Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.
Известно устройство для моделирования механических систем, содержащее интегрирующий операционный усилитель, диоды и входные резисторы. Как бы ни были совершенны подобные устройства для воспроизведения ди:ссипат1ивных сил, всегда останется, пусть малая, неточность в их ра-боте, выражающаяся в том, что при нулевой скорости тел на выходе этих устройств имеется (часто весьма значительное) напряжение, которое, будучи риложено к нормальному входу (через входной резистор, соединенный с суммирующей точкой) интегрирующего усилителя, вызывает увеличение напряжения на его выходе, а это соответствует разгону тела дисоипативными силами.
Такие явления снижают точность моделирования, создавая реально не существующие автоколебания моделируе мых систем.
Сложность устройств, воспроизводящих диссииативные силы, зависящие от нескольких параметров, в том числе и от знака скорости тела, определяется в основном трудностью .построения умножителя функции моделируемых параметров на знак скорости.
диссипативных сил и унрощения дополнительных схем формирования соответствующих дисоииативным силам напряжений в нем между суммирующей точкой и выходом интегрирующего усилителя включены четырехдиодные мостовые элементы, причем точки соединения одноименных электродов мостовых элементов через входные резисторы подключены к источнику входного напряжения.
Такое выполнение интегрирующего устройства позволяет:
-принциииально исключить возмол ность возникновения противоестественного факта разгона тела диссипативными силами, что повышает точность моделирования процессов, происходящих с Потерями энерпии, при воспроизведении эффекта действия диссипатнвных сил;
-упростить дополнительные схемы формирования соответствующих диссипативным силам напряжений, когда последние зависят от нескольких моделируемых параметров, за счет того, что умножение на знак скорости выполняет само предлагаемое устройство.
В первом из указанных достоинств интегрирующего устройства заключается технический, а во втором - экономический эффект данного изобретения.
сюих систем, в которых праисходят процессы, связанные с потерями энергии; на фиг. 2 - схема модели безлюфтовой обратимой механической передачи.
Устройство (фиг. 1) содержит интегрирующий усилитель 1 и четырехдиодные мосты 2, которые включены между выходом 3 и суммирующей точкой 4 усилителя.
К выходу входного резистора 5 подключают источник напряжения /7, пропорционального активной силе, а к выходам входных резисторов 6 т 7 - источники напряжений Ei и 2; (,2,..., п), соответствующих диссипативным силам.
Для удобства пояснения принципа работы цифрами 8-11 обозначены диоды одного четырехдиодного моста 2, буквой V - напряжение на выходе 3 усилителя, цифрой 12 - конденсатор обратной связ;и.
При работе устройства может быть несколько различных сочетаний величин и знаков напряжений и, Elf , 2/ , V, в связи с чем здесь рассматриваются отдельно важнейшие случаи. Сопротивления всех резисторов приняты для простоты одинаковыми, равными R.
1.Напряжения Е и 2 отсутствуют, т. е. источники этих напряжений не подключены. Между выходом 3 и суммирующей точкой 4 интегрирующего усилителя / включены параллельно 2„ цепочек встречно включенных диодов (например, диодов 8 и.5, 10 и И. При хорощем качестве диодов сопротивление каждой такой цепочки велико, и их включение практически «е влияет на воспроизведение зависимости:
где У - производная по -времени от напряжения С/;
С - величина емкости конденсатора обратной связи.
Если напряжение U пропорционально активной силе, напряжение V, взятое с обратным знаком, соответствует скорости инерционного тела, движущегося под действием этой силы в условиях, исключающих потери энергии; причем, если знаки напряжений таковы, что произведение , то воспроизводится эффект разгона (абсолютная величина напряжения V увеличивается), если же , то воспроизводится эффект торможения (абсолютная величина напряжения У уменьщается.)
Из-за конечного (порядка сотен мегом) сопротивления цепочек диодов число п параллельно включенных мостов 2 не должно превыщать четырех-пяти, но этого вполне достаточно для моделирования больщого класса оистем.
2.Напряжение i ;0, а напряжение 0.
случаем, когда напряжения Е. и 2 отсутствуют, в силу чего наличие отрицательных напряжений i; и положительных 2/ также не влияет на воспроизведение зависимости
.
RC
3. Напряжение i, 0, напряжение 2 0.
В этом случае изменение напряжения V зависит не только от напряжения U, но и от напряжений E и 2; .
Для простоты рассмотрения и описания этого случая будем считать, что четырехдиодный мост 2 только один.
Предположим, что . Диоды 9 и 10 при этом заперты, а диоды Bull открыты. Напряжение 2; , подключенное к выходу 3 уаилителя 1 через высокоомный резистор 7 и диод 11, 0 оказывает на воспроизводимые процессы столь малое влияние, что им .можно пренебречь, а напряжение Eif , подключенное к суммирующей точке 4 усилителя / через резистор 6 и диод 8, замедляет увеличение (лри ) или 5 ускоряет уменьщение (при ) абсолютной величины напряжения V.
Если , диоды 9 и 10 открыты, а диоды 8 и // заперты. При этом же напряжение 2f подключенное к суммирующей точке 4
° усилителя / через резистор 7 и диод 10, замедляет увеличение (при ) или ускоряет уменьщение (при U.Q) абсолютной величины напряжения У, а напряжение Ei , подклюг ченное к выходу .3 усилителя 1 через высокоомный резистор 6 и диод 9, оказывает на воспроизводимые процессы пренебрежимо малое влияние. Итак, четырехдиодный мост 2 (см. фиг. 1)
Q подключает к суммирующей точке 4 интегрирующего уоилителя / именно то из двух напряжений Elf или , которое в данный момент приводит к уменьщению абсолютной величины напряжения У.
