УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК Советский патент 1972 года по МПК G06G7/68 

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и предназначено для моделирования характеристики силы трения в зависимости от скорости нри исследовании движения физических систем на аналоговых вычислительных машинах.

Известны схемы, воспроизводящие на операционных усилителях с помощью соответствующего включения дополнительных элементов в цепь обратной связи характеристики «сухого трения, «кулоновского трения с прилипанием, известны также устройства для моделирования коэффициента трения, обеспечивающие точность моделирования и учитывающие зависимость коэффициента тренпя от продолжительности периодов покоя и движения.

Недостатком известных устройств является то, что, во-первых, они воспроизводят только одну из возможных характеристик трения и, во-вторых, при отсутствии движения системы (при нулевой скорости) выходной сигнал устройства равен значению коэффициента (или силы) трения покоя, в то время как в физических системах сила трения в моменты времени, когда скорость движения равна нулю, изменяется в широких пределах (от нуля До максимального значения трения покоя), уравновещивая приложенные к телу силы, когда их сумма не превышает максимального

значения силы трения покоя. Это особенно важно при исследовании автоколебательных физических систем, например движения горных комбайнов, когда движение происходит с остановками или под действием знакопеременных возмущающих сил, возможна даже перемена знака скорости.

Таки образом, необходимо устройство для моделирования силы трения, которое нозволяло бы воспроизводить большинство известных характеристик трения, а также моделировать поведение системы в случае движения с остановками. При этом должна учитываться зависимость знака силы трения от направления

(скорости) движения.

Задача решается включением в схему моделирования звеньев, собранных на операционных усилителях, и соответствующим их включением.

На чертеже приведена схема устройства, состоящая из двух основных блоков:

/-блока решения уравнения движения системы (на схеме показана только часть блока, непосредственно относящаяся к нредлагаемому устройству и являющаяся постоянной при решении различных задач движения физических систем); Блок решения уравнения движения системы содержит схему 1 для воспроизведения зоны нечувствительности, первый инвертор 2, первый суммирующий усилитель 3 (сумматор), электронный коммутатор 4, интегратор 3 5, схему 6 для воснроизведения абсолютной величины. Блок формирования задан юй характеристики силы трения от скорости движения содержит квадратор 7, второй инвертор 8, блок ю ограничения 9, третий инвертор 10, схему 11 для воспроизведения релейной характеристики, второй суммирующий усилитель 12, масштабный усилитель 13. Схема работает следующим образом. Уравнение движения для исследования на электронной модели, как нравило, разрешается относительно старшей нроизводной (ускорения х). Сумма действующих на систему 20 сил (кроме силы трения) ZF подается на схему 1 воснроизведения зоны нечувствительности и на нервый вход сумматора 5, на второй вход которого нодается сила трения (вернее, соответствующие этим силам нанря- 25 жения). Выходы схем / и 5 нодаются на элек-тронный коммутатор 4, который подключает ко.в.ходу интегратора 5 выходы схем / или 3 в зависимости от того, равна скорость движения по абсолютной величине нулю или зо больше нуля. Управление электронным коммутатором 4 осуществляет схема 6 воспроизведения абсолютной величины, подключенная к выходу интегратора 5, вычисляющего скорость двнжения к. . Если скорость равна нулю, ко входу интегратора 5 электронным коммутатором 4 подключается схема / воспроизведения зоны нечувствительности с инвертором 2.40 Ширина зоны нечувствительности определяется величиной силы трения, что осуществляет., ся путем подачи через развязывающие диоды напряжения, соответствующего силе трения, на потенциометры схемы /. Таким образом,45 при нулевой скорости движения системы выходное напряжение появится только в том случае, если сумма прилол епных к системе сил Sf будет больше силы трения тр. Этим обеспечивается соответствие поведения мо-50 дели системы при нулевой скорости реальным условиям. Если сумма сил больше силы.трения и система нриходит в движение, т. е. на выходе интегратора 5 появляется нанряжение, то55 электронный коммутатор 4 нереключает вход интегратора 5. В этом случае ко входу интегратора подключен сумматор 2. Разность силы Е/ и силы трения тр онределяет ускорение системы при ее движении.60 Следовательно, блок решения уравнения 15 пение приложенных к системе сил с величиной силы трения покоя нри немощи схемы воснроизведения зоны нечувствительности и в случае, когда эти силы превыщают величину силы трения нокоя, нереключает вход интегратора 5 для вычисления скорости движения к выходу сумматора 3. Для иолучення требуемых характеристик коэффициента и силы трения в зависимости от скорости , выход интегратора 5, соответствующий скоростн, нодается иараллельно на выходы квадратора 7 с инвертором 8, блок ограничения 9 с инвертором 10 и схемы 11 воснроизведения релейной характеристики. Выходы этих схем (нрямые и инверсные) подаются на соответствующие входы сумматора 12 для воснроизведения характеристики коэффициента трения. В зависимости от соотношения в.ходных коэффициентов сумматора 12 могут быть, нолучены требуемые .характеристики су.хого или вязкого трения (показаны в нижней части чертелса). Воспроизведение силы трения осуществляется масштабным усилителем 13, который производит умножение коэффициента трения на величину нормальной составляющей силы тяжести, обусловливающей величину силы трения. Таким образом, блок формирования заданной характеристики силы трения от скоростп движения воснроизводнт в соответствующем масштабе зависимость силы трения от знака и величины скорости движения. Предмет изобретения УстройстЕО для моделирования характеристик силы трения, содерл ;ащее усилители, схему для воспроизведения абсолютной величины, инверторы и электронный коммутатор, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, оно содерл ит схему для воснроизведения зоны нечувствительности, блок ограничения, квадратор и схему для воспроизведения релейной характеристики, причем между выходом второго и входом первого суммирующих усилителей включен масштабный усилитель, второй выход которого подключен к унравляющим входам схемы для воснроизведения зоны нечувствительности, соединенной с инвертором, выход инвертора и выход нервого суммирующего усилителя через электронный коммутатор, унравляемый схемой для воснроизведения абсолютной величины, соединены со входом интегратора, выход которого соединен со входами схемы для воспроизведения абсолютной величины, квадратора, блока ограничения и схе.мы для воснроизведения релейной характеристики, а нрямые и инверсные выходы

/V,

Kr,

Гр

I.

Jl.iI

/Y,

A;

.. J