RU2779278C1 - Methods for simulating static friction and apparatuses for the implementation thereof (variants) - Google Patents

Methods for simulating static friction and apparatuses for the implementation thereof (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2779278C1
RU2779278C1 RU2021122011A RU2021122011A RU2779278C1 RU 2779278 C1 RU2779278 C1 RU 2779278C1 RU 2021122011 A RU2021122011 A RU 2021122011A RU 2021122011 A RU2021122011 A RU 2021122011A RU 2779278 C1 RU2779278 C1 RU 2779278C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
static friction
value
friction
Prior art date
Application number
RU2021122011A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Артемьев
Валерий Иванович Жемеров
Original Assignee
Акционерное общество "Аэроприбор-Восход"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Аэроприбор-Восход" filed Critical Акционерное общество "Аэроприбор-Восход"
Application granted granted Critical
Publication of RU2779278C1 publication Critical patent/RU2779278C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: testing.
SUBSTANCE: proposed technical solutions relate to the field of controlled reversible or intermittent systems, wherein one of the disturbing forces acting on said systems is friction, and simulation modelling thereof is performed in the process of control synthesis. Claimed is a method for simulating static friction, wherein in order to obtain the driving force signal, a friction force signal is added to the signal of the projection of the sum of active forces on the direction of movement (expected direction of movement); the result is divided by the value of the mass of the moving parts, resulting in the acceleration value; the velocity value is obtained by integrating the acceleration signal; if the value of modelled velocity reaches zero, an indicator of the presence of a state of rest is formed, mutually exclusive with the indicator of the presence of a state of motion, as well as a logical command to set the modelled velocity to zero by resetting the integrator to zero when transitioning from the state of motion to the state of rest; wherein the value of the motion friction force is used as a friction force signal in the state of motion, and if the indicator of a state of rest is present, the value of static friction force is used, the absolute value whereof is formed as the smaller in modulus value from the value of initiation friction force and the value of the projection of the sum of active forces in the corresponding direction. The attribute of a state of rest in the proposed technical solutions is therein developed in advance of the time of actual zero setting of the velocity. Proposed are three basic options for receiving commands to reset the integrator and forming an indicator of a state of rest, including those accounting for the mutual direction of the driving force and velocity and the possibility of integrating using an accumulating adder. A corresponding apparatus is proposed in order to implement each of the basic variants of simulation.
EFFECT: increase in the accuracy of matching the behaviour of the model to a real physical process in a dynamic system without increasing the order of the differential equations used by the model, and a possibility of solving the problem using low-efficiency computing equipment in real time, as well as analogue computers.
17 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемые технические решения относятся к области управляемых систем, одной из возмущающих сил, воздействующих на которые, является трение. В частности, это системы с моделью (Краснова С.А., Уткин В.А. «Каскадный синтез наблюдателей состояния динамических систем», М., «Наука», 2006 г. - [1, рис. 1.1]) и системы с компенсацией трения, например Малафеева А.А., «Устройство для управления электроприводом с фрикционной нагрузкой», патент РФ на изобретение №2079961, МПК Н02Р 5/06, 1992 г. - [2]. В этих системах, в частности, осуществляется вычислительное моделирование (симуляция) значения трения в рабочих органах. Системы такого рода могут, например, использоваться для регулирования положения, скорости, развиваемого усилия (крутящего момента), выполняться цифровыми или аналоговыми, или аналого-цифровыми.The proposed technical solutions relate to the field of controlled systems, one of the disturbing forces acting on which is friction. In particular, these are systems with a model (Krasnova S.A., Utkin V.A. “Cascade synthesis of observers of the state of dynamic systems”, M., “Nauka”, 2006 - [1, Fig. 1.1]) and systems with friction compensation, for example Malafeeva A.A., "Device for controlling an electric drive with friction load", RF patent for invention No. 2079961, IPC H02R 5/06, 1992 - [2]. In these systems, in particular, computational modeling (simulation) of the friction value in the working bodies is carried out. Systems of this kind can, for example, be used to control position, speed, developed force (torque), be digital or analog, or analog-to-digital.

Особенностью силы трения (далее по тексту, когда говорится о силе, массе, скорости, ускорении поступательного движения, считается, что эти понятия эквивалентны понятиям момента силы, момента инерции, угловой скорости, углового ускорения для вращательного движения) является то, что она неспособна самостоятельно инициировать движение (не является активной силой), а только препятствует ему (под активными понимаются все действующие на систему силы, кроме сил трения и сил инерции). В общем случае сила (момент для вращательного движения) трения содержит три компоненты («Открытая физика 2.6», часть I, глава 1 «Механика», параграф 1.13 «Сила трения». http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/chapterl/section/paragraph13/theory.html#.V-umt02a21h - [3]):A feature of the friction force (hereinafter, when it comes to force, mass, speed, acceleration of translational motion, it is believed that these concepts are equivalent to the concepts of moment of force, moment of inertia, angular velocity, angular acceleration for rotational motion) is that it is unable to independently initiate movement (is not an active force), but only prevents it (active forces are understood to be all forces acting on the system, except for friction forces and inertia forces). In the general case, the force (torque for rotational motion) of friction contains three components (“Open Physics 2.6”, Part I, Chapter 1 “Mechanics”, paragraph 1.13 “Friction Force”. http://www.physics.ru/courses/op25part1 /content/chapterl/section/paragraph13/theory.html#.V-umt02a21h - [3]):

а) трение покоя РТП, которое в соответствии с первым законом Ньютона равно и противоположно направлено равнодействующей внешних активных сил PAC, пытающейся вызвать движение, пока та не превысит по модулю соответственно нижнего Ртр1 или верхнего Ртр2 порогового значения (РТП=-РАС при v=0 и - Ртр1≤РАС≤Ртр2, Ртр1 и Ртр2>0);a) static friction P TP , which, in accordance with Newton's first law, is equal and oppositely directed to the resultant of external active forces P AC , trying to cause movement until it exceeds in absolute value, respectively, the lower Rtr1 or upper Rtr2 threshold value (R TP \u003d -R AC at v=0 and - Рtr1≤Р AC ≤Рtr2, Рtr1 and Рtr2>0);

б) «сухое» (кулоновское) трение Ртрс постоянное по абсолютной величине (по крайней мере в достаточно малой окрестности) и направленное противоположно скорости v движения (Ртрс=Ртр3 при v<0, Ртрс=0 при v=0, Ртрс=-Ртр4 при v>0, Ртр3 и Ртр4>0);b) "dry" (Coulomb) friction Рtrs is constant in absolute value (at least in a sufficiently small neighborhood) and directed opposite to the speed v of motion (Рtrs=Рtr3 at v<0, Рtrs=0 at v=0, Рtrs=-Рtr4 with v>0, Ptr3 and Ptr4>0);

в) «вязкое» и некулоновское трение Ртрв, величина которого зависит от скорости движения (Ртрв=f(v), a f(v)=0 при v=0).c) "viscous" and non-Coulomb friction Рtrv, the value of which depends on the speed of movement (Рtrv=f(v), and f(v)=0 at v=0).