5 4. Рассмотрим особо случай, когда i 0, E2f 0, .
Пусть сначала напряжение . Покажем, что напряжение У остается равным нулю, как бы не изменялись напряжения i 0 и Ezf 0. Предположим, что напряжение У под действием каких-либо факторов (например, дрейфа) стало на некоторую величину (например, 0,1-0,28) больше нуля. Тогда сопротивление диодов 9 и 10 увеличивается, а диоды 8 и // приоткрываются, и напряжение ij , приложенное через резистор 6 и диод 8 к суммирующей точке 4, вызывает уменьщение до нуля напряжения У. Если же напряжение V
0 становится меньще нуля, сопротивление диодов 8 и 11 возрастает, а сопротивление диодов 9 и 10 уменвщается, а напряжение 2 0 че рез резистор 7 и диод 10 оказывается приложенным к суммирующей точке 4 и вызывает Высокочастотных колебаний около нуля возникнуть не может из-за наличия шунтирующего эти колебания интегрирующего конденсатора обратной связи 12. Пусть теперь напряжение U начнет увеличиваться от нуля по произвольному закону. Напряжение V при этом будет изменяться, в пределах одной - двух десятых долей вольта около нуля, и (в зависимости от знака V) либо диод 8, либо диод 10 будет приоткрываться ровно настолько, чтобы ток под деиствием напряжения , (или Е2 ) через резистор 6 (или 7) и диод 8 (или 9) скомпенсировал ток от действия напряжения U через резистор 5. И только тогда, когда диод 8 или 9 будет полностью открыт, а ток от действия напряжения станет больще (по абсолютной величине) тока, протекающего через резистор 6 (или 7) от действия соответствующего напряжения Elf (или Ezi-), начинается интегрирование разности напряжений И-Ei (или ,). Резюмируя изложенное, приходим к выводу, что, если от воздействия напряжения U, приложенного к нормальному входу интегрирующего усилителя 1, напряжение V на его выходе изменяется так, как изменяется скорость тела под действием активной силы, то от действия Ei 0 и 2 0 напряжение V изменяется так, как изменяется скорость тела от действия дисоипативных сил (например, трения), т. е. разгон замедляется, а торможение ускоряется. Рассмотренный выше 4-й случай показывает, что .предлагаемое устройство воспроизводит эффект трения покоя, т. е. если действующая аила меньше оил статического трения, движение возникнуть не может. Чтобы получить этот эффект, достаточно к точкам соединения одно1именных электродов диодов одного четырехдиодного моста присоединить через резисторы источник двухполярного напряжения. Устройство для моделирования (фиг. 2) безлюфтовой обратимой механической передачи содержит, как и устройство на фиг. 1, интегрирующий операционный усилитель 1, один четырехдиодный мост 2, который включен между выходом 3 и суммирующей точкой 4 интегрирующего усилителя /, входные резисторы 5-7 и диоды 8-11. Интегрирующий операционный усилитель, вычисляющий скорость движения тела, является типовым решающим блоком электронной аналоговой машины. Ко входу модели подключают напряжение f/i, пропорциональное активной силе, приложенной «о входу моделируемой передачи, а на выходе 3 усилителя получают напряжение f/a, пропорциональное скорости инерционного тела, присоединенного к выходу передачи. Модель работает следующим образом. Рассмотрим четыре случая сочетаний знаков напряжений f/j и И. 1. Пусть , а . В этом случае к суммирующей точке 4 инегрирующего усилителя / источник напряжеия Ui подключен только через резистор 5, бо диоды 10 и 11 заперты напряжением f/i, а диод 8 - напряжением t/2Q. Пусть , а . И в этом случае к сумирующей точке 4 инегрирующего усилителя источник напряжеия t/i подключен только через резистор 5, бо диоды S и Р заперты напряжением Lj, а иод 10 - напряжением Uo. Так что в обоих этих случаях, соответствуюих разгону тела и прямому ходу передачи. модель рещает уравнение (J-2 K,U,, де L2 -производная по времени от напряжения и Ki - коэффициент пропорциональности. зависящий от величины сопротивления резистора 5. 3.Пусть . В этом случае к суммирующей точке 4 интегрирующего усилителя источник напряжеиия U подключен через резисторы 5 чл 6, ибо диоды 10 т 11 заперты напряжением f/i, а диод 9 - напряжением f/24. Пусть .Q к . ,В этом случае к суммирующей точке 4 интегрирующего усилителя источник напряжения 0 подключен через резисторы 5 и 7, ибо диоды 5 и Р заперты напряжением Ui, а диод 11 - напряжением U. В двух последних случаях, соответствующих торможению тела и обратному ходу передачи, модель решает уравнение - U, K2Ui, где К2-коэффициент цропорциональности, зависящей от суммарного сопротивления включаемых параллельно резисторов 5 и 5 (либо 5 и 7). Таким образом, предлагаемая модель воспроизводит необходимые зависимости: при Жзх(О при Жвх)О, где / - момент инерции тела, присоединенного к выходу передачи; 0) - угловое ускорение; / - передаточное число передачи; TI, .-к.п.д. прямого и обратного хода переПредмет изобретения Устройство для моделирования механических систем, содержащее интегрирующий операционный усилитель, диоды и входные резисторы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, в 7 нем между сумдшрующей точкой и выходом интегрирующего усилителя включены четырехдиодные мостовые элементы, причем точки 8 соединения одноименных электродов мостовых элементов через входные резисторы нодключены к источнику входного напрялсения.
1-0;
4,
fi/г. 7
