RU2249243C2 - Variable rigidity resilient member oscillation damper - Google Patents
Variable rigidity resilient member oscillation damper Download PDFInfo
- Publication number
- RU2249243C2 RU2249243C2 RU2003113563/28A RU2003113563A RU2249243C2 RU 2249243 C2 RU2249243 C2 RU 2249243C2 RU 2003113563/28 A RU2003113563/28 A RU 2003113563/28A RU 2003113563 A RU2003113563 A RU 2003113563A RU 2249243 C2 RU2249243 C2 RU 2249243C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- unit
- elastic element
- control unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области демпфирования колебаний упругих элементов конструкции объектов и может быть преимущественно использовано при проектировании и создании перспективных систем управления объектами нежесткой конструкции.The invention relates to the field of damping vibrations of elastic structural elements of objects and can be mainly used in the design and creation of promising systems for controlling objects of non-rigid construction.
Известно устройство [1] (аналог), предназначенное для гашения колебаний упругого элемента, когда пассивным демпфированием в системе возможно пренебречь. Это устройство реализует закон управления жесткостью упругого элемента в координатно-временной форме:A device [1] (analog) is known for damping vibrations of an elastic element when passive damping in a system can be neglected. This device implements the law of control of the stiffness of the elastic element in the coordinate-time form:
где q - фазовая координата упругого элемента; ωmax, ωmin - максимальная и минимальная частоты колебаний упругого элемента из диапазона возможных изменений; t - текущее время; t0 - наиболее поздний момент времени, в который отклонение упругого элемента обращалось в ноль;where q is the phase coordinate of the elastic element; ω max , ω min - the maximum and minimum vibration frequencies of the elastic element from the range of possible changes; t is the current time; t 0 - the most recent point in time at which the deviation of the elastic element vanishes;
- длительность режима движения с максимальной жесткостью в течение характерного полупериода колебаний Т0=T2+Т3;- the duration of the driving mode with maximum rigidity during a characteristic half-cycle of oscillations T 0 = T 2 + T 3 ;
- соответственно длительность режима движения с минимальной жесткостью в течение характерного полупериода колебаний; φ - постоянный параметр (угол логики) при фиксированном значении параметра- accordingly, the duration of the mode of movement with minimal rigidity during a characteristic half-cycle of oscillations; φ is a constant parameter (angle of logic) with a fixed value of the parameter
Функциональная схема устройства [1] представлена на фиг.1. Устройство содержит объект 1 управления (упругий элемент), датчик 2 отклонения упругого элемента, блок 3 управления, регулятор 4 жесткости. Блок 3 управления содержит индикатор нуля 5, ключ 6, триггер 7, первый и второй элементы задержки 8 и 9.Functional diagram of the device [1] is presented in figure 1. The device comprises a control object 1 (elastic element), a
Эффект от функционирования устройства [1] (быстродействие) варьируется через значения параметров Т2, и T3, которые зависят от ωmax, х и φ (см. (2) и (3)). Учитывая, что последний из этих параметров в свою очередь зависит от х, можно сделать вывод о том, что эффект от применения устройства [1] определяется частотными характеристиками ωmin и ωmax управляемого упругого элемента.The effect of the operation of the device [1] (speed) varies through the values of the parameters T 2 and T 3 , which depend on ω max , x and φ (see (2) and (3)). Given that the last of these parameters, in turn, depends on x, we can conclude that the effect of the use of the device [1] is determined by the frequency characteristics ω min and ω max of the controlled elastic element.
