой системы, выходвыходного интегратора которой соединен с входом преобразователя напряжение - перемещение, а в модели исследуемой системы выход-го интегратора второй группы и выход 1 -госумматора второй группы подключенысоответственно к первому и второмувходам- го сумматора первой грпы1 11 ЗОИзобретение относится к моделирущим устройствам и может быть использовано для исследования сложных си- -стем, состоящих из большого числаэлементов и функционирующих в изме 5няющейся обстановке (например, железнодорожного поезда, движущегося поучастку нути с переломами продольного профиля и т.п.), когда объектподвергается различным внешним воздействиям.В случае систем с распределеннымипараметрами такого рода возмущениячасто воздействуют неодновременнона все элементы системы, т.е. распространяются по системе.Известно устройство для моделирования распространения фронта волныразряда тормозной магистрали и волнынаполнения магистрали воздухом.В этом устройстве моделирование распространения фронта волны разрядаи наполнения тормозной магистралиосуществляется регистром, выполненнымиз стандартных по схеме триггеров,связанных между собой линиями задержки, Импульсы с частотой, соответствующей скорости разряда магистрали,,поступают от генератора на первуюгруппу входных вентилей. РаспростраЗОнению волны разряда магистрали соответствует "волна" перехода триггеровв единичное состояние, Изменив частоту генератора на соответствующуюскорости наполнения магистрали воздухом, подают импульсы на вторую групЗ 5пу входных вентилей. При этом триггеры последовательно возвращаются висходное (нулевое) состояние. "Волна"перехода триггеров в нулевое состояние соответствует распространениюволны наполнения магистрали воздухом 1 .Недостаток устройства заключаетсяв том, что оно позволяет моделироватьраспространение в системе только одного независимого возмущения и только с заранее заданной постояннойскоростью,Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для моделирования распространения возмущений, содержащее модель исследуемой системы,которая состоит из двух групп сумматоров по 1 в каждой группе, первойгруппы из+1 интеграторов, второй 55группы изинтеграторов и выходногоинтегратора, причем сумматоры первойгруппы и интеграторы обеих групп 883 1 объединяются в К последовательно соединенных колебательных звеньев (осцилляторов), аналого-цифровой преобразователь, программный дешифратори триггерный коммутатор,Выход модели исследуемой системы,с которого снимается управляющее напряжение, соединен с входом аналогоцифрового преобразователя, выходыкоторого подключены к входным шинамдешифратора, выходы дешифратора соединены с входами коммутатора, выходы которого подключены к элементаммодели системы.Дешифратор набирается таким образом, что наличие сигнала на какомлибо его выходе. соответствует переходу системы через границу интервалауправляющего напряжения, на которомк определенному элементу системы при.кладывается возмущение. Выходы дешиф.ратора, определяющие начальные и конечные границы таких интервалов, подсоединены, соответственно, к единичным и нулевым входам триггеров коммутатора,При работе модели подаваемое наее выход напряжение-аналог величины,характеризующей состояние исследуемой системы, изменяется. При совпадении двоичного кода величины этогонапряжения с числом, закодированнымв дешифраторе, на соответствующемего выходе появляется импульс напряжения, Этот импульс, поступая наединичный вход триггера, переводитего в единичное состояние, .т.е, навыходе триггера, подключенном к соответствующему элементу модели, появляется напряжение - аналог. возмущения, прикладываемого к этому элементу. При прохождении системой конечной границы интервала действия,возмущения появляется импульс напряжения на выходе дешифратора, подключенном к нулевому входу триггера. Триггер перебрасывается в исходное состояние, действие возмущения прекращается. Аналогично подключается и отключается напряжение - аналог возмущения к всем остальным элементам системы 2Недостаток известного устройства состоит в том, что при исследовании систем с большим числом элементов, подвергающихся действию большого числа возмущений, устройство становится громоздким и, как