Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем Советский патент 1979 года по МПК G05B23/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬШ-К СИСТЕМ вьвсодами датчиков скорости и перемещения 2 . Его недостаток состоит в том, что с его помощью получаю ся только потенциальная и диссипативная характеристики системы, а возмущающий предполагается известным. Это устройство с успехом используется для исследования нелинейных колебательных Систем при помощи тестового воздействия. Однако применение его весьма ограничено при исследовании сложных систем и систем с распределенными параметрами в натурных ус-( лрВиях, так как при таких обстоятель ствах сигнал датчика возмущающего усилия лишь весьма приближенно соответствует эффективному возмущаквдему процессу или. вообще не может быть оп ределен непосредственно при помощи датчика. Это сводит на нет меры по повышению точности определения потен циальной и диссипативной характеристик или даже делает их определение невозможным. Кроме того, задача опре деления возмущающих процессов или по мех в электронных системах имеет и самостоятельное значение. Целью изобретения является увеличение точности и функциональных возможйрстей устройства. Эта цель достигается тем, что оно содержит четвертый сумматор, один из .ВХОДОВкоторого связан с выходов исТочника напряжения, остальные три входа соответственно - с пятым, шестым и седьмым выходами переключателя а выход - с первым входом индикатора и, креме того, источник напряжения выполнен в виде генератора полигармо нического сигнала.. На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство содержит датчик 1 уско рения, датчик 2 скорости, датчик 3 перемещения, генератор 4 полИгармони ческого сигнала f аелинейные блоки 5 и 6, г}ереклк1чатель 7 (трехпозиционный), сумматоры 8-11, переменный реаистор 12 (потенциометр с шкалой) и индикатор 13 (например катодный осцйллогр1аф) . Устройство работает следующим обра зсм.. Устройство работает по принципу пдслёдовательного приближения. Снача ; ла в первом приближении определяется возмущающий процесс, для чего на не./лйнёйнсял блоке 6 устанавливается линейная потенциальная характеристика с коэффициентом направления, равным квадрату резонансной частоты систе. мы, а на нелинейном блоке 5 - линей на я диссипативная характеристика с коэффициентом направления в нескрльк6 раз меньшим. При крайнем правом положении трехпозиционного переключ теля 7 и при нулевом сигнале генера тора 4 полигармонического процесса на выходе сумматора 11 получается сигнал, приближенно равный сумме отнеенных к единице массы потенциальной, емпфирующей и инерционной сил, который, при условии адекватности слагаемых, соответствует возмущающему процессу с противоположным знаком. ыходной сигнал сумматора 11 поступает на вход индикатора 13, рбеспечиващего при крайнем правом Положении переключателя 7 развертку сигнала по времени. Путем настройки генератора 4 полигармонического сигнала достигаются такие параметры его выходного процесса, при которых сигнал на экрйне индикатора 13 по возможности меньше отличается от нуля. Затем устройство переводится в режим определения потенциальной характеристики, для чего трехпозиционный переключатель 7 ставится в среднее положение, обеспечивая тем самым поступление на входы сумматора 8 сигналов, пропорциональных возмущающей и линеаризованной демпфирующей силам. Выходной сигнал сумматора 8 поступает на первый вход сумматора 9, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональный инерционной силе, На выходе сумматора 9 получается сигнал, пропорциональный восстанавливающей силе с некоторой Погрешностью. Этот сигнал подается на первый вход сумматора 10, на второй вход которого через переменный резистор 12 со шкалой,, поступает сигнал, пропорциональный перемещению, которнлй поступает же на развертку по горизонтали индикатора 13, на другую развертку которого подается выходной сигнал сумматора 10. Рукоятка переменного ре- . зистора 12 устанавливается в такое положение, чтобы петлеобразная кривая на экране индикатора 13 сжалась и изображающая точка проходила через начало координат при движении в обоих направлениях. При этом масштаб развертки по вертикали изменяется до такой величины, чтобы кривая располагалась на значительной части экрана по высоте и отчетливо выявилась ее форма. Эта кривая пропорциональна нелинейной составляющей потенциальной характеристики, а положение