Устройство для моделирования механической передачи Советский патент 1982 года по МПК G06G7/64 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРСЖАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

,1 Изобретение относится к анапого-вы- числтггепьной технике и может быть использовано в тренажерах транспортных средств и исследовательских стендах.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные первый и второй интеграторы, третийгоггегратс выход которого соединен со вто|н пм1 входом второго И1ггегратора, а вход - с первым входом первого интегратора .

Известно также устройство, содержащее первый интегратор, блок воспроизведения нелинейности типа сухое трение и второй интегратор, второй вход которого через мостовой Е1ыпрямнтель соединен )5 с Ёыходом второго и вторым КК.ОЦОМ первого интегратора 2 .

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй мост« вой выпрямители, последо- 20 вательно соединенные первый и второй интеграторы, третий интегратор, выход которого одновременно соединен с одной из вершин мостового выпрямителя к со

вторым входом второго интегратора, nejvвый вход первого интегратора соединен с первым входом третьего интегратора, второй вход которого соединен с другой противоположной вершиж й мостового выпрямителя З} .

Недостатком этих устройств является отсутствие возможности моделирования работы планетарного механизма.

Цель изобретения - расопфение функциональных возможностей устройства за счет моделирования планетарного механиэма.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования механической передачи, содержащее первый и второй мостовые выпрямители, ограничительные резисторы, последовательно соединенные первый И второй интеграторы, третий интегратор, выход которого соединен с одной из верщнн второго мостового выпр51мителя н со вторяым входом второго интегратора, первый вяоп первого интегратора соединен с первым входом третьего интегратора, второй вход которого соединен с противоположной вершиной второго мостового выпрямителя, дополнител1)НО введены три инвертора, ин-. вертируйдашй ycHJrtrreTib и последовательно соединенные четвертый интегратор, блок нелинейности типа сухое трение и пятый интегратор, второй вход которого подключен -к первому входу третьего интегратора и к выходу инвертирующего усилителя, вход которого соединен с выходом второго интегратора, первый вход которого подключен к первому входу четвертого интегратора, второй вход которого сое дин ей с третьим входом второго интегратора и с выходом пятого интегратора, второй вход первого интегратора подключен к выходу блока нелинейности типа сухое трение, второй и третий входы которого соответственно соединены с выходом и входом первого инвертора, входы и выходы второго и третьего инверторов через ограничительные резисторы подключены к одной паре вершин второго и первого мостовых выпрямителей соответственно, другая пара вершин первого мое тового выпрямителя соединена с третьим входом и выходом пятого интегратора, а третий вход первого интегратора и входы первого, второго и третьего инверторов явл-яются соответствующими входам устройства. На чертеже представлена функциональная схема устройства. -Устройство содержит интегратор 1, инвертор 2, интеграторы 3 и 4, блок 5 нелинейности типа сухое трение, инвертирующий усилитель 6, мостовой выпрямитель 7, интеграторы 8 и 9, мостовой выпрямитель 1О, ограничительные резисторы 11-14, иверторы 15 и 16, операционные усилители 17, резисторы 18, . конденсаторы 19. Первый интегратор 1 через последова тельно соединенные второй интегратор 4 и инвертирующий усилитель 6 сэединен с первым входом третьего интеграто|эа 9, выход которого соединен со вторым входом интегратора 4, первый вход которого через последовательно соединенные четвертый интегратор 3, блок 5 нелинейности соединен с первым входом пятого интегратора 8, выход которого соединен со вторым я третьим входами интеграторов 3, 4, выход блока 5 нелинейности соединен со вторым входом интегратора 1, первый вход которого соедШ1ен с выходом инвертирующего усилителя 6 и вторым входом интегратора 8. Вход и выход инвертора 2 соединен со вторым и третьим входами блока 5 нелинейности, входы и выходы инверторов 15 и 16 через мостовые выпрямители 7 и 10 соедивены с входом и выходом интеграторов 8и 9. Устройство работает следующим образом. Интеграторы 1, 8 и 9 моделируют вращажзщиеся массы элементов планетарной передачи. Величина постоянной времени каждого интегратора пропорциональна приведенному моменту инерции соотв етствуюшего элемента планетарного механизма. Пусть, например, интеграторы 1, 8и 9модатируют соответственно эпицикл, водило и солнечную шестерню. Интегратор 4 моделирует податливости между эпициклом, водилом и солнечной шестерней. Интегратор 3 моделирует податливость блокнрювочной связи между эпициклом и водилом. Принимая, что эпицикл является входным элементом планетарной передачи, а водило выходным, рассмотрим работу предлагаемого устройства в трех режимах. 