Устройство для определения нелинейных характеристик колебательных систем

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в случаях, когда требуются высокие точности и оперативность определения нелинейных характеристик испытуемых колебательных систем. Цель изобретения - повышение информативности определения характеристик системы - достигается тем, что устройство , кроме источника 1 напряжений на первом выходе 2, которого сигнал пропорционален перемещению,- полосового фильтра 4, первого 7 и второго 7 квадраторов, сумматора 8, двухкоординатного регистратора 11, блока 12 вьтолнения декремента колебаний и второго двухкоординатного регистратора, содержит блок 5 преобразования Гильберта, дифференциатор 6, блок 9 извлечения квадратного корня и блок 10 вычисления мгновенной частоты. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU»1287116 (51)4 G 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг,1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3831694/ 24-24 (22) 26. 12.84 (46) 30.01.87. Бюл. Ф 4 (72) C,С.Бруфман, С.А.Добрынин,, М.Г,Розенблюм и И.C.Ôåëüäìàí (53) 62-50(088,8) (56) Харрис С.М., Крид Ч.А. Справочник по ударным нагрузкам. Л,: Судостроение, 1980, гл. 5.

Авторское свидетельство СССР

М 1109715, 1984.

Паповко Я.Г. Введение в теорию . механических колебаний. М.:Наука, 1971, с. 154, Фалеев С.П. Расчет и моделирование устройств обработки сигналов систем управления. Л.: ЛИАП, )980, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ

СИСТЕМ (57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в случаях, когда требуются высокие точности и оперативность определения нелинейных характеристик испытуемых колебательных систем.

Цель изобретения — повышение информативности определения характеристик системы — достигается тем, что устройство, кроме источника 1 напряжений на первом выходе 2, которого сигнал пропорционален перемещению, полосового фильтра 4, первого 7 и второго 7 квадраторов, сумматора 8, двухкоординатного регистратора 11, блока 12 выполнения декремента колебаний и второго двухкоординатного регистратора, содержит блок 5 преобразования Гильберта, дифференциатор 6, блок 9 извлечения квадратного корня и блок 10 вычисления мгновенной частоты. 2 з.п. ф-лы, 3 нл.

1287116

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения динамических свойств конструкций, машин, механизмов и других объектов при действии кратковременных ударных нагрузок, например, при конструировании роботов-манипуляторов, летательных аппаратов и т,п., где требуются высокие точность и быстродействие определения нелинейных характеристик испытуемых колебательных систем, Цель изобретения — повышение точности и информативности экспериментального исследования колебательных систем.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства-; на фиг. 2 — структурная схема блока вычисления мгновенной частоты; на фиг. 3 — структурная схема блока вычисления декремента колебаний.

Устройство (фиг, 1) включает механическую колебательную систему с источником 1 напряжений, первым выходом 2, пропорциональным скоро-, сти, и вторым выходом 3, пропорциональным перемещению, полосовой фильтр 4, блок 5 преобразования Гильберта, дифференциатор б, первый 7 и

1 второй 7 блоки возведения в квадрат, сумматор 8, блок 9 извлечения квадратного корня, блок 10 вычисления мгновенной частоты, первый двухкоординатный регистратор 11, блок

12 вычисления декремента колебаний, второй двухкоординатный регистратор

13, На фиг. 1 обозначено: 14 и 15 — . входы первого 7 и второго 7 блока возведения в квадрат, 1б-18 — второй, третий и четвертый входы блока

10 вычисления мгновенной частоты, 19 и 20 — соответственно его первый и пятый входы, 21 и 22 — соответственно второй и первый вход первого двухкоординатного регистратора 11;

23 и 24 — второй и первый вход блока 12 вычисления декремента колебаний; 25 и 2б — второй и первый входы второго двухкоординатного регистратора 13. На фиг. 2 обозначено:

27 и 28 — первый и второй умножитель, 29 — вычитатель, 30 — делитель, на фиг. 3 — 31 — элемент памяти максимума огибакицей, 32 — делитель логарифмический, 33 — делитель.

Устройство работает следующим образом..

Ударный механизм (не показан) коротким импульсом возбуждает свободные колебания в механической Ко лебательной системе. Причем длительность удара намного меньше периода собственных колебаний системы.

Источник 1 напряжений преобразует механические колебания в электрический сигнал x(t), пропорпиональ( ный перемещению, на втором выходе

3 и в электрический сигнал х (t), пропорциональный скорости, на первом выходе 2, Поступающий с выхода полосового

15 фильтра 4 сигнал x(t) проходит через элементы устройства, где производится его преобразование и регистрапия.

На двухкоординатных приборах 13 и 11 регистрируют зависимость мгновенной частоты сигнала Z(t) и декремента колебаний о(С) от мгновенной амплитуды (огибающей) сигнала А(С).

Так называемая скелетная кривая колебательной системы, выражающая

25 связь между мгновенной частотой fi) и мгновенной амплитудой (огибающей) сигнала A(t.) при свободных колебаниях, содержит информацию о собственных нелинейных упругих, т.е, о ее

3п жесткости (податливости).

Скелетная кривая в графической форме выражает связь собственной частоты нелинейной системы с амплитудой колебаний °

Для вычисления мгновенной амплитуды (огибающей) А(С) в устройстве осуществляется вычисление согласно формуле

40 А(С) () (), (1)

rpe x„(t) — преобразование Гильберта сигнала х(С), а мгновенная частота Г(t) вы-, числяется по формуле

45 х(С) x,(С) х (t) x,(t)

2% х ТС7+х ТС7

Вычисление по этим формулам осуществляется в блоках и элементах устройства следующим образом.