рукоятки переменного резистора 12 пропорционально коэффициенту направления ее линейной части. Процесс повторяется после определения диссипативной характеристики и нахождения возмущающего процесса во втором приближении. Для определения диссипативной ха- , рактёристикй трехпозиционный переключатель 7 ставится в крайнееправое положение, на блоке б набирается уже определенная потенциальная характеристика и на экране индикатора 13 отображается нелинейная составляющая диссипативной характеристики, а положение рукоятки переменного резис тора 12, при котором кривая на экране проходит через начало координат (или совсем исчезает), соответствует коэффициенту направления ее линейной части. Так происходит потому, что при крайнем правом положении трехпоз ционного переключателя 7 на входы сумматора 8 поступают сигналы, пропорциональные инерцйонной и восстана ливающей силам, а на его выходе образуется сигнал, пропорциональный сумме этих сил и в то же время буммё диссипативной и возмущаюс ей сил. Для выделения диссипативной силы выходно сигнал сумматора 8 подается на пёр вый вход сумматора 9, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный возмущающему процессу. Выходной сигнал сумматора 9, послесум мирования его в сумматоре 10 с пбда-; ваемым через переменный резйстОр 12, сигналом, пропорциональным скорости колебательного движения, становитсй пропорциональным нелинейной с6ст;авляющей демпфирующей силы и подается на вертикальную развертку индикатора 13 на горизонтальную развертку которого поступает сигнал, пропорциональный : скорости..;V Полученные значения потенЦиаЛьйой и диссипативной характеристик в значительной мере больше соответстёуют истинным характеристикам, чем первоначально принятые. Это дает возможность уточнить возмущающий процесс и характеристики системы. Цикл повторяется до тех пор, пока возмущающий процесс и характеристики будут практи чески совпадать с полученными во время предыдущего цикла, Использование этого устройства дает возможность получать возмущающий процесс и характеристики восстанавливающей и демпфирующей сил с теоретически неограниченной тЬчиостью.. , Практическая точность в основном зависит от, технических качеств генератора полигар тоническбго процесса, от возможности воссоздать при его помощи сигнал, пропорциональный реальнс 1у возмущающему процессу. Устройство может быть йсподьйрвано при исследовании колебательных систем при помощи тестового воздействия. В таком случае на трехпозиционный переключатель подается сигнал, пропорциональный тестовому воздействию, а ренератор4 и cyMvtaTOp 11 отключаются. Устройство может быть использовано и для определения характеристик системы по затухающим колебани} м. Оно осо.бенно эффективно при модельной идентификации нелинейных колебательных систем и процессов возмущения по нормальньм формам колебания, когда эффективные возмущающие процессы не могут быть получены непосредственно, Таким образом, изобретение дает как технический, так и экономический эффект.; . Формула изобретения 1,Устройство для определения динамических характеристик колебательных систем, содержащее датчики перемещения, скорости и ускорения,, два Нелинейных блока и источник напряжения, выходы которых связаны с соответствугацими входами переключателя, первый и второй выходы которого соединены с соответствукадими входами первого сумматора, третий выход - с первым входсял второго сумматора, четвертый выход - с первым входом индикатора и ч:ереэ переменный резистор с первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом индикатора, а второй вход - сВЫХОДОМ второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого сумматора, причем входы соответствующих нелинейных блоков соединены с выходами датчиков скорости и перемещения, отличающеес я тем, что, с целью увеличения точности и функциональных возможное- чей устройства, оно содержит четвертый сумматор, один из входов которого связай с выходом источника напряжения, остальныетри входа соответственно - с пятым, шестым и седьмым выходами переключателя, а - с Первым входом индикатора, 2.Устройство пЬ п, 1, о т л и ч а ю щ её С я тем, что источник напряжения Выполнен в виде генератора полигармонического сигнала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 23223577/18-24, кл. G 05 В 23/02, 16.02,1976. 2, Авторское свидетельство СССР по заявке 2423527/18-24, кл, G 05 В 23/02, 2(6.11,1976, (прототип) ,

т i Т

Г