При этом с увеличением абсолютного значения скорости относительного движения тел абсолютная величина силы трения сначала уменьшается (Штрибек-эффект) и при дальнейшем увеличении модуля скорости растет, ее знак сохраняется, пока не изменится знак скорости. Функция f(v) может быть отрицательной на начальном участке, но ее сумма с кулоновской компонентой всегда направлена против вектора скорости. Кулоновская составляющая трения движения может быть меньше максимального (по модулю) значения трения покоя (Ртр3≤Ртр1, Ртр4≤Ртр2) для соответствующего знака скорости (Монастыршин Г.И. «Математическое моделирование сухого трения» // «Автоматика и телемеханика», 1958 г., том 19, выпуск 12, стр. 1091-1106. - [4]). В общем случае значения параметров трения может зависеть и от положения пятна контакта на каждой из соприкасающихся поверхностей. Начало движения произойдет в направлении полученной (без учета силы инерции) равнодействующей суммы активных сил и реакций на них. После начала движения для получения правильного расклада сил следует находить проекцию суммы активных сил на направление вектора скорости, так как именно в этом направлении действует сила трения. (Далее по тексту как для состояния покоя, так и для состояния движения используется термин «проекция суммы активных сил»).At the same time, with an increase in the absolute value of the velocity of the relative motion of bodies, the absolute value of the friction force first decreases (Striebeck effect) and, with a further increase in the modulus of velocity, increases, its sign is preserved until the sign of the velocity changes. The function f(v) can be negative in the initial section, but its sum with the Coulomb component is always directed against the velocity vector. The Coulomb component of motion friction may be less than the maximum (modulo) value of static friction (Rtr3≤Rtr1, Rtr4≤Rtr2) for the corresponding velocity sign (Monastyrshin G.I. “Mathematical modeling of dry friction” // “Automation and Telemechanics”, 1958 ., volume 19, issue 12, pp. 1091-1106 - [4]). In the general case, the values of the friction parameters may also depend on the position of the contact patch on each of the contacting surfaces. The beginning of the movement will occur in the direction of the resultant sum of active forces and reactions to them obtained (without taking into account the force of inertia). After the start of movement, in order to obtain the correct balance of forces, one should find the projection of the sum of active forces on the direction of the velocity vector, since it is in this direction that the friction force acts. (Further in the text, both for the state of rest and for the state of motion, the term "projection of the sum of active forces" is used).

В Simulink MatLab предлагается для моделирования трения использовать «Блок сухого и вязкого трения (Coulomb and Viscous Friction)» (Студопедия, «Блок сухого и вязкого трения Coulomb and Viscous Friction», https://studopedia.ru/20_27818_blok-suhogo-i-vyazkogo-treniya-Coulomb-and-Viscous-Friction.html - [5]). При его реализации трение покоя на момент остановки не определяется. Скорость движения задается как входная величина извне. При движении трение представляется как нечетная функция с разрывом в нуле. Поэтому в модели на участках реверса и трогания трение ведет себя как активная сила, инициирующая движение. В [4] указывается, что при таком варианте симуляции трения в модели динамической системы возникают скользящие режимы, которые нехарактерны для реально протекающего процесса.In Simulink MatLab, it is proposed to use the "Block of dry and viscous friction (Coulomb and Viscous Friction)" (Studopedia, "Block of dry and viscous friction Coulomb and Viscous Friction", https://studopedia.ru/20_27818_blok-suhogo-i- vyazkogo-treniya-Coulomb-and-Viscous-Friction.html - [5]). When it is implemented, the static friction at the moment of stopping is not determined. The travel speed is given as an external input. When moving, friction is represented as an odd function with a discontinuity at zero. Therefore, in the model in the areas of reversal and starting off, friction behaves as an active force that initiates movement. In [4], it is indicated that with this version of friction simulation in the model of a dynamic system, sliding modes arise, which are not typical for a real process.

Чтобы исключить такого рода колебания можно [4] разрывную функцию скорости аппроксимировать ограниченной непрерывной, имеющей участок крутого наклона вблизи нулевого значения скорости (в частном случае линейной функцией с ограничениями сверху и снизу). Однако наличие наклонного участка характеристики порождает паразитные отклонения в процессе моделирования и исключает возможность смоделировать остановку. В статье [6, стр. 125] (Серебренный В.В., Бошляков А.А., Огородник А.И. «Математическая модель исполнительных модулей захватных устройств роботов» // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2019 г., №6, стр. 123-135) также указывается, что при моделировании возникают алгебраические петли. Они могут привести к зацикливанию и остановке решения задачи. Там же [6, стр. 125, 126] говорится, что алгебраические петли могут быть устранены при применении динамической модели трения, в которой остановка симулируется как микродеформация в зоне пятна контакта. При этом коэффициенты в дифференциальных уравнениях являются функциями скорости, которая должна рассчитываться с учетом получаемых из этих уравнений (см., например, [6, формула (4)]) значений силы трения.To exclude such oscillations, it is possible [4] to approximate the discontinuous velocity function with a bounded continuous one, which has a steep slope near the zero velocity value (in a particular case, a linear function with restrictions from above and below). However, the presence of an inclined section of the characteristic generates parasitic deviations in the simulation process and excludes the possibility of simulating a stop. In the article [6, p. 125] (Serebrenny V.V., Boshlyakov A.A., Ogorodnik A.I. “Mathematical model of the executive modules of gripping devices of robots” // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2019 ., No. 6, pp. 123-135) it is also indicated that algebraic loops arise during modeling. They can lead to looping and stopping the solution of the problem. In the same place [6, pp. 125, 126], it is said that algebraic loops can be eliminated by applying a dynamic friction model, in which the stop is simulated as a microdeformation in the zone of the contact patch. In this case, the coefficients in the differential equations are functions of the velocity, which must be calculated taking into account the values of the friction force obtained from these equations (see, for example, [6, formula (4)]).

В описанном в [7, параграф 9.5] (Воронин С.Г. «Электропривод летательных аппаратов: Учебно-методический комплекс». - Offline версия 1.0. - Челябинск, 1995-2011. Глава 9, Следящие электроприводы, Параграф 9.5. http://model.exponenta.ru/epivod/glv_090.htm) способе моделирования трения считается, что трение имеет постоянный уровень, изменяется только при смене знака скорости и противоположно ей по направлению. При этом в отличие от [5] скорость считается здесь же как интеграл по времени от ускорения, полученного как частное от деления суммы всех сил (моментов), включая силу (момент) трения, на массу (момент инерции). То есть данный способ характеризуется тем, что определяется знак сигнала, соответствующего скорости относительного движения, и этот знак присваивается положительной константе, значение которой определяет уровень силы (момента) трения, а полученное значение инвертируется. Недостатки способа такие же, как и для [5].In described in [7, paragraph 9.5] (Voronin S.G. "Electric drive of aircraft: Educational and methodological complex." - Offline version 1.0. - Chelyabinsk, 1995-2011. Chapter 9, Tracking electric drives, Paragraph 9.5. http:/ /model.exponenta.ru/epivod/glv_090.htm) method of friction modeling, it is considered that friction has a constant level, changes only when the sign of the velocity changes and is opposite to it in direction. In this case, in contrast to [5], the speed is considered here as the time integral of the acceleration obtained as a quotient from dividing the sum of all forces (moments), including the friction force (moment), by the mass (moment of inertia). That is, this method is characterized by the fact that the sign of the signal corresponding to the speed of relative movement is determined, and this sign is assigned to a positive constant, the value of which determines the level of the force (moment) of friction, and the resulting value is inverted. The disadvantages of the method are the same as for [5].