следствие, значительно усложняется и требует больших затрат времени перепрограммирования3 4ое в виде металлических лент, числооторых равно числу выходов источниа возмущающих напряжений, подвижнойконтактор, выполненный в виде непроводящей обоймы с контактами по числувыходов источника возмущающих напряжений, и преобразователь напряжениеперемещение, выход которого кинемати-чески связан с подвижным контактором,установленным на наборном поле с возможностью перемещения вдоль его металлических лент, подключенных ксоответствующему выходу источникавозмущающих напряжений, выходы контактов подвижного контактора подключены к третьим входам соответствующиинтеграторов первой группы модели ис.следуемой системы, выход выходногоинтегратора которой соединен с входом преобразователя напряжение - перемещение, а в модели исследуемой4системы выход-го интегратора второй группы и выход-го .сумматоравторой группы подключен соответственно к первому и второму входам-госумматора первой группы,На фиг. 1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства, на фиг.2 -модель исследуемой системы (макетконвейерного поезда); на фиг. 3 -подвижной контактор; на фиг, 4 -структура участка пути, на котороммоделировалось движение макета конвейерного поезда; на фиг. 5 - наборное поле.Устройство (фиг, 1) состоит изисточника 1 возмущающих напряжений,наборного поля 2, подвижного контактора 3 и преобразователя 4 напряжение - перемещение. Модель 5 исследуемой системы содержит первую группусумматоров 6, первую группу 7 интеграторов, выходной интегратор 8, вторую группу интеграторов 9, вторуюгруппу сумматоров 10,Блоки 6, 7 , 9; и 10; моделируютдвижение 1 -1 вагонетки конвейерногопоезда как твердого тела,Сумматоры 10 реализуют демпфирующие свойства моделируемого обьвкта(рассеивание энергии в системе приее движении), а также мокнут использоваться для реализации нелинейныххарактеристик междувагонеточных соединений. Последние, в свою очередь,реализуются с помощью сумматоров 6,Реализация линейных либо нелинейных характеристик соединений не приводит к изменениям времени интегри 3 113088 устройства при изменении условий ре- н шаемой задачи. Так, для исследования к движения поезда, состоящего из семи к единиц подвижного состава, по участку пути с подъемом, горизонтальным5 участком и спуском требуется дешифратор из 280 элементов и коммутатор из 14 триггеров. При увеличении числа единиц подвижного состава в поезде до 10, число элементов дешифратора возрастает до 400, а количество триггеров в коммутаторе - до 20. Если же требуется исследовать движение по тому же участку поезда, состоящего из 20 единиц подвижного состава (а среднее количество вагонов в грузовом поезде 50-70), то устройство будет .насчитывать уже 800 элементов дешифратора и 40 триггеров.Для перепрограммирования дешифратора необходима перепайка всех его. элементов. Поэтому для программирования (набора) задачи требуется исполнитель достаточной квалификации и затраты рабочего времени, на несколько порядков превышающие время решения, В связи с этим необходимо упростить и ускорить решение задач,Целью изобретения является упроще. ние устройства.Эта цель достигается тем, что в30 устройство, содержащее модель исследуемой системы, включающую две группы по 1( сумматоров, первую группу из ( 1 +1) интеграторов, вторую группу изинтеграторов и выходной ин тегратор, выход 1 -го сумматора первой группы (= 1,1 ) соединен с первым входом 1 -го интегратора первой группы и вторымвходом ( +1)-го интегратора первой группы, выход первого интегратора первой группы подключен. к входу выходного интегратора, первому входу первого интегратора второй группы и первому входу первого сумматора второй группы, вы ход о -го интегрАтора первой группы (= 2, О подключен к второму входу ( р -1)-го интегратора второй группы, второму входу (-1)-го сумматора второй группы, первому входу-го интегратора второй группы и первому входу 1 -го сумматора второй группы, выход ( 1 +1)-го интегратора первой группы соединен с вторым входом ц -гс интегратора второй группы и с вторым входом 1 -го сумматоравторой группы, введены источник возмущающих напряжений, наборное поле, выполненторым подвижного контакта возмущающее напряжение через него