Сигнал x(t) поступает на вход 14 первого блока возведения в квадрат

1 где вычисляется х (t). Одновременно этот сигнал поступает на вход блока преобразования Гильберта 5, где вычисляется х,(t), Блок преобразования Гильберта выполнен в соответствии с алгоритмом, указанным в (43, 1287116

50

Сигнал с выхода блока 5 преобразования Гильберта поступает на вход второго блока 15 возведения в квадрат, на выходе которого будет

2 сигнал х (1),. Далее сигналы с блоков г

7 возведения в квадрат. поступают на вход сумматора 8, где производится вычисление х (t)+x (t). Этот сигнал г поступает на вход блока 9 извлечения квадратного корня и затем поступает на второй вход 21 первого двухкоординатного регистратора 11 в виде (1).

Это мгновенная амплитуда (огибающая) сигнала.

Для формирования сигнала мгновенной частоты f(t) на второй вход 16 блока 10 вычисления мгновенной частоты подается сигнал с выхода сумматора 8 х (t)+x „(t), на третий вход 1 7—

Я 2 выход блока 5 преобразования Гильберта х,(С), на четвертый вход 18 — выход 6 дифференциетора х,(t), на первый вход 19 — сигнал x(t) с выхода полосового фильтра 4, на пятый 20— ,сигнал с выхода 2 источника 1 напряжений, пропорциональный скорости х (t). В блоке 10 вычисление мгновенной частоты осуществляется по формуле (2).

Первое произведение числителя осуществляется во втором умножителе 28 (фиг. 2), второе произведение. — в первом умножителе 27, разность произведений вычисляется в вычитателе 29. .Деление разности на сумму квадратов и умножение на постоянный коэффициент осуществляется в делителе 30.

Сигнал с выхода блока 10 поступает на первый вход 22 первого двухкоординатного регистратора 11, где и регистрируется скелетная кривая колебательного процесса.

Регистрация зависимости декремента колебаний 8 (t) от мгновенной амплитуды (огибающей) сигнала A(t)

:осуществляется во втором двухкоординатном регистраторе 13.

Декремент колебаний о.(t) вычисляется в блоке 12 и поступает на второй вход 26 второго цвухкоординатного регистратора )3. На блок 12 поступает. сигнал огибающей А(1) (фиг.3), В элементе 31 памяти максимума огибающей (пиков 1й детектор)фиксируется значение максимума.

В логарифмическом делителе 32 осуществляется деление максимума огибающей на текущее значение огибающей во времени с последующим вычислением логарифма от частного и делением на текущее время, т.е. вычисление

А, коэффициента затухания 4(t)=(1.n - - ° )/

А1 )

/ . Затем в делителе 33 осуществляется деление сигнала с выхода лога рифмического делителя 32 (коэффициента затухания a(t)) на мгновенную частоту r(t). Таким образом вычис. ляется декремент колебаний 5(t)..

В предложенном устройстве в качестве блока вычисления декремента колебаний используется блок определения декремента колебаний, используемый в (21.

Таким образом, предложенное устройство дает возможность определить степень нелинейности конструкции.

Это облегчает и уточняет расчет колебательной системы с учетом ее нелинейных свойств. В реальной конструкции практически всегда действуют нелинейные упругие силы и нелинейные силы трения). Величина нелинейности дается в количественной оценке как для нелинейного демпфирования (например, конструкционное демпфирование, сухое трение), так и для нелинейной упругости (контактная жесткость).

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

1. Устройство для определения нелинейных характеристик колебательных систем, содержащее источник напряжений, подключенный первым и вторым выходами соответственно к первому и второму входам полосового фильтра, сумматор, соединенный первым и вторым входами соответственно с выходами первого и второго блоков возведения в квадрат, блок вычисления декремента колебаний, первый вход которого соединен с первым входом первого двухкоординатного регистрато-, ра, а выход — с первым входом второго двухкоординатного регистратора, о т л и ч а ю m, е е с я, тем, что, с целью повьппения информативности определения характеристик системы, устройство содержит блок вычисления мгновенной частоты, блок извлечения квадратного корня, дифференциатор и блок преобразования Гильберта, вход которого соединен с входом первого блока возведения в квадрат, с первым выходом полосового фильтра и первым

1287116 входом блока вычисления мгновенной частоты, второй вход которого соединен с выходом сумматора и входом блока извлечения квадратного корня, третий вход — с выходом блока преобразования Гильберта, входами второго блока возведения в квадрат и дифференциатора, четвертый вход - с выходом дифференциатора, пятый вход— с вторым выходом полосового фильтра, 10 а выход — с первым входом блока вычисления декремента колебаний, выход блока вычисления квадратного корня соединен с вторыми входами первого и второго двухкоординатных регистра- 15 торов и блока вычисления декремента колебаний, 2. Устройство по п. 1, о. т л и ч а ю щ е е с я тем,, что блок вычисления мгновенной частоты содержит 20 первый умножитель и последовательно соединенные второй умножитель, вычитатель и делитель, подключенный выходом к выходу блока, а вторым входом— к первому входу блока, второй и третий входы блока соединены соответственно с первым и вторым входами первого умножителя, подключенного вьтходой к второму входу вычитателя, а четвертый и пятый входы соединены соответственно с первым и вторым входами второго умножителя.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок вычисления декремента колебаний, содержит последовательно соединенные элемент памяти максимума огибающей, логарифмический делитель и делитель, подключенный выходом к выходу блока, а .вторым входом — к первому входу блока, второй вход блока соединен с вторым входом логарифмического делителя и входом элемента памяти максимума огибающей.

1287116

Составитель В.Кузин

Редактор К,Волощук Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Заказ 7715/50 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4