В [1, стр. 136-165] описан способ управления манипулятором робота, в котором трение рассматривается как внешнее возмущение, действующее на механическую систему. Так как трение не является непосредственно измеряемой величиной, то для формирования его текущего значения используется сравнение оценок наблюдателя состояния и наблюдателя возмущений. При этом оценки возмущений ищутся в классе функций с ограниченными по величине производными. Как указывалось, трение может иметь разрыв при переходе от участка, соответствующего трению покоя, к участку, соответствующему трению движения. Кроме того, для получения оценок используются скользящие режимы, что приводит к дополнительному осреднению формируемой величины. Поэтому получаемые при таком способе моделирования оценки текущей величины трения являются в значительной степени осредненными.In [1, pp. 136-165], a method for controlling a robot arm is described, in which friction is considered as an external disturbance acting on a mechanical system. Since friction is not a directly measurable quantity, to form its current value, a comparison of the estimates of the observer of the state and the observer of disturbances is used. In this case, perturbation estimates are sought in the class of functions with bounded derivatives. As mentioned, friction can have a discontinuity in the transition from the area corresponding to the friction of rest, to the area corresponding to the friction of motion. In addition, sliding modes are used to obtain estimates, which leads to additional averaging of the generated value. Therefore, estimates of the current friction value obtained with this method of modeling are largely averaged.

В [2] предложено моделировать трение кусочно-линейной функцией от скорости с разрывом в нуле. Такой способ позволяет более точно реализовать трение на участке движения, но процессы остановки, трогания и реверса аналогично указанному для [5] моделируются неверно. К тому же трение движения может быть задано аналитически (см., например, [6, таблица 1]), что упрощает экспериментальные работы по определению соответствующей функции.In [2], it was proposed to model friction as a piecewise linear function of velocity with a discontinuity at zero. This method makes it possible to more accurately implement friction in the movement section, but the processes of stopping, starting and reversing, similarly to those indicated for [5], are modeled incorrectly. In addition, the friction of motion can be specified analytically (see, for example, [6, Table 1]), which simplifies experimental work on determining the corresponding function.

Способ, приведенный в [8] (Шендерович П.Б., «Устройство для моделирования нелинейности типа «сухое трение»», а.с. №334575 на изобретение СССР, м. кл. G06g 7/48, 1970 г.), реализует трение как функцию двух аргументов - суммы активных сил и скорости. При этом для ненулевого значения скорости реализуется кулоновское трение (при этом формируется сигнал разности активных сил и силы трения), а для случаев обнуления скорости - трение покоя (разность активных сил и силы трения приравнивается нулю). Однако недостатком описанного способа моделирования трения является то, что при моделировании реверса в случае, когда сумма активных сил меньше по модулю, чем сила трения покоя, смена знака скорости может произойти без срабатывания переключения на состояние покоя, а выработка принудительной команды на фиксацию нулевой скорости не предусмотрена. То есть устойчивость решения и правильность результатов не обеспечиваются.The method given in [8] (Shenderovich P.B., “Device for modeling non-linearity of the “dry friction” type”, AS No. 334575 for the invention of the USSR, class G06g 7/48, 1970), implements friction as a function of two arguments - the sum of active forces and velocity. In this case, for a non-zero value of the velocity, Coulomb friction is realized (in this case, a signal of the difference between the active forces and the friction force is formed), and for cases of zeroing of the velocity, static friction is realized (the difference between the active forces and the friction force is equal to zero). However, the disadvantage of the described friction modeling method is that when modeling the reverse, in the case when the sum of active forces is less in absolute value than the static friction force, the speed sign can change without switching to the rest state, and the generation of a forced command to fix the zero speed does not provided. That is, the stability of the solution and the correctness of the results are not ensured.

Хотя способ, реализованный в [9] («Устройство для моделирования сухого трения», а.с. №1091186 на изобретение СССР, м. кл. G06G 7/25, 1982 г.), дополнен по сравнению с [8] операциями, предусматривающими формирование нелинейной параболической характеристики на участке движения, он также не предусматривает выработки команды на принудительное обнуление скорости.Although the method implemented in [9] (“Device for Simulating Dry Friction”, AS No. 1091186 for the invention of the USSR, class G06G 7/25, 1982), is supplemented compared to [8] with operations, providing for the formation of a non-linear parabolic characteristic in the movement section, it also does not provide for the generation of a command for forced zeroing of the speed.

Известна «Система численно-математического моделирования MatLab Stateflow - Simulink. Демонстрация трения скольжения в StateFlow, http://bourabai.ru/cm/friction.htm» [10], в которой для анализа текущего состояния (движение или покой) используются как текущее значение скорости, так и сумма активных сил. Сигнал, формируемый при переходе из состояния движения в состояние покоя, используется не только для переключения ветвей расчета силы трения, но и для принудительного обнуления скорости. При этом в отсутствие состояния покоя кулоновская компонента силы трения с уровнем, неравным силе трения трогания, реализуется за счет использования трехпозиционной (с фиксированным нулем) функции сигнатуры от скорости и операции умножения полученной сигнатуры на фиксированную величину, а при наличии состояния покоя сила трения вычисляется также с помощью функции сигнатуры, но уже от суммы активных сил, и операции умножения на меньшую из двух величин: модуля суммы активных сил и уровня силы трения трогания.Known "System of numerical and mathematical modeling MatLab Stateflow - Simulink. Demonstration of sliding friction in StateFlow, http://bourabai.ru/cm/friction.htm” [10], in which both the current velocity value and the sum of active forces are used to analyze the current state (motion or rest). The signal generated during the transition from the state of motion to the state of rest is used not only to switch the branches of the calculation of the friction force, but also to force the zeroing of the speed. At the same time, in the absence of a state of rest, the Coulomb component of the friction force with a level unequal to the starting friction force is realized by using a three-position (with a fixed zero) signature function of the velocity and the operation of multiplying the resulting signature by a fixed value, and in the presence of a state of rest, the friction force is also calculated using the signature function, but already from the sum of active forces, and the operation of multiplying by the smaller of the two quantities: the modulus of the sum of active forces and the level of the starting friction force.