Использование устройства [1] предполагает точное знание частот ωmin и ωmax, через которые вычисляются х, φ(х), а также T3 и Т2. Значения последних двух параметров позволяют обоснованно выбрать характеристики элементов задержки 8 и 9 соответственно.Using the device [1] involves accurate knowledge of the frequencies ω min and ω max through which x, φ (x), as well as T 3 and T 2 are calculated. The values of the last two parameters allow you to reasonably choose the characteristics of the
Однако (предварительно) точно определить параметры ωmin и ωmax для конкретного упругого элемента зачастую невозможно. Ошибка в определении этих частот может достигать в некоторых случаях 100% и более. Особенно актуальна эта проблема для упругих систем, конструктивные параметры и характеристики которых способны изменяться в течение цикла их применения.However, it is often impossible (accurately) to accurately determine the parameters ω min and ω max for a particular elastic element. The error in the determination of these frequencies can in some cases reach 100% or more. This problem is especially relevant for elastic systems, the design parameters and characteristics of which are capable of changing during the cycle of their application.
В таких условиях целесообразно использовать устройство [2] (прототип), в котором в процессе колебаний реального упругого элемента на основе информации о его движении осуществляется корректирование частотных параметров на каждом интервале управления. Это устройство обеспечивает реализацию оптимального закона управления в форме обратной связи [3, 4]:In such conditions, it is advisable to use the device [2] (prototype), in which, in the process of oscillations of a real elastic element, based on information about its movement, the frequency parameters are adjusted on each control interval. This device provides the implementation of the optimal control law in the form of feedback [3, 4]:
где - фазовая скорость упругого элемента, φ=φ(x) - известная функция.Where is the phase velocity of the elastic element, φ = φ (x) is a known function.
Функциональная схема устройства [2] представлена на фиг.2. Устройство содержит объект 1 управления (упругий элемент), датчик 2 отклонения упругого элемента, дифференцирующий блок 3, инвертор 4, два делителя 5 и 6, сумматор 7, два релейных элемента 8 и 9, элемент И 10, элемент ИЛИ-НЕ 11, элемент ИЛИ 12, регулятор 13 жесткости, блок 14 оценки частоты, генератор 15 тактовых импульсов, два квадратора 16 и 18, два блока деления 17 и 22, функциональный преобразователь 19 зависимости оптимального угла от частоты, синусный 20 и косинусный 21 функциональные преобразователи. Блок 14 оценки частоты содержит блок 23 формирования оценки и блок 24 осреднения.Functional diagram of the device [2] is presented in figure 2. The device contains a control object 1 (elastic element), a
Как показано в [1, 4, 5], законы (1) и (5) применительно к свободно колеблющимся упругим системам формально эквивалентны. В этой связи представляется целесообразным, используя преимущества устройства [2], реализовать на его основе управление в координатно-временной форме (1), не требующее в отличие от (5) информации о скорости упругого элемента. При этом достигается упрощение устройства [2].As shown in [1, 4, 5], laws (1) and (5) as applied to freely oscillating elastic systems are formally equivalent. In this regard, it seems appropriate, using the advantages of the device [2], to implement on its basis control in the coordinate-time form (1), which, in contrast to (5), does not require information about the speed of the elastic element. This simplifies the device [2].
На фиг.3 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг.4 - структурная схема блока расчета временных параметров, на фиг.5 - то же, блока управления, на фиг.6 - то же, блока оценки частоты.Figure 3 presents the functional diagram of the proposed device, figure 4 is a structural diagram of a unit for calculating time parameters, figure 5 is the same for the control unit, figure 6 is the same for the frequency estimation unit.
Устройство для успокоений колебаний упругого элемента переменной жесткости (фиг.3) содержит объект 1 управления (упругий элемент), датчик 2 отклонения упругого элемента, дифференцирующий блок 3, блок 4 оценки частоты, блок 5 расчета временных параметров, блок 6 управления, регулятор 7 жесткости, генератор 8 тактовых импульсов.A device for soothing the vibrations of an elastic element of variable stiffness (Fig. 3) contains a control object 1 (elastic element), an elastic
Блок 5 расчета временных параметров (фиг.4) содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый делители 9-13, первый и второй сумматоры 14 и 15, квадратор 16, нелинейный элемент 17, источник постоянного напряжения 18, вычислитель квадратного корня 19, вычислитель тангенса 20, вычислитель арктангенса 21.
