УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СУХОГО ТРЕНИЯ В БЕЗЫНЕРЦИОННЫХ ЗВЕНЬЯХ Советский патент 1974 года по МПК G06G7/66 

1

Изобретение предназначено для моделировання сил сухого трения покоя и движения в безынерционных звеньях систем автоматического управления на электронных моделирующих установках.

Известное устройство для моделирования сухого трения основано на допущении, что сила трения движения в звене равна силе трения покоя, хотя во многих случаях эта разница значительна и возникает необходимость исследовать ее влияние.

Данное изобретения устраняет этот недостаток и позволяет моделировать изменения силы трения в безынерционном звене от состояния покоя к состоянию движения, что повышает точность моделирования.

С целью расширения функциональных возможностей устройства оно содержит запоминающий операционный усилитель, вход которого соединен с первыми разноименными электродами диодов нелинейных элементов сравнения, причем иа входы суммирующего усилителя подключены выходы электронных реле, входы которых соединены соответственно с выходом запоминающего операционного усилителя и вторыми разноименными электродами диодов нелинейных элементов сравнения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для моделирования сухого трения в безынерционных элементах; на

фиг. 2 - функциональные диаграммы напряжений (выходного и в характерных точках схемы) при воздействии колебательного входного сигнала постоянной амплитуды,

Устройство содержит суммирующий операционный усилитель 1, потенциометры 2, 3 и полупроводниковые диоды 4 и 5, которые в совокупности с потенциометрами 2, 3 представляют нелинейные элементы сравнения, электронные реле 6 и 7 (в данной схеме операционные усилители в релейном режиме), запоминающий операционный усилитель 8. Суммирующий усилитель 1 и электронные реле 6 и 7 соединены таким образом, что попарно образуют потенциальные триггеры 1-6 и 1-7.

Приняты следующие условные обозначения: - входное напряжение; f/Bui - выходное напряжение; Uoa - опорное напряжение; t/i и Ul - напряжение на выходе элементов

сравнения (потенциометров); f/2 и t/z-напряжение на выходе электронного реле (триггера), эквивалентное разностя между силами трения поКоя и движения;

ji/n|-величина зоны нечувствительности, эквивалентная силе сухого трения покоя;

а - коэффициент деления потенциометра;

| /дв|-величина зоны нечувствительности, эквивалентная силе сухого трения движения; А - коэффициент усиления устройства

по напряжению.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при нулевом входном напряжении t/вх напряжения L/i и f/i, снимаемые с потенциометров 2 и 3 удерживают электронные реле б и 7 в положении, при котором напряжения Uz к Uz на их выходах равны нулю.

Установленные на потенциометрах коэффициенты деления соответствуют напряжению Un, определяющему максимальную величину зоны нечувствительности, эквивалентную силе трения покоя. Необходимый коэффициент деления определяется по формуле

1

/оп

1 + i/n

Рассмотрим работу схемы в правой полуплоскости функциональной характеристики.

Положительное приращение входного напряжения уменьшает положительный потенциал Ul на выходе потенциометра 2 и увеличивает отрицательный потенциал на потенциометре 3, что ведет к уменьшению напряжения запирания на диоде 4 и увеличению на диоде 5.

До тех пор пока входное напряжение выходное напряжение 6вых 0 (фиг. 2а, линия ОА). При достижении входным сигналом напряжение f/i потенциометра 2 меняет знак. Это напряжение начинает пропускаться полупроводниковым диодом 2 и проходит на выход операционного ус лителя 8. Вследствие этого и равенства коэффи-, циентов усиления во входных цепях электронного реле 6 напряжение, подаваемое на реле 6 с потенциометра 2, стремится уменьшиться на такую же величину при алгебраическом суммировании с выходным напряжением операционного усилителя t/вых.