Недостатками этого способа является то, что для перехода из состояния движения в состояние покоя используется признак равенства скорости нулю. Так как [6, стр. 126] базовая кулоновская модель трения и все ее вариации, имеющие особую точку в области нулевых скоростей, приводят при численном моделировании реверсивных систем к ошибкам, поскольку переменная будет описываться вещественным числом с плавающей точкой и кроме как случайным образом не может стать равна 0. Сужение околонулевой зоны ведет к росту частоты решения задачи (Mathworks, Help Center, Signal threshold, https://www.mathworks.com/help/simulink/gui/signal-threshold.html - [11]). Расширение же зоны, прилегающей к нулю, приведет к качественному изменению моделируемого движения.The disadvantages of this method is that for the transition from the state of motion to the state of rest, the sign of the equality of the speed to zero is used. Since [6, p. 126] the basic Coulomb model of friction and all its variations, which have a singular point in the region of zero velocities, lead to errors in the numerical simulation of reversible systems, since the variable will be described by a real floating-point number and, except in a random way, will not may become equal to 0. The narrowing of the near-zero zone leads to an increase in the frequency of solving the problem (Mathworks, Help Center, Signal threshold, https://www.mathworks.com/help/simulink/gui/signal-threshold.html - [11]). The expansion of the zone adjacent to zero will lead to a qualitative change in the simulated motion.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ цифрового моделирования трения, (Лушников Б.В. «Компьютерное моделирование динамики элемента сухого некулонова трения» // «Известия Самарского научного центра Российской академии наук», т. 12, №1(2), 2010, стр. 439-444 - [12, рис. 1]). В модели организуется два взаимоисключающих состояния - движения и покоя. При этом считается, что, если скорость не нулевая, то имеет место состояние движения. Появление сигнала (передний фронт) о нулевом значении скорости в предыдущем такте (выход состояния блока интегрирования Simulink) запускает перевод модели в состояние покоя и установку в нуль текущей скорости путем сброса интегратора с установкой нулевых начальных условий. Если проекция суммы активных сил не превышает по модулю силы трения страгивания, то сила трения покоя равняется по величине и противоположна по направлению проекции суммы активных сил. Движущая сила (определяемая путем алгебраического сложения проекции суммы активных сил с силой трения) становится равной нулю (следует отметить, что равенство нулю движущей силы является необходимым условием перехода в состояние покоя после обнуления скорости, но в явном виде его использовать нельзя из-за алгебраической петли и возможности движения с постоянной скоростью). Соответственно, и ускорение, получаемое после деления движущей силы на массу, приведенную к точке, для которой вычисляется скорость движения, также становится нулевым. Пока это условие не нарушится, скорость на выходе интегратора будет оставаться нулевой, и состояние покоя в модели будет сохраняться. Когда же проекция суммы активных сил превысит по модулю силу трения страгивания в соответствующем направлении, сигнал на входе интегратора становится ненулевым (сила трения покоя по модулю не превышает силу страгивания в соответствующем направлении)/ Очевидно, что после интегрирования скорость также становится ненулевой, и создается предпосылка для формирования признака состояния движения в следующем такте вычислений. В состоянии движения при формировании силы трения вместо силы трения страгивания используется сумма кулоновской и некулоновской составляющих трения, зависящие соответственно первая от знака, а вторая от величины скорости движения. При этом в прототипе функция трения при покое является нечетной относительно суммы активных сил, а функция трения при движении - нечетной относительно скорости движения.The closest to the proposed technical solution is the method of digital simulation of friction, (Lushnikov B.V. “Computer simulation of the dynamics of a dry non-Coulomb friction element” // “Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”, vol. 12, No. 1 (2), 2010 , pp. 439-444 - [12, Fig. 1]). The model organizes two mutually exclusive states - movement and rest. In this case, it is considered that if the speed is not zero, then the state of motion takes place. The appearance of a signal (rising edge) about the zero value of the speed in the previous cycle (the state output of the Simulink integration block) triggers the transition of the model to a state of rest and setting the current speed to zero by resetting the integrator with setting zero initial conditions. If the projection of the sum of active forces does not exceed the pull-off friction force in absolute value, then the static friction force is equal in magnitude and opposite in direction to the projection of the sum of active forces. The driving force (determined by algebraically adding the projection of the sum of active forces with the friction force) becomes equal to zero (it should be noted that the zero driving force is a necessary condition for the transition to a state of rest after zeroing the speed, but it cannot be used explicitly due to the algebraic loop and the ability to move at a constant speed). Accordingly, the acceleration obtained after dividing the driving force by the mass reduced to the point for which the speed of movement is calculated also becomes zero. Until this condition is violated, the speed at the output of the integrator will remain zero, and the state of rest in the model will be preserved. When the projection of the sum of active forces exceeds in absolute value the friction force of the breakaway in the corresponding direction, the signal at the input of the integrator becomes non-zero (the force of static friction in absolute value does not exceed the force of breakaway in the corresponding direction) / Obviously, after integration, the speed also becomes non-zero, and the prerequisite to form a sign of the state of motion in the next cycle of calculations. In the state of motion, when the friction force is formed, instead of the friction force of breaking away, the sum of the Coulomb and non-Coulomb components of friction is used, depending, respectively, the first on the sign, and the second on the magnitude of the speed of movement. While in the prototype function of friction at rest is odd with respect to the sum of active forces, and the function of friction during movement is odd with respect to the speed of movement.

Недостатками данного способа являются использование для выработки команды на принудительное обнуление сигнала с выхода интегратора признака равенства нулю значения скорости на предыдущем такте вычислений, когда ускорение для текущего такта уже сосчитано. Сам по себе сдвиг момента времени, в который осуществляется проверка скорости, хотя и разрывает алгебраическую петлю, но как указывалось выше, вероятность, что в конкретный момент времени будет строго нулевой сигнал, крайне мала. О приемлемом значении допуска на зону обнуления скорости и его влиянии на устойчивость и правильность решения задачи в [12] не говорится.The disadvantages of this method are the use to generate a command for forced zeroing of the signal from the output of the integrator of the sign of equality to zero of the speed value at the previous calculation cycle, when the acceleration for the current cycle has already been calculated. By itself, the shift of the moment of time at which the speed is checked, although it breaks the algebraic loop, but, as mentioned above, the probability that at a particular moment of time there will be a strictly zero signal is extremely small. The acceptable value of the tolerance for the velocity zeroing zone and its influence on the stability and correctness of the solution of the problem is not mentioned in [12].

Задачей предлагаемой группы изобретений является обеспечение физически правильной устойчивой симуляции трения покоя в динамической системе, которая работает реверсивно или с остановками.The task of the proposed group of inventions is to provide a physically correct stable simulation of static friction in a dynamic system that operates in reverse or with stops.

Техническим результатом применения предлагаемых способов симуляции трения покоя является повышение точности соответствия поведения модели реальному физическому процессу в динамической системе без повышения порядка дифференциальных уравнений, используемых моделью.The technical result of applying the proposed methods for simulating static friction is to increase the accuracy of the correspondence between the behavior of the model and the real physical process in a dynamic system without increasing the order of the differential equations used by the model.

В качестве дополнительного технического результата появляется возможность решения задачи с использованием в реальном времени аналоговых вычислителей и цифровых вычислительных средств того же порядка производительности, который обеспечивает решение задачи симуляции трения покоя известными методами.As an additional technical result, it becomes possible to solve the problem using real-time analog computers and digital computing tools of the same order of performance, which provides a solution to the problem of static friction simulation using known methods.

Цель предлагаемого технического решения достигается, как вариант, за счет того, что:The purpose of the proposed technical solution is achieved, as an option, due to the fact that:

- используют в качестве входных сигналов модели, зависящие от скорости кулоновские и некулоновские силы трения движения и проекцию суммы активных сил на направление уже осуществляемого движения или предполагаемое из состояния покоя;- use as input signals models that depend on the speed of the Coulomb and non-Coulomb friction forces of motion and the projection of the sum of active forces on the direction of the already ongoing motion or assumed from a state of rest;

- формируют взаимоисключающие признаки наличия состояния покоя или движения и логическую команду на обнуление моделируемой скорости при переходе от состояния движения к состоянию покоя;- form mutually exclusive signs of the presence of a state of rest or movement and a logical command to reset the simulated speed during the transition from the state of motion to the state of rest;

- в состоянии покоя:- at rest:

- формируют величину силы трения покоя как меньшее по модулю из значений силы трения страгивания и суммы проекции активных сил в соответствующем направлении (знак силы трения покоя противоположен знаку проекции суммы активных сил на предполагаемое направление движения);- form the magnitude of the static friction force as the smaller in absolute value of the values of the friction force of the breakaway and the sum of the projection of active forces in the corresponding direction (the sign of the static friction force is opposite to the sign of the projection of the sum of active forces on the intended direction of movement);

- для определения движущей силы прибавляют с учетом их противонаправленности к проекции суммы активных сил на ожидаемое направление движения силу трения покоя;- to determine the driving force, taking into account their opposite direction, the static friction force is added to the projection of the sum of active forces on the expected direction of movement;

- используют признак превышения значением модуля проекции суммы активных сил абсолютной величины силы трения страгивания для перехода в состояние движения;- use the sign of exceeding the value of the projection module of the sum of the active forces of the absolute value of the friction force of breakaway for the transition to the state of motion;

- после того, как входной сигнал на интеграторе становится ненулевым, интегрирование ведется с нулевых начальных условий, а переход скорости от нулевого к ненулевому значению отменяет выработку признака состояния покоя, то есть соответствует выработке признака состояния движения- after the input signal on the integrator becomes non-zero, the integration is carried out from zero initial conditions, and the transition of the speed from zero to a non-zero value cancels the generation of the sign of the state of rest, that is, it corresponds to the generation of the sign of the state of motion