Блок 6 управления (фиг.5) содержит индикатор нуля 22, ключ 23, триггер 24, первую и вторую управляемые линии задержки 25 и 26.The control unit 6 (Fig. 5) contains a zero
Блок 4 оценки частоты (фиг.6) содержит блок 27 формирования оценки и блок 28 осреднения.The frequency estimation unit 4 (FIG. 6) comprises an
Блок 27 формирования оценки содержит пять ключей 29-33, четыре запоминающих элемента 34-37, четыре квадратора 38-41, два сумматора 42 и 43, делитель 44, формирователь 45 модуля, нелинейный элемент 46, двухразрядный сдвиговый регистр 47.The
Блок 28 осреднения содержит шесть ключей 48-53, четыре сумматора 54-57, четыре запоминающих элемента 58-61, два делителя 62 и 63, элемент 64 задержки, инвертор 65, триггер 66, два счетчика 67 и 68, элемент И 69.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.The proposed device operates as follows.
После воздействия внешнего возмущающего момента упругий элемент начинает колебаться с максимальной частотой ωmax, поскольку в состоянии покоя жесткость упругого элемента максимальна (из условия снижения амплитуды колебаний, возникающих от действия внешнего возмущающего импульса).After the action of an external disturbing moment, the elastic element begins to oscillate with a maximum frequency ω max , since at rest the rigidity of the elastic element is maximum (from the condition of reducing the amplitude of the vibrations arising from the action of the external disturbing pulse).
Датчик 2 отклонения начинает выдавать текущее значение величины обобщенной координаты отклонения упругого элемента, которое поступает на вход дифференцирующего блока 3, первый вход блока 4 оценки частоты и первый вход блока 6 управления. При этом на выходе блока 6 управления сформирован сигнал и=0, который поступает на вход регулятора 7 жесткости, обеспечивая максимальную жесткость упругого элемента, а также на шестой вход блока 4 оценки частоты. Текущее значение скорости обобщенной координаты отклонения упругого элемента выдается с выхода дифференцирующего блока 3 на второй вход блока 4 оценки частоты.The
По этой информации в блоке 4 оценки частоты на каждом такте генератора 8 тактовых импульсов, начиная со второго, формируются оценки максимальной и минимальной частот системы, которые поступают соответственно на второй и первый входы блока 5 расчета временных параметров (см. фиг.4). На первом такте генератора 8 тактовых импульсов в качестве оценок частоты выступают значения и . Сигналы и образуют входы первого делителя 9, выходной сигнал с которого, пройдя через квадратор 16, представляет собой оценку параметра хi по формуле (4). Также сигнал поступает на вторые входы четвертого и пятого делителей 12 и 13 соответственно. Сигнал хi с выхода квадратора 16 нелинейным элементом 17 преобразуется в значение оптимального угла логики φ=φ(хi) (аналогично функциональному преобразователю 19 в устройстве-прототипе [2]). Одновременно сигнал хi преобразуется вычислителем квадратного корня 19 и поступает на первый вход второго делителя 10 и второй вход третьего делителя 11. Значение угла логики φ с выхода нелинейного элемента 17 преобразуется вычислителем тангенса 20 и образует второй вход второго делителя 10. На выходе второго делителя 10 формируется сигнал который проходит через вычислитель арктангенса 21 и поступает на первый вход второго сумматора 15, на втором входе которого - сигнал π/2, вырабатываемый источником постоянного напряжения 18. На выходе второго сумматора 15 формируется сигнал и поступает на первый вход третьего делителя 11. С выхода третьего делителя 11 сигнал поступает на первый вход пятого делителя 13. Выход пятого делителя 13 образует второй выход блока 5 расчета временных параметров, на котором сформирован сигнал T2 согласно формуле (3). Формируемый источником постоянного напряжения 18 сигнал π/2 поступает также на второй вход первого сумматора 14, на первый вход которого приходит сигнал φ с выхода нелинейного элемента 17. На выходе первого сумматора 14 формируется сигнал π/2-φ, который четвертым делителем 12 преобразуется в сигнал T3 согласно формуле (2). Выход четвертого делителя 12 образует первый выход блока 5 расчета временных параметров.According to this information, in
