Устройство для моделирования колебательных систем Советский патент 1979 года по МПК G06G7/48 

1

Изобретение относится к области электромеханического моделирования и может быть применено для создания динамических моделей широкого класса физических устройств и приборов, а также при управлении свойствами механических систем, например для их коррекции, уменьшения вибраций.

Известен способ изменения динамической жесткости и затухания путем помещения колеблющегося тела в поле многосвязной электромагнитной системы с близкими собственными частотами, работающей в режиме вьшужденных колебаний, и возбуждения ее на частоте, находящейся вблизи полосы спектра этих частот. Способ дает возможность глубокого регулирования свойств механической системы и обладает амплитудной избирательностью 1.

К недостаткам его относятся наличие сложной электромагнитной системы, необходимость опеределенной формы колеблющегося тела и отсутствие независимой регулировки жесткости и демпфирования механических

движений и возможности получения напинейных характеристик объектов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для исследования влияния сосредоточенного вязкого демпфирования на характер колебаний тонкостенных конструкций, основанное на создании вынужденных колебаний балочной модели, содержащее последовательно соединенные генератор, усилитель и возбудитель механических колебаний, соединенный с одним из концов подвещенной на струнах балки; контур демпфирования, представляющий цепь обратной связи, состоящую из вибродатчика, усилителя и возбудителя, последний из которых устанавливается в некоторой точке балки; цепи наблюдения и фиксации резонанса на основе фазометра и цифропечатающее устройство для регистрами результатов 12.

Указанное устройство не позволяет варьировать приведенную массу и жесткость механической системы, исследовать влияние сухого трения на характер колебаний, а так36же моделировать объекты, обладающие нелнпейными характеристиками жесткости. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет учета нелинейных характеристик жесткости. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор частоты, формирователь сигнала виброскорости, усилитель, выход которого соединен со входом блока задания начальных параметров, подключешюго первым выходом к механической .колебательной системе, и регистрирующий блок, введены интегратор, блок нелинейности, дифференциатор, регулируемые усилители, ключи, сигнум-реле и сумматор, один вход которого соединен с выходом генератора частоты, выхо сумматора подключен ко входу усилителя, второй выход блока задания начальных параметров соединен со входом формирователя сигнала виброскорости, выход которого неносредствешю. подключен ко входам регистрирующего блока, дифференциатора и интегратора и через сигнум-реле и первый ключ - ко входу первого регулируемого усилителя, вход второго регулируемого усилителя соединен с выходом дифференциатора, выход интегратора через второй ключ и блок нелинейности подключен ко входу третьего регулируемого усилителя, выходы регулируемых усилителей соединены соответственно с другими входами сумматора. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит механическую колебательную систему, условно показанную в виде массы 1 на пружине 2 с демпфером 3, которая колеблется под действием блока задания начальных параметров 4, питаемого от генератора 5 частоты w, через усилитель 6 и сумматор 7. Входы цепей обратной связи подключены к формирователю сигнала виброскорости 8, а выходы этих цепей - ко входам сумматора 7. Цепь обратной связи по виброскорости состоит из последовательно соединенных сигнум-реле 9 и регулируемого усилителя 10; цепь обратной связи по виброускорению - из дифференциатора 11 и рег лируемого усилителя 12 и цепь обратной свя зи по виброперемещению - из интегратора 1 блока нелинейности 14 и регулируемого усил теля 15. Элемент сканирования частоты генератора 5 имеет механическую связь с регистрирующим блоком 16, вход -которого подклю чен к выходу формирователя 8. Предусмотре на работа устройства без сигнум-реле 9 и блока нелинейности 14, для чего служат соответственно ключи 17 и 18. Устройство работает следующим образом. Сигнал возбуждения с генератора 5 через умматор 7 и усилитель 6 (мощности) постуает ira блок 4, под действием которого маса 1, связанная с ним механически, совершат вынужденные колебания. Для съема hapaетров колебательного движения массы 1 лужит формирователь сигнала виброскоости 8. Сигнал с выхода формирователя 8 оступает на входы цепей обратной связи. При разомкнутых цепях обратной связи о виброскорости и виброперемещению и амкнутом ключе 17 сигнал виброскорости, минуя сигнум-реле 9, -через регулируемый усилитель 10 подается в противофазе (или фазе) на сумматор 7. В предположении линейности системы управления можно применять принцип суперпозиции и считать, что на механическую систему действуют две скл.ы:воз уждающаясилар F s-inuj-t и сила, пропорциональная сигналу обратной связи, oc-V -Sa- B oc- (1 где Кд -- коэффициент передачи датчика; к и к - коэффициенты усиле1-гия усилителя мощности б и регулируемого усилителя 10 в цепи обратной связи; KB - коэффициент передачи блока 4. Такая система может быть описана уравнениемinx- -hx- -Kx-F sin ouitF, (2) где m - масса механической системы; h - демпфирование системы; К - жесткость системы. Знак перед FQC зависит от вида обратной связи (положительная или отрш1,ательная). Подставляя (1) в (2) и преобразуя, получаем уравнение mx-+(1l + Kx F sinuutоооОчевидно, при изменении коэффициента обратной связи, что достигается изменением коэффициента передачи усилителя 10, меняется приведенное динамическое демпфирование механической системы. Аналогично соверщается работа контуров обратной связи по виброускорению и виброперемещению, причем для получения из сиг- нала виброскорости сигнала виброускорения и виброперемещения используются соответственно дифференциатор II и. интегратор 13. При наличии всех трех цепей обратной связи, опуская промежуточные выражения, после приведения получаем ((().ut, (4) где кгп Kh и к| - коэффициенты связи