- в состоянии движения:- in a state of motion:

- для определения движущей силы прибавляют с учетом их противонаправленности к проекции суммы активных сил на направление движения силу трения движения;- to determine the driving force, taking into account their opposite direction, the force of friction of movement is added to the projection of the sum of active forces on the direction of movement;

- находят ускорение, деля движущую силу на массу (умножая на величину обратную массе), приведенную к соответствующей точке модели;- find the acceleration by dividing the driving force by the mass (multiplying by the reciprocal of the mass) reduced to the corresponding point of the model;

- признак перехода в состояния покоя вырабатывают с опережением к моменту, когда уменьшающаяся (по модулю) скорость должна достичь нуля, и при этом учитывают, что движущая сила (или ускорение) направлена в этот момент времени против скорости, а модуль проекция суммы активных сил на направление движения не превышает модуля силы страгивания в соответствующем направлении;- a sign of transition to a state of rest is developed ahead of the moment when the decreasing (in absolute value) speed should reach zero, and at the same time it is taken into account that the driving force (or acceleration) is directed at this moment of time against the speed, and the module is the projection of the sum of active forces on the direction of movement does not exceed the module of the breaking force in the corresponding direction;

- при выработке логической команды на обнуление моделируемой скорости осуществляется сброс интегратора в нуль.- when a logical command is generated to reset the simulated speed, the integrator is reset to zero.

Заявляемый технический результат достигается и в том случае, если для перехода из состояния движения в состояние покоя сначала вырабатывают логическую команду на обнуление моделируемой скорости, для чего используют вместо признака равенства ожидаемой скорости нулю признак несовпадения знаков ожидаемой на текущий момент времени и предшествующей скоростей движения, и при этом используют эту логическую команду также для принудительного удержания до следующего такта вычислений нулевого значения сигнала скорости, используемого для выработки признака наличия состояния покоя.The claimed technical result is also achieved if, in order to move from a state of motion to a state of rest, a logical command is first generated to reset the simulated speed, for which purpose, instead of the sign of equality of the expected speed to zero, the sign of the mismatch of the signs of the expected at the current moment of time and the previous speed of movement is used, and at the same time, this logical command is also used to force the zero value of the speed signal used to generate a sign of the presence of a state of rest until the next cycle of calculations.

Заявляемый технический результат также достигается, когда:The claimed technical result is also achieved when:

- для интегрирования ускорения используют сумматор с накоплением (см., например, Накапливающий сумматор, https://life-prog.ru/view_automati.php?id=16-[13]);- to integrate acceleration, an accumulative adder is used (see, for example, Accumulative adder, https://life-prog.ru/view_automati.php?id=16-[13]);

- для перехода из состояния движения в состояние покоя сначала по признаку несовпадения знаков ожидаемой на текущий момент времени и предшествующей скоростей вырабатывают логическую команду на обнуление моделируемой скорости и используют эту логическую команду для принудительного присвоения выходному сигналу сумматора с накоплением нулевого значения, а обнуленный сигнал скорости используется для выработки признака состояния покоя.- to move from a state of motion to a state of rest, first, on the basis of a mismatch in the signs of the expected at the current moment of time and the previous speed, a logical command is generated to reset the simulated speed and this logical command is used to force the assignment of the output signal of the adder with the accumulation of a zero value, and the reset signal of the speed is used to develop a sign of a state of rest.

Все вновь вводимые операции по отдельности известны или могут быть составлены из более элементарных известных операций, как это описано в представленных материалах.All newly introduced operations are known individually or can be composed of more elementary known operations, as described in the presented materials.

Осуществление предлагаемого способа происходит следующим образом (первый вариант).The implementation of the proposed method is as follows (the first option).

Главной причиной возникновения паразитных колебаний при моделировании процесса, включающего в себя кулоновскую составляющую трения, является изменение знака скорости относительного движения без фиксации момента начала обнуления скорости, что приводит к обходу ветви модели, соответствующей стадии покоя. В результате в ветви модели, соответствующей стадии движения, трение скачком меняет знак, и в случае превышения трением проекции суммы активных сил на направление движения возникает ускорение, направленное против полученной скорости, что приводит к предпосылке очередной смены знака скорости и так далее. В цифровых моделях это усугубляется наличием квантования. Если на i-том шаге моделирования скорость равна v[i], ускорение - ε[i], а временной шаг - ΔT, то на следующем шаге v[i+1]=v[i]+ε[i]×ΔT. Поэтому, когда знак ε[i] противоположен знаку v[i] и ε[i]×ΔT по модулю больше v[i], знак v[i+1] будет противоположен знаку v[i].The main reason for the occurrence of parasitic oscillations when modeling a process that includes the Coulomb component of friction is the change in the sign of the velocity of relative motion without fixing the moment when the velocity starts to zero, which leads to bypassing the branch of the model corresponding to the rest stage. As a result, in the branch of the model corresponding to the stage of motion, the friction abruptly changes sign, and if the friction exceeds the projection of the sum of active forces on the direction of motion, an acceleration occurs that is directed against the obtained velocity, which leads to the premise of another change in the velocity sign, and so on. In digital models, this is exacerbated by the presence of quantization. If at the i-th simulation step the speed is v[i], the acceleration is ε[i], and the time step is ΔT, then at the next step v[i+1]=v[i]+ε[i]×ΔT. Therefore, when the sign of ε[i] is opposite to the sign of v[i] and ε[i]×ΔT is greater than v[i] in absolute value, the sign of v[i+1] will be opposite of the sign of v[i].

Поэтому в моделях систем, включающих в себя компоненту трения, содержащую разрыв при нулевой скорости, это приводит к необходимости обнуления рассчитываемой скорости и принудительного перевода модели в состояние покоя. Для чего должен быть выработан соответствующий логический сигнал. Условиями выработки этого сигнала могут быть:Therefore, in models of systems that include a friction component containing a discontinuity at zero velocity, this leads to the need to reset the calculated velocity and force the model to go to rest. For what the corresponding logical signal should be developed. Conditions for generating this signal can be:

- значение скорости входит в окрестность, прилегающую к нулю в пределах точности решения задачи определения скорости;- the value of the speed enters the neighborhood adjacent to zero within the accuracy of the solution of the problem of determining the speed;

- противоположность знаков текущего (или ожидаемого) и предыдущего значений скорости при условии нахождения модели в стадии движения;- the opposite of the signs of the current (or expected) and previous speed values, provided that the model is in the motion stage;

- снижение ожидаемого значения интервала времени от текущего момента до смены знака скорости до величины меньшей временного шага решения задачи (или ожидаемое изменение знака скорости на текущем шаге вычислений по сравнению с его значением на начало текущего такта вычислений).- decrease in the expected value of the time interval from the current moment to the change in the sign of the speed to a value less than the time step of solving the problem (or the expected change in the sign of the speed at the current calculation step compared to its value at the beginning of the current calculation cycle).

