Устройство для полунатурного моделирования колебательных систем Советский патент 1982 года по МПК G06G7/48 

(З) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

1

Изобретение относится к автоматизации научных исследований и может быть использовано для моделирования параметров динамической части электродинамического вибратора и связи между столом вибратора и испытываемым объектом при испытаниях нелинейных колебательных объектов.

Известно устройство для полунатурного моделирования, позволяющее .провести автоматизированный синтез подчастей объектов fl.

Наиболее близким по техническому решению является устройство, содержащее электродинамический вибратор f2J.

Однако известное устройство не позволяет провести моделирование параметров динамической части электродинамического вибратора, в том числе связи, через которую прикреплен объект к столу электродинамического вибратора. Это необходимо

|При предварительной подготовке стендов для испытания объектов, т.е. подбора параметров электродинамических вибраторов и узлов крепления объектов к вибратору, по которым определр-отся требования к применяемым электродинамическим вибраторам и узлам крепления объектов.

Цель изобретения-- расширение функциональных возможностей за счет

10 обеспечения моделирования параметров динамической части электродинамического вибратора.

Эта цель достигается тем, что в устройство для полунатурного моде15лирования колебательных систем, содержащее задающий генератор, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом первого электроXдинамического вибратора и блок ус- редненйя сигнала перемещения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, дополнительно введены второй электродинамический вибратор, второй сумматор, интеграторы, усилители и датчики силы, причем механический выход первого электродинамического вибратора через первый датчик силы соединен с неподвижным основанием, выход первого датчика силы соединен с первым входом первого интегратора, выход которого соединен со своим вторым входом и через второй интегратор связанс входом первого усилителя, выход которого соединен с третьим входом первого интегратора и с входом блока усреднения сигнала перемещения, связанным с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с четвертым входом первого интегратора, и через третий интегратор подключен к входу второго усилителя, выход которого соединен с пятым входом первого интегратора и с входом второго элекродинамического вибратора, выход первого интегратора соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго датчика силы, а выход второго усилителя соединен с четвертым входом второго сумматора, причем механический выход второго электродинамического вибратора через второй датчик силы соединен с испытуемым объектом.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит задающий генератор 1, первый сумматор 2, первый электродинамический вибратор 3 первый датчик k силы, первый и второй интеграторы 5 и 6, первый усилитель 7, блок 8 усреднения сигнала перемещения, второй электродинамический вибратор 9, второй датчик 1 силы, через который испытуемый объект 11 прикреплен к столу вибратора 9, второй сумматор 12,, третий интегратор 13 и второй усилитель 1А

Устройство работает следуюи им образом.

При испытаниях объекта 11 он подвергается вибрационному воздействию. Источником колебаний является задающий генератор 1 колебаний, который на выходе выдает сигнал пропорциональный заданному закону колебаний. Сигнал с выхода генератора 1 через сумматор /1 поступает на вход электродинамического вибратора 3, подвижная часть которого прикреплена к неподвижной его части через датчик k силы. Датчик 4 силы выдает сигнал, при этом 5 пропорциональный силе действующей на подвижную часть вибратора 3, вызываемую входным сигналом с выхода сумматора 2. Если подвижная часть электродинамического вибратора to рассматривается как состоящая из массы т, пружины с коэффициентом жесткости с и демпфера с коэффициентом демпфирования h, то его движение описывается дифференциальным 15 уравнением вида

mx +cx+hx F, (1)

где х, х., X - ускорение, скорость перемещение моделируемой подвижной ча20ти вибратора соотвественно;

F - сила, действующая

на подвижную часть. Решение уравнения (1) осуществляется с помощью последовательно соединенных интегратора 5, на вход которого поступает через коэффициент

