Устройство для моделирования распространения возмущений в сложной системе Советский патент 1984 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к моделирущим устройствам и может быть использовано для исследования сложных си- стем,состоящих из большого числа элементов и функционирующих в изменяйэщейся обстановке (например, желез нодорожного поезда, движущегося по участку пути с переломами продольного профиля и т.п.), когда объект подвергается различным внешним воздействиям. В случае систем с распределенными параметрами такого рода возмущения часто воздействуют неодновременно на все элементы системы, т.е. распро страняются по системе. Известно устройство для моделирования распространения фронта волны разряда тормозной магистрали и волны наполнения магистрали воздухом. В этом устройстве моделирование распространения фронта волны разряда и наполнения тормозной магистрали осуществляется регистром, выполненны из стандартных по схеме триггеров, связанных между собой линиями задерж ки. Импульсы с частотой, сочэтветствующей скорости разряда магистрали, .поступают О.Т генератора на первую группу входных вентилей. Распространению волны разряда магистрали соответствует волна перехода триггеров в единичное состояние. Изменив частоту генератора на соответствующую скорости наполнения магистрали воздухом, подают импульсы на вторую rpy пу входных вентилей. При этом тригге ры последовательно возвращаются в исходное (нулевое) состояние. Волна перехода триггеров в нулевое состояние соответствует распространению волны наполнения магистрали воздухом l . . Недостаток устройства заключается в том, что оно позволяет моделироват распространение в системе только од ного независимого возмущения и только с заранее заданной постоянной скоростью. Наибол.ев близким к изобретению является устройство для моделирования распространения возмущений, содержащее модель исследуемой системы, которая состоит из двух групп сумматоров по 1 в каждой группе, первой группы из К+1 интеграторрв, второй группы из интеграторов и выходного интегратора, причем, сумматоры первой группы и интеграторы обеих групп объединяются в К последовательно соединенных колебательных звеньев (осцилляторов) , аналого-цифровой преобразователь, программный дещифратор и триггерный коммутатор. Выход модели исследуемой системы, с которого снимается управляющее напряжение, соединен с входом аналогоцифрового преобразователя, выходы которого подключены к входньм шинам дешифратора, выходы дешифратора соединены с входами коммутатора, выходы которого подключены к элементам модели системы. Дешифратор набирается таким образом, что наличие сигнала на какомлибо его выходе.соответствует переходу системы через границу интервала управляющего напряжения, на котором к определенному элементу системы прикладывается возмущение. Выходы дешифратора, определяющие начальные и конечные границы таких интервалов, подсоединены, соответственно, к единичным и нулевым входам триггеров коммутатора . При работе модели подаваемое на ее выход напряжение-аналог величины, характеризующей состояние исследуемой системы, изменяется. При совпадении двоичного кода величины этого напряжения с числом, закодированньм в дешифраторе, 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 к соответствующему элементу модели,появляется напряжение - аналог- возмущения, прикладьшаемого к этому элементу. При прохождении системой конечной границы интервала действия.возмущения появляется импульс напряжения на выходе дещифратора, 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 2 Недостаток известного устройства j состоит в том, что при исследовании систем с большим числом элементов, подвергающихсядействию большого числа возмущений, устройство становится громоздким и, как следствие, значительно усложняется и требует больших затрат времени перепрограммирования

устройства при изменении условий решаемой задачи. Так, для исследования движения поезда, состоящего из семи единиц подвижного состава, по участку пути с подъемом, горизонтальным 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 превьш1ающие время решения, В связи с этим необходимо упростить и ускорить решение задач.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее модель исследуемой системы, включающую две группы по X сумматоров, первую группу из (К +1) интеграторов, вторую группу из k интеграторов и выходной интегратор, выход I -го сумматора первой группы ( 1 1,Х) соединен с первым входом i -го интегратора первой группы и вторымвходом (J +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, выход о -го интегратора первой группы ( р 2, К) подключен к второму входу ( р-1)-го интегратора второй группы второму входу ( р -1)-го сумматора второй группы, первому входу р -го интегратора второй группы-и первому входу р -го сумматора второй группы выход (k+1)-ro интегратора первой

группы соединен с вторым входом к -г интегратора второй группы и с вторым входом k-го сумматора второй группы, введены источник возмущающих напряжений, наборное поле, выполненмое в виде металлических лент, число которых равно числу выходов источника возмущающих напряжений, подвижной контактор, выполненньш в виде непроводящей обоймы с контактами по числу выходов источника возмущающих напряжений, и преобразователь напряжениеперемещение, выход которого кинематически связан с подвижным контактором .-установленным на наборном поле с возможностью перемещения вдоль его металлических лент, подключенньпс к соответствующему выходу источника возмущаюшзих напряжений, выходы контактов подвижного контактора подключены к третьим входам соответствующи интеграторов первой группы модели исследуемой системы, выход выходного интеграто)а которой соединен с входом преобразователя напряжение - перемещение, а в модели исследуемой

системы выход -го интегратора вто-

I

рой группы и выход 1 -го сз мматора второй группы подключен соответственно к первому и второму входам « -го сумматора первой группы.

На фиг. 1 изображена блок-схема .предлагаемого устройства, на фиг.2 модель исследуемой системы (макет конвейерного поезда); на фиг. 3 - подвижной контактор; на фиг. 4 структура участка пути,- на котором моделировалось движение макета конвейерного поезда; на фиг. 5 - наборное поле.

Устройство (фиг. 1) состоит из источника 1 возмущающих напряжений, наборного поля 2, подвижного контактора 3 и преобразователя 4 напряжение - перемещение. Модель 5 исследуемой системы содержит первую группу сумматоров 6, первую группу 7 интеграторов, выходной интегратор 8, вторую группу интеграторов 9, вторую группу сумматоров 10.