Первый из этих критериев используется в прототипе способов. В этом случае переход осуществляется только в случае очень точного (в пределах назначенной точности вычислений) попадания рассчитанной на текущем шаге скорости в нуль, и если в следующем такте нуль скорости не будет определен как интеграл от нулевого ускорения при нулевых начальных условиях, может начаться колебательный процесс. В прототипе это усугубляется тем, что анализируется значение скорости с предыдущего такта. Второй критерий срабатывает с опережением к моменту перехода скорости через ноль. Время до смены знака скорости при противоположных знаках скорости и ускорения может быть определено как (Коротков О.В., Жемеров В.И., Щеглова Л.А. «Способ управления электроприводом и устройство для его реализации (варианты)», патент на изобретение РФ №2628757, МПК Н02Р 23/00, Н02Р 25/00, 2016 г. - [14, стр. 7, строки 19-22]):The first of these criteria is used in the prototype methods. In this case, the transition is carried out only in the case of a very accurate (within the assigned accuracy of calculations) hit of the speed calculated at the current step to zero, and if in the next cycle the zero speed is not determined as an integral of zero acceleration under zero initial conditions, an oscillatory process may begin. . In the prototype, this is aggravated by the fact that the speed value from the previous cycle is analyzed. The second criterion is triggered ahead of time by the moment the speed passes through zero. The time to change the sign of speed with opposite signs of speed and acceleration can be defined as (Korotkov O.V., Zhemerov V.I., Shcheglova L.A. "Method of controlling an electric drive and a device for its implementation (options)", a patent for an invention RF No. 2628757, IPC H02R 23/00, H02R 25/00, 2016 - [14, p. 7, lines 19-22]):

Figure 00000001
Figure 00000001

Если полученное положительное значение частного от деления будет меньше заданной величины, то это может служить основанием для выработки соответствующего логического сигнала. По переднему фронту (факту изменения уровня логического сигнала с«0» до «1») этого логического сигнала вырабатывается команда на сброс моделируемой скорости, а получение нулевого значения скорости переводит модель на ветвь, соответствующую состоянию покоя. Так как в этом случае скорость обнуляется до того, как может быть сформировано ее значение с противоположным знаком, то признак противоположности знаков текущего и предшествующего значений скорости уже не может сформироваться.If the received positive value of the quotient from the division is less than the specified value, then this can serve as the basis for generating the corresponding logical signal. On the rising edge (the fact of changing the level of the logical signal from "0" to "1") of this logical signal, a command is generated to reset the simulated speed, and obtaining a zero value of the speed transfers the model to the branch corresponding to the state of rest. Since in this case the speed is reset to zero before its value with the opposite sign can be formed, then the sign of the opposite signs of the current and previous speed values can no longer be formed.

В прототипе при моделировании трения используются центрально-симметричные относительно нуля (нечетные) полиномиальные функции, тогда как в ряде случаев трение может представлять собой функцию общего вида. Такую функцию, в частности при движении вдоль прямой линии, можно смоделировать двумя раздельными наборами операций для разных направлений движения и проекции суммы активных сил, его инициирующих. Для моделирования могут быть использованы не только полиномы, но и другие функции (например, тригонометрические, степенные, логарифмические, кусочно-линейные приближения, сплайны и т.п.). Следует отметить, что параметры трения могут изменяться не только в зависимости от направления движения, но и от положения пятна контакта на каждой из соприкасающихся при движении поверхностей. При необходимости в случае получения из внешней системы вместе со значениями активных сил и компонент трения движения также и наборов координат (обобщенного фазового состояния) соответствующие функции могут быть также реализованы. Вектор силы трения будет направлен против направления движения в каждой точке траектории, когда движение имеет место. При этом в общем случае сумма активных сил может не совпадать с направлением движения (например, при наличии прижимающей в плоскости перпендикулярной пятну контакта и перпендикулярной направлению движения в плоскости пятна контакта компонент). То есть векторы силы трения и активных сил в процессе движения могут быть непараллельны друг другу. Поэтому для правильного симуляционного моделирования использовать для суммирования с силой трения необходимо именно проекцию суммы активных сил на направление движения.In the prototype, when modeling friction, centrally symmetric with respect to zero (odd) polynomial functions are used, while in some cases friction can be a function of a general form. Such a function, in particular, when moving along a straight line, can be modeled by two separate sets of operations for different directions of movement and the projection of the sum of the active forces that initiate it. For modeling, not only polynomials, but also other functions (for example, trigonometric, power, logarithmic, piecewise linear approximations, splines, etc.) can be used. It should be noted that the friction parameters can change not only depending on the direction of movement, but also on the position of the contact patch on each of the surfaces in contact during movement. If necessary, in the case of obtaining from the external system, along with the values of active forces and friction components of motion, also sets of coordinates (generalized phase state), the corresponding functions can also be implemented. The friction force vector will be directed against the direction of movement at each point of the trajectory when movement takes place. In this case, in the general case, the sum of active forces may not coincide with the direction of motion (for example, if there is a component pressing in the plane perpendicular to the contact spot and perpendicular to the direction of motion in the plane of the contact spot). That is, the vectors of the friction force and active forces in the process of movement can be non-parallel to each other. Therefore, for correct simulation modeling, it is necessary to use the projection of the sum of active forces on the direction of motion for summation with the friction force.

В состоянии же покоя вектор силы трения направлен в плоскости пятна контакта (перпендикулярно прижимающей силе в точке контакта) противоположно сумме проекций активных сил (равнодействующей) на плоскость пятна контакта. Поэтому в начале движения вектор скорости будет направлен так же, как и проекция на плоскость пятна контакта вектора суммы активных сил, инициировавших его.At rest, the friction force vector is directed in the plane of the contact spot (perpendicular to the pressing force at the contact point) opposite to the sum of the projections of active forces (resultant) onto the plane of the contact spot. Therefore, at the beginning of the movement, the velocity vector will be directed in the same way as the projection onto the plane of the contact spot of the vector of the sum of the active forces that initiated it.

В связи с этим при движении расчет значений трения ведется в системе координат, связанной с направлением скорости, а в состоянии покоя - ее ожидаемым направлением. При этом, при необходимости, может быть учтена возможная неизотропность трения от направления движения и координат контактирующих поверхностей.In this regard, when moving, the calculation of friction values is carried out in the coordinate system associated with the direction of speed, and at rest - its expected direction. In this case, if necessary, the possible non-isotropy of friction from the direction of motion and the coordinates of the contacting surfaces can be taken into account.