Вследствии наличия нелинейности, присущей начальному участку полупроводникового диода 4, между электронным реле 6 и суммирующим усилителем 1, охваченных положительной обратной связью и образующих потенциальный триггер, развивается лавинообразный процесс, приводящий к образованию скачка напряжения f/a на выходе электронного реле 6 (фиг. 26, линия АВ), элемента сравнения (фиг. 2в, линия АВ) и запоминающего усилителя 8 (фиг. 2а, линия АВ), что воспринимается как переход на меньшую зону нечувствительности L/дв, эквивалентную силе трения движения. Электронное реле (триггер) переходит при этом в новое устойчивое состояние, для стабилизации которого необходимо незначительное преобладание напряжения, подаваемого на электронное реле 6 с потенциометра 2, Hdд напряжением, инвентированным операционным запоминающим усилителем 8, так чтобы знак разности между ними не менялся до изменения знака приращения входного напряжения. Практически это обеспечивается нелинейными и емкостными свойствами полупроводникового диода 4 (например, типа Д 209), в противном случае (при неблагоприятном сочетании допусков малоточных линейных элементов, определяющих коэффициенты

усиления входных цепей электронных реле 6) следует подрегулировать входное сопротивление электронного реле 6. Дальнейшее увеличение входного напряжения +6/вх приводит к увеличению выходного в соответствии

с коэффициентом усиления, определяемым суммирующим усилителем и элементом сравнения (фи ;2а, б, э, участки ВС). При работе суммируюп1,€г0:уси4и;г€ ля в режиме инвертора коэффициент усй 1ейия устройства равен

. Во многих случаях удобнее иметь (например, удобство включения и выключения устройства из схемы исследуемой модели), для чего из схемы устройства надо исключить потенциометры, а суммирование и

сравнение L/BX и выполнить на одном усилителе, а -i/Bx - на другом. Последнее .введение требует дополнительного усилителя.

При изменении знака приращения входного

напряжения t/sx напряжение C/i на выходе потенциометра 2 будет уменьшаться, что приведет к закрытию диода 4 и запоминанию выходного напряжения 6/вых операционным запоминающим усилителем 8 (см. фиг. 2а, точка

-С), при этом знак разности напряжений, подаваемых на электронное реле Ь, изменится, что скачкообразно возвратит его в исходное состояние (фиг. 26, линия СС) и восстановит максимальную зону нечувствительности L/n.

соответствующую силе трения покоя. Дальнейшее изменение входного напряжения в любом направлении связано с необходимостью преодоления зоны трения покоя, что вызывает процессы, аналогичные описанным. На фиг. 26

и 2в показано изменение напряжений l/z и f/i только для правой полуплоскости при колебательном изменении входного сигнала, так как для левой полуплоскости характер изменения напряжений будет аналогичным, что приведет

к получению функциональной характеристики, изображенной на фиг. 2,а. Начальное изменение входного сигнала от нуля в левой полуплоскости (см. фиг. 2,а, линия ОА) приведет к выходу на ту же характеристику.

При изменении амплитуды формы колебаний или постоянной составляющей входного сигнала Увх изменяется максимум и минимум выходного напряжения /вых, но фЪрма функциональной характеристики остается неизменной.

Следует отметить, что переход устройства с одной зоны нечувствительности на другую в точках С, С , Д в Д (фиг. 2), связан с преодолением дополнительной зоны нечуктаительности, вызванной разницей коэффициентов усиления во входных цепях электронных реле, что приводит к погрешности исследования, но практически не наменяет вид характеристики, показанный иа фиг. 2,а.

Для удобства расчета параметров элементов сравнения и электронного реле (величины ос и Uz) последнее выполнено однополярным. При невозможности или нежелательности реализации такой характеристики необходимо поставить диоды между выходами электронных реле 6 и .7 н входными сопротивлениями суммирующего усилителя с таким pafcчетом, чтобы исключить подачу иапряжотия t/2 на суммирующий усилитель I до преодоления зоны нечувствительности ±t/n.

Расчет скачка напряжения Uz -в режиме инвертора производится по формуле i/2 f/n - - (/дв, выражающей изменение силы трения от состояния покоя к состоянию движения. При t/дв f/n. f/2 0; при f/дв О, Uz С/4.

Приведенная прииципиальиая схема дана в простейшей модификации, позволяющей легко реализовать ее на моделирующей установке.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования сухого трения в безынерционных звеньях, содержащее два электронных реле и суммирующий операционныйусилитель, к выходу которого подключены нелинейные элементы сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройртва, оно содержит запоминающий операционный усилитель, вход которого соединен с первыми разноименными элekтpoдaми диодов иелиЙЕйАых элементов сравнения, причем входы суммирующего усилителя подключены к выходам электронных реле, входы которых соединены соотйетственно с выходом запоминающего операционного ytилhteля и вторыми разноименными электродами ДиоДов нелинейных элементов сравнения.

уX