Устройство для моделирования характеристик

ОПИСАНИЕ З24Ыб

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

М. Кл. 6 06g 7/68

Заявлено 24.111.1970 (№ 1417461/18-24) с присоединением заявки ¹

Комитет по делам иаооретений и открытий при Совете Министров

СССР

Приоритет

УД К 681.333 (088.8) Опубликовано 23.Х!1.1971. Бюллетень ¹ 2 за 1972

Дата опубликования описания 24.II.1972

Авторы изобретения

Н. С. Петунин и Ю. А. Тисунов

Ворошиловградский филиал института «Гипроуглеавтоматизация»

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК

СИЛЬ! ТРЕНИЯ

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и предназначено для моделирования характеристики силы трения в зависимости от скорости при исследовании движения физических систем на аналоговых вычислительных машинах.

Известны схемы, воспроизводящие па операционных усилителях с помощью соответствующего включения дополнительных элементов в цепь обратной связи характеристики

«сухого» трения, «кулоновского» трения с прилипанием, известны также устройства для моделирования коэффициента трения, обеспечивающие точность моделирования и учитывающие зависимость коэффициента трения от продолжительности периодов покоя и движения.

Недостатком известных устройств является то, что, во-первых, они воспроизводят только одну из возможных характеристик трения и, во-вторых, при отсутствии движеттття системы (при нулевой скорости) выходной сигнал устройства равен значению коэффициента (или силы) трения покоя, в то время как в физических системах сила трения в моменты времени, когда скорость движения равна нулю, изменяется в широких пределах (от нуля до максимального значения трения покоя), уравновешивая приложенные к телу силы, когда их сумма не превышает максимального значения силы трения покоя. Это особенно важно при исследовании автоколебательных физических систем, например движения горных комбайнов, когда движение гроисходит с остановками или под действием знакопереAIBkIIII Ix возмущающих сил, возможна даже перемена знака скорости.

Таким образом, необходимо устройство для моделирования силы трения, которое позволяло бы воспроизводить большинстчо известных характеристик трения, а также моделировать повеление системы в случае движения с остановками. Прп этом должна учитываться зависимость знака силы трения от направления

15 (ст<оросттт) движения.

Задача решается включением в схему моделирования звеньев, собранных на операционных усилителях, и соответствующим их включением.

20 На черте>т<е приведена схема устройства, состоящая ттз двух ОГHoHklbI < олот<ов:

l — блока рстпеппя уравттеттття двттжепия системы (па схеме показана только часть блока, непосредственно относящаяся к пред25 лагаемому устройству и являющаяся постоянной при решении различных задач движения физических систем);

П вЂ” блока формирования заданной характерпстш<п силы трения от скорости движе30 ния.

324636

Блок решения уравнения движения системы содержит схему 1 для воспроизведения зоны нечувствительности, первый инвертор 2, первый суммирующий усилитель 8 (сумматор), электронный коммутатор 4, интегратор

5, схему 6 для воспроизведения абсолютной величины.

Блок формирования заданной характеристики силы трения от скорости движения содержит квадратор 7, второй ннвертор 8, блок ограничения 9, третий инвертор 10, схему 11 для воспроизведения релейной характеристики, второй суммирующий усилитель 12, масштабный усилитель 18.

Схема работает следующим образом.

Уравнение движения для исследования на электронной модели, как правило, разрешается относительно старшей производной (ускорения х). Сумма действующих на систему сил (кроме силы трения) Хl подается па схему 1 воспроизведения зоны нечувствительности и на первый вход сумматора 8, на второй вход которого подается сила трения (вернее, соответствующие этим силам напряжения). Выходы схем 1 и 8 подаются на элек-тронный коммутатор 4, который подключает

Ко, входу интегратора 5 выходы схем 1 или 8 в зависимости от того, равна скорость движения по абсолютной величине нулю или больше нуля. Управление электронным коммутатором 4 осуществляет схема 6 воспроизведения абсолютной величины, подключенная к выходу интегратора 5, вычисляющего скорость движения х.

Если скорость движения равна нулю, ко входу интегратора 5 электронным коммута-тором 4 подключается схема 1 воспроизведения зоны нечувствительности с инвертором 2.

Ширина зоны нечувствительности определяется величиной силы трения, что осуществляет. ся путем подачи через развязывающие диоды напряжения, соответствующего силе трения, на потенциометры схемы 1. Таким образом, при нулевой скорости движения системы выходное напряжение появится только в том случае, если сумма приложенных к систем сил ZF будет больше силы трения 1,р. Зтим обеспечивается соответствие поведения модели системы при нулевой скорости реальным условиям.

Если сумма сил больше силы трения и система приходит в движение, т. е. на выходе интегратора 5 появляется напряжение, то электронный коммутатор 4 переключает вход интегратора 5. В этом случае ко входу интегратора подключен сумматор 2.

Разность силы ZF и силы трения F,ð определяет ускорение системы при ее движении.

Следовательно, блок решения уравнения движения системы решает первую часть поставленной задачи, а именно производит сравпение прпло t.ettttttv к системе сил с величиной силы трепни покоя прп помощи схемы воспроизведения зоны нечувствительности и в случае, когда эти силы превышают вели5 чину силы трения покоя, переключает вход интегратора 5 для вычисления скорости движения к вы оду сумматора 8.

Для получения требуемых характеристик коэффициента и силы трения в зависимости

10 от скорости движения, выход интегратора 5, соответствующий скорости, подается параллельно на выходы квадратора 7 с инвертором

8, блок ограничения 9 с инвертором 10 и схемы 11 воспроизведения релейной характери15 стики. Выходы этих схем (прямые и инверсные) подаются»а соответствующие входы сумматора 12 для воспроизведения характеристики коэффициента трения. В зависимости от соотношения входных коэффициентов сум20 матора 12 могут быть. получены требуемые характеристики сухого или вязкого трения (показаны в нижней части чертежа).

Воспроизведение силы трения осуществляется масштабным усилителем 18, которьш производит умножение коэффициента трения

tra величину нормальной составляющей силы тяжести, обусловливающей величину силы трения.

Таким образом, блок формирования заданной характеристики силы трения от скорости движения воспроизводит в соответствующем масштабе зависимость силы трения î1 знака и величины скорости движения.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования характеристик силы трения, содержащее усилители, 40 схему для воспроизведения абсолютной величины, инверторы и электронный коммутатор, отличаюи ееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, otto содержит схему для воспроизведения зоны нечувствитель45 ности, блок ограничения, квадратор и схему для воспроизведения релейной характеристики, причем между выходом второго и входом первого суммирующих усилителей включен масштабный усилитель, второй выход которо50 го подключен к управляющим входам схемы для воспроизведения зоны нечувствительности, соединенной с инвертором, выход инвертора и выход первого суммирующего усилителя через электронный коммутатор, управ55 ляемый схемой для воспроизведения абсолютной величины, соединены со входом интегратора, выход которого соединен со вхо. дами схемы для воспроизведения абсолютнои величины, квадратора, блока ограничения и

60 схемы для воспроизведения релейной характеристики, а прямые и инверсные выходы трех последних схем подключены ко входам второго суммирующего усилителя.

324636

Редактор Б. Нанкина

Заказ 246/1 Изд. № 1856 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Е. Тимохина

Техред 3. Тараненко

Корректоры: В. Жолудева и Н. Шевченко