Предположим, что исходным является состояние покоя. Скорость равна нулю. Признак нахождения в состоянии покоя имеет уровень «истинно» (логической «1»). Полученную извне проекцию суммы активных сил с указанием ее направленности, в простейшем случае знака (в настоящем техническом решении способ расчета проекции суммы активных сил не рассматривается, как несущественный для решаемой задачи и зависящий от внешних факторов, например формы поверхности, по которой происходит движение), сравнивают с силой страгивания в направлении инициируемого движения. Если величина проекции сумм активных сил меньше силы страгивания, то сила трения покоя противоположно направлена и равна по величине проекции сумм активных сил. Разность величины проекции сумм активных сил и трения покоя равна нулю. Ускорение равно нулю, и скорость остается нулевой. Признак нахождения в состоянии покоя сохраняет свое значение. Если величина проекции сумм активных сил больше силы страгивания в соответствующем направлении, то сила трения покоя на момент начала движения равна по величине силе страгивания. Разность проекции сумм активных сил и трения покоя оказывается неравной нулю. Ускорение также становится ненулевым, и скорость в следующий момент времени перестает быть нулевой. Признак нахождения в состоянии покоя инвертируется (например с уровня логической «1» переходит на уровень логического «0»), и формируется признак состояния движения с уровнем «истинно». Формируется и поступает извне значение величины трения в зависимости от скорости, направления движения и координат контактирующих поверхностей. Полученное значение трения алгебраически суммируется с проекцией суммы активных сил на направление вектора скорости. Поскольку трение движения вблизи нулевой скорости не превышает трения страгивания, увеличение скорости продолжится до достижения равновесия силы трения движения и проекции суммы активных сил. (Наличие боковых по отношению к вектору скорости компонент суммы активных сил может при необходимости учитываться во внешней системе для корректировки направления скорости движения). Если величина проекции суммы активных сил станет (с учетом направления относительно скорости движения) меньше текущего значения силы трения, начнется торможение. Оно будет происходить до достижения новой скорости равновесия.Assume that the initial state is at rest. The speed is zero. The sign of being at rest has a level of "true" (logical "1"). The projection of the sum of active forces obtained from the outside, indicating its direction, in the simplest case of the sign (in this technical solution, the method for calculating the projection of the sum of active forces is not considered as insignificant for the problem being solved and depending on external factors, for example, the shape of the surface on which the movement occurs), compared with the pulling force in the direction of the initiated movement. If the magnitude of the projection of the sums of active forces is less than the pulling force, then the static friction force is oppositely directed and equal in magnitude to the projection of the sums of active forces. The difference in the magnitude of the projection of the sums of active forces and static friction is equal to zero. The acceleration is zero and the speed remains zero. The sign of being at rest retains its value. If the magnitude of the projection of the sums of active forces is greater than the force of breakaway in the corresponding direction, then the force of static friction at the moment of the beginning of the movement is equal in magnitude to the force of breakaway. The difference in the projection of the sums of active forces and static friction turns out to be unequal to zero. The acceleration also becomes non-zero, and the speed at the next moment of time ceases to be zero. The sign of being at rest is inverted (for example, from the level of logical "1" goes to the level of logical "0"), and a sign of the state of motion with the level "true" is formed. The value of the friction value is formed and comes from outside, depending on the speed, direction of movement and coordinates of the contacting surfaces. The resulting value of friction is algebraically summed with the projection of the sum of active forces on the direction of the velocity vector. Since the motion friction near zero speed does not exceed the breakaway friction, the increase in speed will continue until the equilibrium of the motion friction force and the projection of the sum of active forces is reached. (The presence of components of the sum of active forces that are lateral with respect to the velocity vector can, if necessary, be taken into account in an external system to correct the direction of the movement speed). If the value of the projection of the sum of active forces becomes (taking into account the direction relative to the speed of movement) less than the current value of the friction force, braking will begin. It will continue until a new equilibrium speed is reached.

Когда же величина проекции суммы активных сил станет направленной противоположно движению или достаточно малой по модулю (например для зависимости вида [2, фиг. 3], меньше силы кулоновского трения, когда скорость выше соответствующей минимуму модуля для трения движения, или же не больше модуля трения страгивания, когда скорость между нулем и этим значением), скорость станет стремиться к нулю. Если известны допустимые пределы погрешности вычисления скорости то, исходя из силы трения страгивания (или с запасом - кулоновской компоненты трения движения) и массы, может быть рассчитано максимальное значение интервала времени, для которого допустимо априорно задать значению скорости нулевую величину до того, как интегрирование ускорения приведет к изменению ее знака. Оценка этого времени может быть осуществлена, например, как:When the magnitude of the projection of the sum of active forces becomes directed opposite to the movement or sufficiently small in absolute value (for example, for a dependence of the form [2, Fig. 3], it is less than the Coulomb friction force, when the speed is higher than the corresponding minimum module for motion friction, or not more than the friction modulus start when the speed is between zero and this value), the speed will tend to zero. If the allowable error limits for calculating the speed are known, then, based on the friction force of the breakaway (or with a margin - the Coulomb component of the friction of motion) and the mass, the maximum value of the time interval can be calculated for which it is permissible to set the value of the velocity to a zero value a priori before integrating the acceleration will change its sign. This time can be estimated, for example, as:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔV - допустимая погрешность моделирования скорости;where ΔV is the permissible error of speed modeling;

ε - величина смоделированного на текущий момент времени ускорения;ε is the value of the acceleration modeled at the current time;

Δε - максимально возможная погрешность вычисления ускорения.Δε is the maximum possible error in calculating the acceleration.

В зависимости от того, какая из величин будет меньше - шаг решения задачи или ΔTV, при определении выполнения условия перехода в состояние покоя это значение может использоваться в качестве порогового Тпор.Depending on which of the values will be less - the step of solving the problem or ΔT V , when determining the fulfillment of the condition for the transition to a state of rest, this value can be used as a threshold Tthr.

Условие попадания в интервал может быть записано как:The condition for falling into the interval can be written as:

Figure 00000003
Figure 00000003

Знак «минус» обусловлен тем, что при торможении ускорение противоположно скорости, если частное не инвертировать, интервал допустимых значений из неотрицательного станет неположительным.The minus sign is due to the fact that during braking, the acceleration is opposite to the speed, if the quotient is not inverted, the interval of acceptable values from non-negative will become non-positive.

При постоянной массе ускорение может быть заменено на разность проекции суммы активных сил и трения движения, а порог сравнения изменен пропорционально численному значению массы в соответствующей системе единиц. Возможен случай, когда на участке торможения проекция суммы активных сил, направленная против движения, по модулю превышает силу трения страгивания. Тогда для реального физического процесса остановка будет иметь практически нулевую протяженность во времени (но при постоянном значении проекции суммы активных сил ускорение разгона по модулю будет меньше ускорения торможения, так как трение сменит знак). Поэтому при моделировании искусственно удерживать в течение такта вычислений скорость в нуле нет необходимости, хотя в такте вычислений, соответствующем смене знака скорости будет получен завышенный (по модулю) результат для скорости. Совместное выполнение условия ожидаемого достижения нулевой скорости (или уже установившейся) и непревышения проекцией суммы активных сил силы трения страгивания обуславливает выработку признака состояния покоя. Переход признака состояния покоя с уровня «ложно» (логического «0») на уровень «истинно» является условием выработки логической команды на сброс моделируемой скорости и установку нулевых начальных условий интегрирования ускорения. Пока проекция суммы активных сил не превысит величину трения страгивания, трение покоя приравнивается по величине и инвертируется по направлению (знаку) относительно проекции суммы активных сил, поэтому движущая сила равняется нулю, и скорость остается нулевой. Это удерживает выработку признака состояния покоя (см. выше). Крайним условием для сохранения состояния покоя является достижение модулем проекции активных сил величины силы трения страгивания в соответствующем направлении. Как только модуль проекции активных сил превысит величину силы трения страгивания, движущая сила перестанет быть нулевой. Интегрирование ускорения даст отличное от нуля значение скорости. Условия равенства нулю скорости движения и непревышения модулем проекции суммы активных сил величины модуля силы трения страгивания, каждое из которых необходимо для удержания состояния покоя, нарушатся. Модель перейдет в состояние движения.At a constant mass, acceleration can be replaced by the difference between the projection of the sum of active forces and the friction of motion, and the comparison threshold is changed in proportion to the numerical value of the mass in the corresponding system of units. A case is possible when, in the deceleration section, the projection of the sum of active forces directed against the motion exceeds in absolute value the friction force of the breakaway. Then, for a real physical process, the stop will have practically zero length in time (but with a constant value of the projection of the sum of active forces, the acceleration acceleration modulo will be less than the deceleration acceleration, since the friction will change sign). Therefore, when modeling, it is not necessary to artificially keep the speed at zero during the calculation cycle, although in the calculation cycle corresponding to the change in the sign of the speed, an overestimated (in absolute value) result for the speed will be obtained. The joint fulfillment of the condition of the expected achievement of zero speed (or already established) and the non-exceeding of the sum of the active friction forces of the breakaway by the projection determines the development of a sign of the state of rest. The transition of the sign of the state of rest from the level "false" (logical "0") to the level "true" is the condition for generating a logical command to reset the simulated speed and set zero initial conditions for integrating acceleration. Until the projection of the sum of active forces exceeds the value of the breakaway friction, the static friction is equal in magnitude and inverted in direction (sign) relative to the projection of the sum of active forces, so the driving force is zero, and the speed remains zero. This holds back the development of the sign of the state of rest (see above). The extreme condition for maintaining the state of rest is the achievement by the module of the projection of active forces of the magnitude of the friction force of the breakaway in the corresponding direction. As soon as the projection module of the active forces exceeds the value of the breakaway friction force, the driving force will cease to be zero. Integrating the acceleration will give a non-zero velocity value. The conditions of equality to zero of the speed of movement and non-exceeding by the module of the projection of the sum of active forces of the value of the module of the friction force of the breakaway, each of which is necessary to maintain the state of rest, will be violated. The model will enter the state of motion.