Блоки 6, 7 , 9 и моделируют движение i -1 вагонетки конвейерного поезда как твердого тела.

Сумматоры 10 реализуют демпфирующие свойства моделируемого объекта (рассеивание энергии в системе при ее движении), а также использоваться для реализации нелинейных характеристик междувагонеточных соединений. Последние, в свою очередь, реализуются с помощью сумматоров 6.

Реализация линейных либо нелинейных характеристик соединений не приводит к изменениям времени интегрирования уравнений движения на АВМ и не оказывает ника:кого влияния на движение систем в целом, а приводит лишь к изменению собственньк характе ристик системы и внутренних усилий. Последние обстоятельства обуславливают, в свою очередь, отсутствие отличий, при использовании заявляемого устройства, для реализации как линей ныХр так и существенно нелинейных за дач динамики и сложных механических систем. Интегратор 8 обеспечивает получение абсолютного перемещения первой вагонетки, т.е. характеризует путь, проходимьй конвейерным поездом в течение всего времени его движения. Напряжение - аналог пути, пройденного поездом, подается в - качестве упра ляющего на блок 4. С подвижного контактора напряжения-аналоги распространяющегося возмущения подаются на интеграторы 7, на выходах которых формируются абсолютные скорости движения всех масс (вагонеток макета конвейерного поезда), а на выходах интеграторов 9 относительные перемещения этих же масс. Выходы источника 1 возмущающих на пряжений 1 подключаются к наборному полю, по которому движется контактор соединенньй с моделью исследуемой системы. Движением контактора управляет ЭМСС, вход которой подключен к выходу модели. Источник 1 возмущающих напряжений выбирается в соответствии с конкретными условиями рещаемой задачи. Это может быть как источник постоянного напряжения (для моделирования возмущений, неизменных во времени, например, скатывающей силы при постоян ном уклоне), так и источник напряжения, изменяющегося по заданному закону (для моделирования переменных возмущений, нарример, изменения массы при непрерьшной загрузке состава на ходу). Набогное поле 2 представляет собой пластину с металлическими лентами, число которых равно числу контактов подвижного контактора 3. К каждой дорожке подключается необходимое напряжение - аналог возмуща1ощего воздействия от источника 1 возмущающих напряжений. На дорожках формируются с помощью изолирующих наклеек,отрезки, при движении по которым подвижного тсонтакта возмуща- . ющее напряжение через него подается на соответствующий элемент модели 5. Подвижный контактор 3 выполнен в виде непроводящей обоймы, несущей необходимое количество плавающих контактов. Каждый контакт соединен отдельным проводником с соответствующим элементом модели 5. Преобразователь 4 напряжение - перемещение представляет собой функциональное устройство, реализующее механическое перемещение рабочего элемента (в данном случае контактора 3) как функцию входного напряжения. Он может состоять из усилителя, элект-родвигателя, редуктора с системой перемещения рабочего элемента, потен циометра обратной связи и источника опорного напряжения. При работе модели 5 поступающее с ее выхода на вход преобразователя напряжение - аналог величины, характеризующей состояние, исследуемой системы, изменяется. При изменении входного напряжения в балансной схеме преобразователя появляется сигнал рассогласования. Этот сигнал, после преобразования и усиления, подается на управляющую обмотку электродвигателем, который через редуктор приводит в движение 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 элект родвигатель 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 напряжение по цепи источник возмущающего напряжения - проводящий участок дорожки поля - контакт подвижного контактора - модели. Устройство отличается простотой изготовления, удобством эксплуатации, наглядностьюреализации режима распространяющегося возмущения, малой трудоемкостью при перепрограммировании.

71130883 8

Значительное упрощение задач нию,т.е. сократить затратынеобходимопроцесса программирования позволяет го для этого рабочего времени примерно ускорить процесс подготовки к реше- на 80% по сравнению с базовым o6beKtOM,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ В СЛОЖНОЙ СИСТЕМЕ, содержащее модель исследуемой системы, включающую две группы по К сумматоров, первую группу из (К + 1) интеграторов, вторую группу из К интеграторов и выходной интегратор, выход i -го сумматора первой группы (i 1,К ) соединен с.перйым входом i -го интегратора первой группы и вторым входом ( 1 +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, выход р -го интегратора первой группы (р 2, К ) подключен к второму входу( р -1)-го интегратора второй группы, второму входу (р -1)-го сумматора второй группы, первому входу р-го интегратора второй группы и первому входу р -го сумматора второй группы, выход (К +1)-го интегратора первой группы соединен с вторым входом К -го интегратора второй группы и с вторым входом К -го сумматора второй грзшпы, о т л ичающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно дополнительно содержит источник возмущающих напряжений, наборное поле, выполненное в виде металлических лент, число которых равно числу выходов источника возмзщающих напряжений, подвиж(Л ный контактор, выполненный в виде непроводящей обоймы с контактами по числу, выходов источника возмущающих напряжений, к преобразователь напряжение - перемещение, выход которого кинематически связан с подвижным контактором, установленным на набор со о эо эо со ном поле с возможностью перемещения вдоль его металлических лент, подключенных к соответствующему выходу источника возмущающих напряжений, выко. контактов подвижного контактора подключены к третьим входам соответствующих интеграторов первой группы модели исследуемой системы, выход выходного интегратора которой соединен с входом преобразователя напряжение - перемещение, а в модели исследуемой системы выход -го интегратора второй группы и выход i -го сумматора второй группы подключены соответственно к первому и второму входам i - го сумматора первой гругг пы .

Фиг.1