УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕЛ С ГИБКОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ Советский патент 1972 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования взаимодействия твердых тел через гибкие связи (веревки, тросы, провода, гибкие пластинки и Др-). ударного взаимодействия, логического управления и может быть также использовано при исследовании динамических явлений механических систем.

Известно устройство для моделирования взаимодействующих пар тел, содержащее опера:ционный усилитель с диодом в цени обратной связи и диодно-резисторную звезду, состоящую из диода, подключенного к суммирующей точке усилителя, и резисторов, подключенных соответственно к источнику напряжения пропорционального скорости перемещения тела, и к выходу усилителя, а также резистор, подключенный к источнику напряжения, пропорционально перемещению тела.

Однако такая модель позволяет виснроиз.водить удар только в случаях, когда ударное взаимодействие рассматривается как взаимодействие через параллельно включенные пружину и демпфер вязкого трения. Это приводит к мгновенному скачку силы взаимодействия в момент соприкосновения, что является (Нереальным с точки зрения теории удара. Кроме того, известную модель удара из-за скачка силы в момент соприкосновения нельзя применять для моделирования взаимодеГ ствия тел с гибкой связью (например, с тросом, цепью, листо.м жести). Предложенное устройство содержит дополнительно конденсатор, включенный между узлом диодно-резисторной звезды и выходом усилителя, и два диода, один из которых включен на выходе операционного усилителя, а другой - между узлом диодно-резисторной звезды и щинон

.нулевого потенциала согласно с основным диодом звезды.

Это позволяет точно воспроизводить процесс взаимодействия тел с учетом динамики гибкой связи.

На фиг. 1 представлена электронная схема устройства для моделирования взаимодействия тел с гибкой связью; на фиг. 2 - механическая схема модели гибкой связи; на фиг. 3 - механическая схема идеализированной гибкой связи; на фиг. 4 - зависимость силы взаимодействия F от перемещения тела.

Устройство состоит из операционного усилителя /, диода 2 обратной связи, диода 3,

подключенного к выходу усилителя, и диодно-резисторной звезды. Последняя состоит из диода 4, свободным контактом подключенного к земле, диода 5, .подключенного к суммирующей точке усилителя, резистора 6, подпорционального скорости взаимодействия, и резистора 7, подключенного к выходу усилителя. В устройство входят также конденсатор 8, входной резистор 9, подключенный одним контактом к суммируюш;ей точке, а другим- к источнику напряжения Ux, проиорЦионального перемещению тела, и резистор, JO, присоединенный к источнику напряжения - Uxy, проиорционального длине гибкой связи.

Механическая модель гибкой связи (фиг. 2) состоит из тела 11, гибкой связи 12 и упора или другого тела 13.

На фиг. 3 реальная гибкая связь заменена идеальной гибкой связью 14 без упругости и демпфирования, последовательно с которой включен элемент, выполняющий функции упругости и демпфирования, состоящий из двух параллельио включенных пружин 15 и 16, последовательно с одной из которых включен демпфер вязкого трения 17.

Моделирующее устройство работает следующим образом.

Когда тело // движется в направлении,

противоположном выпрямлению гибкой СВЯЗИ

12, напр1яжения, пропорциональные скорости тела и сумме X и Ху (где X - перемещение, Ху - длина гибкой связи), отрицательны, и в сумм;ирующую точку усилителя поступает суммарный отри1цательный ток через резисторы 6, 9 и 10 и через открытый диод 5. Этот ток компенсируется положительным током с выхода усилителя через диод 2. При выпрямлении гибкой св1язи напряжение, пропорциональное скорости тела, положительно, и диод 5 закрыт. В узле диодно-резисторной звезды имеется небольшое положительное напряжение. Когда это напряжение достигает порядка 0,3 Ь, диод 4 закорачивает узел на аемлю. В суммирующую точку усилителя поступает только отрицательный ток, пропорциональный сумме X - Ху, который компенсируется положительным током с выхода усилителя через диод 2. Поэтому при движении тела без упругого растяжения гибкой связи выходе усилителя наблюдается только небольшое пололштельное напряжение, обусловленное диодом 2. Это напряжение не проходит через диод 5, и на выходе модели выдерживается точное нулевое напряжение.

В момент начала упругого растяжения гибкой связи суммарный ток, пропорц-иональ|НЫЙ сумме X-Ху, меняет знак и становится

пололсительным. На выходе усилителя отрицательное напряжение возрастает с такой скоростью, что проходящий через конденсатор 8 ток компенсирует тока, пропор ционального скорости, и тока, пропорционального сумме X - Ху, и поступающего через диод 5 в узел диодно-резисторной звезды. Суммарное напр(яжение в узле диодно-резисторной звезды меняет знак на отрицательный, и через диод 5 в суммирующую точку усилителя поступает отрицательный ток, который компенсирует положительный ток, пропорциональный сумме X - Ху.

В момент начала отскока тела напр.яжепие, пропорциональное скорости, меняет знак на отрицательный. С этого (момента в узел диодно-резисторной звезды через резисторы 6 я 7 поступает сумма отрицательных токов, большая, чем положительный ток через резисторьг 9 и 10. Из1быток электронов в узле идет на разряд конденсатора 8, отрицательное напряжение на выходе усилителя уменьшается, и диод 3 закрывается. При увеличении скорости отскока скорость разрядки конденсатора

возрастает, и в некоторый момент конденсатор начинает перезаряжаться. Когда положительное напряжение достигает величины около 0,3 е, открывается диод 2 и открывает основную обратную связь. На выходе модели

снова нулевое напряжение.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования взаимодействия тел с гибкой механической связью, содержащее операционный усилитель постоянного тока с входпыми резисторами и диодом в цепи обратной связи, а также диоднорезисторную звезду, диод которой связан с суммирующей точкой усилителя, а один из резисторов, подключен к выходу операционного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования,

оно содержит дополнительно конденсатор, включенный между узлом диодно-резисторной звезды и выходом усилителя, и два диода, один из которых включен на вьгходе операционного усилителя, а другой - между

узлом диодно-резисторной звезды и шиной нулевого потенциала согласно с основным диодом звезды.

311

К

1

1

lФиг. 2

fuz.f

да

75

f HAA/V/7 ,:

Фи.. 3

иъл