подаетсяна соответствующий элемент модели 5. Подвижный контактор 3 выполненв виде непроводящей обоймы, несущейнеобходимое количество "плавающих"контактов. Каждый контакт соединенотдельным проводником с соответствующим элементоммодели 5,Преобразователь 4 напряжение - перемещение представляет собой функциональное устройство, реализующее механическое перемещение, рабочего элемента (в данном случае контактора 3)как функцию входного напряжения, Онможет состоять из усилителя, электродвигателя, редуктора с системойперемещения рабочего элемента, потенциометра обратной связи и источникаопорного напряжения,При работе модели 5 поступающеес ее выхода на вход преобразователянапряжение - аналог величины, характеризующей состояние. исследуемойсистемы, изменяется. При изменениивходного напряжения в балансной схеме преобразователя появляется сигналрассогласования. Зтот сигнал, послепреобразования н усиления, подаетсяна управляющую обмотку электродвигателем, который через редуктор приводит в двюкение контактор 3 и, одновременно, скользящий контакт потенциометра обратной связи до тех пор,пока в балансной схеме не установится равновесие. При этом сигнал .рассогласования стремится к нулю и электродвигатель останавливается,Таким образом контактор 3 движется по полю 2 в точном соответствии с изменением выходного напряжения модели 5, При прохождении контактами проводящих участков дорожек поля на подключенные к этим контактам элемен ты модели поступает возмущающее напряжениепо цепи источник возмущающего напряжения - проводящий участок дорожки поля - контакт подвижного контактора - элемент модели,Устройство отличается простотой изготовления, удобством эксплуатации, наглядностью реализации режима распространяющегося возмущения, малой трудоемкостью при перепрограммировании. 3 1130883рования уравнений движения наАВМи не оказывает никакого влияния надвижение систем в целом, а приводитлишь к изменению собственных характе.ристик системы и внутренних усилий,, Последние обстоятельстваобуславливают, в свою очередь, отсутствие отличий, при использовании заявляемогоустройства, для реализации как линейных, так и существенно нелинейных за Одач динамики и сложных механическихсистем.Интегратор 8 обеспечивает получение абсолютного перемещения первойвагонетки, т,е, характеризует путь,проходимый конвейерным поездом в течение всего времени его движения,Напряжение - аналог пути, пройденного поездом, подается в качестве управляющего на блок 4.20С подвижного контактора напряжения-аналоги распространяющегося возмущения подаются на интеграторы 7,на выходах которых формируются абсолютные скорости движения всехмасс (вагонеток макета конвейерногопоезда), а на выходах интеграторов 9относительные перемещения этих жемасс.Выходь; источника 1 возмущающих напряжений 1 подключаются к наборномуполю, по которому движется контактор,соединенный с моделью исследуемойсистемы, Движением контактора управляет ЗЯСС, вход которой подключен квыходу модели.Источник 1 возмущающих напряженийвыбирается в соответствии с конкретными условиями решаемой задачи. Зтоможет быть как источник постоянного40напряжения (для моделирования возмущений, неизменных во времени, например, скатывающей силы при постоянном уклоне), так и источник напряжения, изменяющегося по заданному закону (для моделирования переменных45возмущений, например, изменения массы при непрерывной загрузке составана ходу).Набо", ное поле 2 представляет собой пластину с металлическими лентами, число которых равно числу контактов подвижного контактора 3.К каждой дорожке подключается необходимое напряжение - аналог возмуща"Ьщего воздействия от источника 1возмущающих напряжений, На дорожкахформируются с помощью изолирующихнаклеек, отрезки, при движении по ко.7Значительное упрощение задачпроцесса программирования позволяетускорить процесс подготовки к реше 1130883 8нпю, т. е, .сократ ич ь затраты необходимого для этого рабочего времени примерно на 807 по сравнению с базовым объектом.1130883йи Ур оа Юю от Ои.Я1130883 Составите Редакто хина 698 Подписноеенного комитета СССРтений и открытий аз 9612/3 по д13035,4/5 Раушская па Патент",Тираж осударст ам изобр сква, ЖВ, Фукаловта Корр ктор М. Розма город уп Проектная