1. Работа планетарного механизма при включенном блокировочном фрикционе. Блокировочный фрикцион моделируется с помощью блока 5 нелинейности типа сухое трение, величина напряжения 1 фуг1ах пропорционального мотленту, который может передать фрикцион, определяется напряжением на втором и третьем входах блока 5. Для того, чтобы эти напряжения были равны, но противоположны по знаку, между вторым и третьгол входами блока 5 подключен инвертор 2. Если напряжения на вторых и третьих входах блока 5 равны U-pUy,( ft - коэ хфипшент запаса фршсциона), то в этом случае моделируется включенный блокировочный фрикцион, который осуществляет передачу момента от эпицикла к водилу. Если в этом случае на третий вход интегратора 1 подается напряжение Ujj пропорциональное крутящему моменту4 то на выходе интегратора 1 появляется напряжение U,,. , пропорциональное угловой скорости эпицикла. Это напряжение . поступает на первый вход четвертого интегратсра 3, на выходе которого формируется напряжение , пропорциональное моменту АЛф . Напряжение Умф без изменения нроходит через блок 5, меняя ToinbKO знак. С выхода блока напряжение поступает на первый вход интегратора 8 и на второй вход интегратора 1. Так как напряжение U противопсиож но по знаку напряжению, О го заряд интегратора замедляетсй и при й15стижбни равенства I U 1 | U(A(J) I прекращается. На выходе пятого интегратора 8 появпяется напряжение (, которое с противоположным знаком напряжению (JJ поступает на второй вход интегратора 4 и замедляет его заряд. . | U vj;J - j U jy j заряд прекращается, т.е. водило стало вращаться с такой же скоростью, что эпицикл. При подключении ко входу инвертора 15 напряжения , пропорционального моменту нагрузки, пятый интегратор 8 начинает разряжаться. В этом случае появляется разность напряжений Уц w которая сохраняется до тех пор, пока ШлАф ие станет равным jU,g,i}, т.е. насту пает динамическое равновесие. При том }U(i;,| вновь станет равным |Uaii|. Напряжение Ujj с выхода первого интегратора 1 также поступает на первый вход интегратора 3, на выходе которого формируется напряжение , пропорцио нальное значению упругого момента, действующего в планетарном механизме. Это напряжение, проинвергированное и усилен ное усилителем б (коэффициент усиления усилителя 6 определяет коэффициент передачи механизма), поступает на первый вход третьего интегратора 9, что приводи к появлению на выходе интегратора напря жения и Ц;-),,,, которое поступает на вход интегратора 4 с противоположным знакам, /Uiir-f/ I, I / Когда -1-- )ъ1 11« -передаточное 1,, ЧИСЛО между эпициклом и солнечной шеетерней) Uju становится равным нулю, и наступает динамическое равновесие. Таким образом, в данном режиме моде лируется передача мощности от эпшшкпа к водилу за счет внешней блокировки планетарнохх механизма с помощью блокировочного фрикциона. Солнечная шестерня, масса которой моделируется третьим ин тегратором 9, вращается вхолостую, передача мсюности по цепи эпипякл - солнечная шестерня не моделируется. 2. Работа планетарного механизма при выключенном блокировочном фрикпвгоне и свободной солнечной шестерне. в этом случае напряжение на втором и третьем входах блока 5 нелинейности типа сухое трение равно нулю, т.е. моделируется отсутствие передачи мЪмента от эпицикла к водвлу через блокировочный фрикцион. Если на третий вход первого интегратора 1 подать напряжение О дд , пропорциональное крутящему моменту, то, как и в предыдущем случае, на входах интеграторов появляется напряжение Оц ц;з причем соотношение между данными напряжениями определяется выражением -(- где К - внутренее передаточное число планетарного механизма, равное К. Учет коэффициента К. осуществляется за счет разных ко&ффициентов передачи по входам второго интегратора 4. Если в этом случае на вход четвертого инверктора 15 подать напряжение пропорциональное моменту нагрузки, то напряжение и у; 2. и выходе пятого интегратора 8станет равным нулю, так как баланс входных напряжений, определяемый уравнением (1) нарушится, что приведет к появлению напряжения Од невыходе вторюго интегратора 4. Это напряжение, проинвертировавшееся инвертором, поступает на первый вход третьего интегратора 9и Изменяет его выходное напряжение O jiTaK, чтобы баланс напряжений на входах вторсго интегратора 4 соответствовал выражению (1), т.