сигнал пропорциональный сиm

ле F с датчика , интегратора 6 и усилителя 7. На выходе интегратора 5 образуется сигнал пропорциональный скорости (-х), который также поступает на второй вход интегратора 5

h

через коэффициент

на выходе инm

тегратора 6 - сигнал пропорциональный перемещению х, а на выходе усилителя 7 - сигнал порпорциональный (-х), который поступает на третий вход интерратора 5 через коэффициG гент . Если связь между столон

m

вибратора и объектом рассматривается как состоящая из жесткости с коэффициентом с и демпфирования с коэффициентом h (б), то движение объекта определяется из дифференциального уравнения вида

c()+h()F2, (2

где xj,. X - скорость и перемещение

объекта; FA - реакция объекта или сила,- возникающая между объектом и связью. Решение уравнения (2) осуществляется с помощью .последовательно соединенных сумматора 12, на входы

которого подается через коэффициент

-г- сигнал с выхода дачтика 10 си

лы (-FIJ) , с выхода интегратора 5 пропорциональный (-х) через коэффициент 1 , и с выхода сумматора 7 пропорциональный (-х) через коэффициент

, интегратора 13 и усилителя Ц

1 На выходе сумматора 12 формируется

сигнал, пропорциональный х, на выходе интегратора 13 (-х), а на выходе усилителя Т сигнал порпорциональный X .. Сигнал с выхода усилитегя поступает на выход вибратора 9, работающего в режиме имитатора перемещения, который задает перемещение объекту 11 по знаку х.

Так, как при моделировании динамической системы вибратора, а также связи вибратора с объектом вся. моделируемая динамическая система (6 ) описывается дифференциальным уравнением вида

mx 4cx4hx c(x-x) + h(x -x)F

{c()+h,(x;-x)F .(3 Для обеспечения полного их решения сигнал, пропорциональный х,

через коэффициен - поступает на

m

четвертый вход интегратора 5, а сигнал пропорциональнь й х с выхода усилителя 1 4 поступает на пятый вхо интегратора 5. Таким образом, блоками 5, 6, 7, 8,9, 12, 13 и }Ц устройство обеспечивает моделирование динамической части вибратора и связи вибратора с объектом, оставляя реальными электромагнитную систему вибратора 3 и объект 11. Изменением коэффициентов на входах интегратора 5 и сумматора 12 таким обЬазом изменяются параметры моделируемой динамической части вибратора и связи между столом вибратора и испытуемым объектом. В тех случаях, когда моделируется динамическая часть вибратора с большой жесткостью для среднего положения подвижной части вибратора сигнал пропорциональный перемещению х моделируемой части вибратора поступает через блок 8 усреднения на второй вход сумматора 2. Блок 8 усреднения выполняется как усредняющий фильтр и при большом коэффициенте усиле|Ния обеспечивает большую жесткость, при отклонении среднего положения.

от заданного нулевого положения моделируемой части вибратора.

При моделировании более сложной системы динамической части вибратора и связи между вибратором и объектом уравнения (1), (2) и (З) усложняются, но принцип работы устройства в целом не изменяется.

Таким образом, выполнение предлагаемого устройства позволяет в начальной стадии испытаний подобрать параметры применяемых при дальнейших испытаниях данного класса объектов электродинамических вибраторов,

оценить устойчивость системы и частотный диапазон, а также выбрать способы и средства крепления объекта к вибратору. При этом могут быть учтены и обеспечены требуемые параметры вибрационного воздействия, которые необходимо передавать объекту или создать ,в некоторых точках объекта. Это сокращает подготовительные работы к испытаниям и улучшает качество испытаний, что дает Ьольшой экономический эффект.

Формула изобретения

Устройство для полунатурного моделирования колебательных систем, содержащее задающий генератор, выход которого соединен с первым входом первого сумматораi выход которого соединен с входом первого электродинамического вибратора, и блок усреднения сигнала перемещения, выход которого соединен с вторым вхо- дом первого сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет об эспечения возможности моделирования параметров динамической части вибратора, в него дополнительно введены второй электродинамический вибратор, второй сумматор, ин/теграторы, усилители и датчики сиЛЫ, причем механический выход первого электродинамического вибратора через первый датчик силы соединен с неподвижным основанием, выход первого датчика силы соединен с первым входок первого интегратора, выход которого соединен со -своим вторым входом и через второй интегратор связан с входом первого усилителя, выход которого соединен с третьим входом первого интегратора и с вхо