Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем Советский патент 1978 года по МПК G05B23/02 

1

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение при виброиспытаниях и исследовании нелинейных колебательных систем.

Известны устройства для определения динамических характеристик колебательных систем, в которых характеристики восстанавливающей и демпфирующей сил определяются по стационарным колебаниям посредством воспроизведения законов распределения колебательного смещения и скорости и их центральных моментов с последующей обработкой их в функциональном преобразователе 1, 2.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения динамических характеристик колебательных систем, содержащее первый и второй источники напряжения, коммутатор, первый выход которого через формирователь импульсов соединен с управляющими входами первого и второго ключей, и двухкоординатный регистратор 3.

К недостаткам такого устройства следует отнести его функциональную сложность, снижающую точность получаемых результатов, и невозможность получения характеристик исследуемой системы только по временным характеристикам вибрационного процесса. Указанное устройство предполагает предварительное определение и введение функций экБивалентного коэффициента жесткости, эквивалентного коэффициента демпфирования и затухания. Это также снижает точность и значительно увеличивает трудоемкость процесса определения динамических характеристик.

Цель изобретения - повыщение точности устройства.

Для этого в устройстве установлены два инвертора, сумматор и два блока памяти, причем первый и второй выходы второго источника напряжения соединены непосредственно и через инверторы с соответствующими входами коммутатора, второй выход которого через последовательно соединенные первый ключ и первый блок памяти подключен к одному из входов двухкоординатного регистратора, выход первого источника напряжения и третий выход второго источника напряжения соединены с входами сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй ключ и второй блок памяти подключен к другому входу двухкоордннатного регистратора.

Структурная схема устройства представлена на чертеже.

Она содержит первый 1 и второй 2 источники напряжения, сумматор 3, первый 4 и второй 5 инверторы, коммутатор 6, функциональный преобразователь 7, включающий в себя формирователь 8 импзльсов, первый 9 и второй 10 ключи, первый 11 и второй 12 блоки памяти, и двухкоординатный регистратор 13.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении на входы сумматора 3 с выходов первого 1 и второго 2 источников напряжения, пропорциональных ускорению и возмущающей силе сигналов, разнодименсионные масштабы которых согласованы, на его выходе получается сигнал, пропорциональный сумме потенциальной и демпфирующей сил, так как в колебательной системе эта сумма уравновещена суммой возмущающей силы и силы инерции, пропорциональной ускорению. Этот сигнал поступает на вход второго ключа 10, на выходе которого появляется сигнал, равный выходному сигналу сумматора 3 лищь в те короткие промежутки времени, когда с выхода формирователя 8 на управляющий вход ключа 10 подается импульс, а именно в моменты изменения знака входного сигнала формирователя импульсов в одном направлении (в описываемом случае - с положительного на отрицательный).

Выходной сигнал ключа 10 проходит на вход блока 12 памяти одновременно с поступающим на его управляющий вход импульсом с выхода формирователя 8. В результате на выходе блока 12 памяти получается напряжение, равное напряжению выходного импульса ключа 10. Это напряжение поддерживается постоянным до момента поступления на его входы следующих импульсов с выходов ключа 10 и формирователя 8.

Таким образом, на выходе блока 12 памяти оказывается ступенчатый сигнал, уровень ступеней которого пропорционален значениям иотенциальной или демпфирующей силы в моменты времени, когда одна из них равна нулю. Этот сигнал поступает на первый вход двухкоординатного регистратора 13, на второй вход которого с Выхода блока 11 памяти подается аналогичный ступенчатый сигнал развертки, уровень ступеней которого пропорционален соответствующим фиксированным значениям колебательного смещения (если определяется потенциальная характеристика) или скорости (если определяется демпфирующая характеристика).

Устройство имеет четыре возможных режима работы; А - определение положительной ветви потенциальной характеристики; Б - определение ее отрицательной ветви; В - определение положительной ветви демпфирующей характеристики; Г - определение ее отрицательной ветви.

При режиме работы А коммутатор 6 обеспечивает соединение входа формирователя 8 импульсов с первым выходом источника 2 напряжения, а входа ключа 9 - с вторым выходом этого же источника. Аналогично, при режиме работы Б упомянутые входы соединяются соответственно с выходами инверторов 4 и 5, при режиме работы В - с первым и вторым выходами источника 1 напряжения, а в режиме работы Г - с выходами инверторов 5 и

4. В случае медленного изменения амплитуды колебаний регистратор 13 фиксирует соответствующую ветвь одной из характеристик в виде ломаной кривой, длину равномерных участков которой можно регулировать путем изменения частоты колебания и скорости увеличения (или уменьщения) амплитуды. Устройство пригодно и для определения характеристик по свободным затухающим колебаниям (при этом сигнал источника 1 напряжения равен нулю), однако в этом случае нет возможности регулировать длину равномерных участков фиксируемой характеристики. Если колебательный процесс быстро затухает, процесс повторяется несколько раз при других начальных условиях, и точки всех полученных кривых соединяются плавной кривой.

В качестве источника напряжений, пропорциональных временным характеристикам колебательного процесса, может быть использован виброизмерительный прибор, состоящий из датчика ускорений, усилителя и двух интегрирующих усилителей, устройство воспроизведения сигнала датчика по записи совместно с соответствующими усилителями, устройство воспроизведения всех трех временных характеристик по записи и др.

Применение предлагаемого устройства дает возможность получить графики характеристик

восстанавливающей и демпфирующей сил с минимальными погрещностями и с минимальной трудоемкостью, без предварительного определения и введения в устройство вспомогательных функций, только по временным характеристикам и по процессу возбуждения колебательного движения, т. е. изобретение дает как технический, так и экономический эффект.

Формула изобретения

Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем, содержащее первый и второй источники напряжения, коммутатор, первый выход которого соединен через формирователь импульсов с управляющими входами первого и второго ключей, и двухкоординатный регистратор, отличающ е е с я тем, что, с целью повыщения точности устройства, в нем установлены два инвертора, сумматор и два блока памяти, причем первый и второй выходы второго источника напряжения соединены непосредственно и через инверторы с соответствующими входами коммутатора, второй выход которого через последовательно соединенные первый ключ и первый блок памяти соединен с одним из входов двухкоординатного регистратора, выход первого

источника напряжения и третий выход второго источника напряжения соединены с входами сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй ключ и второй блок памяти соединен с другим входом

двухкоординатного регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №417771, кл. G 05В 23/02, 1972.5

2.Авторское свидетельство СССР №483654, кл. G 05В 23/02, 1973.

3.Авторское свидетельство СССР №450139, кл. G 05В 23/02, 1973.