Сформированные сигналы T2 и T3, дискретно пересчитываемые с частотой следования импульсов с генератора 8 тактовых импульсов, соответственно со второго и первого выходов блока 5 расчета временных параметров поступают на третий и второй входы блока 6 управления и далее на управляющие входы линий задержки 26 и 25 соответственно для настройки их параметров (см. фиг.5). Когда жесткость упругого элемента установлена максимальной, на выходе блока 6 управления (соответственно на выходе триггера 24) сформирован сигнал и=0, который через инверсный управляющий вход открывает ключ 23. При первой же смене знака отклонения упругого элемента на первом входе блока 6 управления индикатор нуля 22 выдает импульс, который через открытый ключ 23 поступает на вход первой линии задержки 25, в которой обеспечивается задержка сигнала на период T3 (см. (2)). В течение интервала времени длительностью T3 на выходе триггера 24 гарантирован сигнал и=0, что отвечает установлению максимальной жесткости упругого элемента в соответствии с законом управления (1).The generated signals T 2 and T 3 , discretely counted with the pulse repetition rate from the 8 clock pulses generator, respectively, from the second and first outputs of the time
В силу того, что в течение режима движения упругого элемента с максимальной жесткостью осуществляется многократная перенастройка линий задержки 25 и 26 под текущие частотные характеристики упругого элемента, обеспечивается адаптивность алгоритма (1) управления жесткостью к изменению частот упругого элемента. Как только текущая оценка параметра T3 окажется меньше задержки, уже реализованной линией задержки 25, импульс с выхода первой линии задержки 25 переключает триггер 24 в единичное состояние, благодаря чему устанавливается минимальная жесткость системы. При этом ключ 23 закрывается и блокирует входной информационный канал. Этот же импульс, проходя через вторую линию задержки 26, по истечении интервала времени T2 (см. (3)) переводит триггер 24 в нулевое состояние, благодаря чему в системе устанавливается максимальная жесткость, и ключ 23 открывается. Система вновь готова реагировать на смену знака отклонения упругого элемента аналогично описанному выше. Существенно, что в режиме движения с минимальной жесткостью, аналогично режиму движения с максимальной жесткостью также обеспечивается адаптивность алгоритма (1) к изменению частот упругого элемента.Due to the fact that during the regime of movement of the elastic element with maximum stiffness, multiple retuning of the
Необходимо, однако, отметить, что для повышения устойчивости и регулярности переключения на максимальную жесткость целесообразно обеспечивать задержку сигнала во второй линии задержки 26 несколько меньше, чем Т2, с таким расчетом, чтобы импульс с индикатора нуля 22 успевал пройти через ключ 23, вновь открывающийся сигналом с триггера 24.It should be noted, however, that to increase the stability and regularity of switching to maximum stiffness, it is advisable to provide a signal delay in the
В то же время в силу разнотемповости формирования сигналов T2 и T3 в блоке 5 расчета временных параметров при изменениях оценок частот системы и настройка второй линии задержки 26 в блоке 6 управления запаздывает по отношению к настройке первой линии задержки 25 на некоторое время τ0. Фактически это означает, что адаптивные свойства предлагаемого устройства реализуются в худшем случае с запаздыванием по времени τ0. Однако, поскольку характерный полупериод колебаний упругого элемента переменной жесткости T2+Т3>>τ0, влияние запаздывания не сказывается существенно на качестве управления.At the same time, due to the different rates of formation of the signals T 2 and T 3 in
Источники информацииSources of information
1. Патент 2192036 РФ, G 05 D 19/02, F 16 F 15/00, 2002 (п.1, аналог).1. Patent 2192036 of the Russian Federation, G 05
2. А.С. 1500990 СССР, G 05 В 11/01,1987 (прототип).2. A.S. 1500990 USSR, G 05
3. Шалымов С.В., Мануйлов Ю.С. Оптимальное повышение диссипации в упругой системе за счет управления ее жесткостными свойствами // Методы и алгоритмы исследования автоматических систем управления. Вып. 6. - Л.: МО СССР, 1988. - С.26-31.3. Shalymov S.V., Manuylov Yu.S. Optimal increase in dissipation in an elastic system by controlling its stiffness properties // Methods and algorithms for the study of automatic control systems. Vol. 6. - L .: Ministry of Defense of the USSR, 1988. - P.26-31.