е. выражение (l) в случае Ujj,,0 имеет вид O JL 1 -KUц; При этом UM на выходе второго интегратора 4 станет равным нулю. Таким образом, при рассмотрении работы хшанетарного механизма в данном режиме моделируется отсутствие передачи мощности от эпицикла к водвлу, что v соответствует реальной работе планетарного механизма. 3. Работа планетарного механизма в режиме заторможенной солнечной шестерни. В этом режиме на вход инвертора 16 подается напряжение, пропорциональное тормозному моменту, в результате чего напряжение U на выходе третьего интегратора 9 равно нулю. Мостовые выпрямители 7 и 1О служат для того, чтобы предотвратить раскрутку соответствуюinHx элементов планетарного механизма от момента нагрузки и тормозного момен та. Если ъ этом случае подать напряжение Ом на третий вход первого интегратора 1, то на выходе-появляется напряжение и,.,. , которое интегрируется вторым интегратором 4, на выходе которого появляется напряжение U . Последнее прикладывается ко входам интеграторов 8 и 9, но на выходное напряжение () интегратора -9 .напряжение Удд. влияния не оказы вает, так как он заторможен . Яа выходе же пятого интегратора 8 появляется напряжение Uiy-j. г которое поступает на третий вход второго интегратора 4 с противоположным знаком (} . Когда I-iiiJ- К), l(-i,,2.. - передаточное между эпициклом и водилом), J становится равным нулю и наступает динамическое равновесие. При подключении ко входу инвертора 15 напряжения f , пропорционального моменту нагрузки, пятый интегратор 8 начинает разряжаться, что приводит к появлению разности напряжений |Уу,| 1 и|иииа1 которая сохраняется до тех пор пока |Uw,| «е станет равным ( вновь наступит динамическое равновесие при этом напряжениеЦЗц,/1 вновь станет равным I Otjji. j . Таким образом, в данном режиме моделируется передача мощности от эпшшкла к водилу и изменение передаточного числа в .-1 по отношению к первому режиму.. Предложенное устройство позволяет моделировать работу планетарного механизма во всех указанных режимах, что невозможно с помощью прототипа. Создание подобного устройства позволяет повысить точность моделирования механизмов и машин. В частности, предлагаемое устройство можно использовать в тренажерах вождения транспортных машин, где имеются планетарные передачи. Это позвсяяет более точно моделировать их динамику, а следовательно, повысить качестао обучения водителей. Формула изобретения Устройство для моделирования механи ческой передачи, содержащее первый и второй мостовые вьшрямителн, ограничительные резисторьг, последовательно соединенные первый и второй интеграторы, третий интегратор, выход которого соединен с одной из веряпин второго мостового выпрямителя и со вторым входом второго интегратора, первый вход первого 1снтегратора соединен с первым входом третьего интегратора, второй вход которого соединен с противоположной вершиной второго MOCTOBoro выпрямителя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования планетарного механизма, оно дополнительно содержит три инвертора, инвертирующий усилитель и последовательно соединенные четверт1 1Й интегратор, блок нелинейности типа сухое трение и пятый интегратор, втфой вход которого подключен к первому входу третьего интегратора и к выходу инвертирующего усилителя, вход которого соединен с выходом второго интегратора, первый вход которого подключен к первому входу четвертого интегратора, второй вход которого соединен с третьим входом второго интегратора и с выходом пятого интегратора, второй вход первого интегратора подключен к выходу блока нелинейности типа сухое трение, второй и третий входы которого соответственносоединены с выходом и входом первого инвертора, входы и выходы второго и третьего инверторов через ограничительные резисторы подключены к одной паре вершин второго и первого мостовых выпрямителей соответственно, другая пара вершин первого мостового вьшрямителя соединена с третьим входом и выходом пятого интегратора, а третий вход первого интегратора и входы первого, второго и третьего инверторов являются соответствующими входами устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Справочник по аналоговой вычислительной технике. Под ред. Г. Е. Пухова. Киев, Техника , 1975, с. 351. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2809496/18-24, кл. G06Gi 7/20, 1979. 3. Авторское свидетельство СССР № 641465, кл. G06Q 7/48, 1975 (прототип).