4. Шалымов С.В. Оптимальное гашение колебаний простых упругих систем с управляемой жесткостью. - МО РФ, 2001. - 101 с.4. Shalymov S.V. Optimal damping of vibrations of simple elastic systems with controlled stiffness. - Ministry of Defense of the Russian Federation, 2001 .-- 101 p.
5. Шалымов С.В. Координатно-временное управление гашением колебаний упругой системы переменной жесткости // Изв. вузов. Приборостроение. Т.46, №12, 2003, С.54-59.5. Shalymov S.V. Coordinate-time control of damping oscillations of an elastic system of variable stiffness // Izv. universities. Instrument making. T.46, No. 12, 2003, S.54-59.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003113563/28A RU2249243C2 (en) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | Variable rigidity resilient member oscillation damper |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003113563/28A RU2249243C2 (en) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | Variable rigidity resilient member oscillation damper |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003113563A RU2003113563A (en) | 2004-12-10 |
RU2249243C2 true RU2249243C2 (en) | 2005-03-27 |
Family
ID=35560788
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003113563/28A RU2249243C2 (en) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | Variable rigidity resilient member oscillation damper |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2249243C2 (en) |
-
2003
- 2003-05-08 RU RU2003113563/28A patent/RU2249243C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109426136B (en) | Time-to-digital conversion circuit, circuit device, physical quantity measuring device, electronic apparatus, and moving object | |
CN109142820B (en) | Pulse wave generating device | |
CN205485661U (en) | Intelligent terminal's sense of touch vibration control system | |
JP2018056674A (en) | Circuit device, physical quantity measurement device, electronic apparatus, and movable body | |
RU2249243C2 (en) | Variable rigidity resilient member oscillation damper | |
RU2249244C2 (en) | Device for damping oscillations of variable rigidity resilient member | |
ATE325464T1 (en) | SYNCHRONOUS SIGNAL GENERATOR | |
RU2241251C1 (en) | Device for damping oscillations of resilient element of variable rigidity | |
JP2011061929A (en) | Motor speed control device | |
US9644965B2 (en) | System comprising a mechanical resonator and method therefor | |
RU2192662C1 (en) | Device for dampening oscillations of flexible member of varying rigidity | |
RU2192035C1 (en) | Gear to dampen vibration of springy member of variable rigidity | |
RU2192036C1 (en) | Gear to dampen vibration of springy member of variable rigidity | |
JP2012172782A (en) | Vibration control device | |
US11316547B2 (en) | Signal generation circuit and related chip, flow meter and method | |
Von Wantoch et al. | Adaptive phasor control of a Duffing oscillator with unknown parameters | |
Machado et al. | Fractional Van der Pol oscillator | |
RU158122U1 (en) | NEUR-LIKE OSCILLATOR GENERATOR | |
JP5802507B2 (en) | PLL circuit | |
Zaher | Design of fast state observers using a backstepping-like approach with application to synchronization of chaotic systems | |
RU2565362C1 (en) | Controllable quadrature signal generator | |
Shome et al. | Input shapers against system parametric uncertainty | |
JPH0441629Y2 (en) | ||
RU2625054C1 (en) | Method for determining frequency difference sign and device for its implementation | |
SU746738A1 (en) | Analogue storage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050509 |