При таком способе моделирования трения покоя паразитных колебаний сразу после остановки не возникает, так как в момент остановки проекция суммы активных сил по условию перехода в состояние покоя не превышает силы трения страгивания.With this method of modeling rest friction, parasitic oscillations do not occur immediately after stopping, since at the moment of stopping, the projection of the sum of active forces according to the condition of transition to the state of rest does not exceed the pull-off friction force.

В другом варианте реализации способа симуляции трения покоя для формирования состояния покоя также принудительно обнуляют интеграл от ускорения, но делают это по признаку изменения знака ожидаемого на текущий момент значения скорости и знака предшествующей скорости. Ожидаемая скорость может быть, в частности, определена, как это предложено в [14, стр. 8, формула (3а)]:In another embodiment of the method for simulating static friction to form a state of rest, the integral of acceleration is also forced to zero, but this is done on the basis of a change in the sign of the currently expected speed value and the sign of the previous speed. The expected speed can be, in particular, determined as suggested in [14, p. 8, formula (3a)]:

Figure 00000004
Figure 00000004

илиor

Figure 00000005
Figure 00000005

где V - моделируемая скорость (V(t+μΔt) - ожидаемое, V(t) - предшествующее, V(t-Δt) - необходимое для оценки изменения значения);where V is the simulated speed (V(t+μΔt) - expected, V(t) - previous, V(t-Δt) - necessary to evaluate the change in value);

t - рассматриваемый момент времени;t is the point in time under consideration;

Δt - интервал задержки (упреждения);Δt - delay (preemption) interval;

μ - коэффициент, учитывающий возможность переменного шага решения задачи.μ is a coefficient that takes into account the possibility of a variable step of solving the problem.

Данная зависимость представляет собой версию линейной экстраполяции. Соответственно, при необходимости повышения точности могут быть предложены варианты экстраполяции более высоких порядков.This relationship is a version of linear extrapolation. Accordingly, if it is necessary to improve the accuracy, options for extrapolation of higher orders can be proposed.

Несовпадение знаков ожидаемой и предшествующей скорости может быть определено по разным признакам, например:The discrepancy between the signs of the expected and the previous speed can be determined by various signs, for example:

а) по-отдельности определяют знаки ожидаемой и предшествующей скоростей, находят произведение сигнатур, признаком является отрицательное значение произведения;a) separately determine the signs of the expected and previous speeds, find the product of signatures, the sign is the negative value of the product;

б) находят произведение ожидаемой и предшествующей скоростей, определяют его знак, признаком является отрицательное значение знака;b) find the product of the expected and previous speeds, determine its sign, the sign is the negative value of the sign;

в) находят частное от деления скоростей (предпочтительно использовать в качестве делителя большее по модулю значение), определяют знак частного, признаком является отрицательное значение знака;c) find the quotient of the velocity division (it is preferable to use a larger value as a divisor), determine the sign of the quotient, the sign is the negative value of the sign;

г) если использовать функцию сигнатуры, значение которой при нуле аргумента не определено, после определения по-отдельности знаков ожидаемой и предшествующей скоростей, сравнивают значение сигнатур, признаком является их несовпадение.d) if you use the signature function, the value of which is not defined when the argument is zero, after determining the signs of the expected and previous speeds separately, the signature values are compared, the sign is their mismatch.

Сформированная логическая команда на обнуление моделируемой скорости используется, во-первых, для сброса интегратора и установки на нем нулевых начальных условий, а во-вторых, принудительной установки в нуль сигнала о скорости, используемого для выработки признака перехода в состояние покоя. При этом на момент перехода из состояния движения в состояние покоя разрывается алгебраическая петля, так как скорость с выхода интегратора не используется непосредственно ни для формирования логической команды на обнуление моделируемой скорости, ни для формирования признака состояния покоя. По аналогии с вышеописанным, принудительно установленное нулевое значение сигнала о скорости, анализируемого для формирования признака состояния покоя, формирует признак состояния покоя с уровнем логическая «1». В этом состоянии уровню трения покоя присваивается меньшее из модулей значений трения страгивания в соответствующем направлении и проекции суммы активных сил, а знак берется противоположным направлению проекции суммы активных сил. Соответственно, пока проекция суммы активных сил на предполагаемое направление движения не превысит силу трения страгивания на этом же направлении, движущая сила будет оставаться нулевой, и интеграл от ускорения также останется нулевым, поэтому независимо от наличия или отсутствия логической команды на обнуление скорости признак состояния покоя «1» продолжает вырабатываться. Если же указанное превышение будет иметь место сразу же на момент выработки признака состояния покоя, изменение логической команды на обнуление моделируемой скорости сможет произойти только в следующем такте вычислений с использованием новых значений ожидаемой и предшествующей скоростей.The generated logical command to reset the simulated speed is used, firstly, to reset the integrator and set zero initial conditions on it, and secondly, to force the speed signal used to generate a sign of transition to a rest state to zero. At the same time, at the moment of transition from the state of motion to the state of rest, the algebraic loop is broken, since the speed from the output of the integrator is not used directly either to form a logical command to reset the simulated speed, or to form a sign of the state of rest. By analogy with the above, forcibly set to zero value of the speed signal, analyzed to form a sign of the state of rest, forms a sign of the state of rest with a logic level of "1". In this state, the level of static friction is assigned the smaller of the modules of the values of the breakaway friction in the corresponding direction and the projection of the sum of active forces, and the sign is taken opposite to the direction of the projection of the sum of active forces. Accordingly, as long as the projection of the sum of active forces on the intended direction of motion does not exceed the force of friction in the same direction, the driving force will remain zero, and the integral of acceleration will also remain zero, therefore, regardless of the presence or absence of a logical command to zero the speed, the sign of the state of rest " 1" continues to be developed. If the indicated excess takes place immediately at the moment of generating a sign of the state of rest, a change in the logical command to reset the simulated speed can only occur in the next cycle of calculations using new values of the expected and previous speeds.

Возможен также и еще один вариант способа симуляции трения покоя, имитирующий применение накапливающего сумматора в качестве интегрирующего элемента. Интеграл при этом получают как сумму предыдущего значения с выхода сумматора с сигналом ускорения, умноженным на временной шаг решения задачи. Поэтому для сброса в нуль достаточно на очередном такте вычислений заменить предыдущее значение с выхода сумматора на нуль. Выработку логической команды на обнуление скорости формируют аналогично предыдущему варианту по признаку несовпадения знаков ожидаемой на текущий момент времени и предшествующей скоростей. По переднему фронту этого признака устанавливают нуль вместо удерживаемого значения скорости с выхода сумматора. Это обнуленное значение сигнала используют для выработки признака перехода в состояние покоя. Также как и для предыдущих вариантов, если значение проекция суммы активных сил не превышает величину силы трения страгивания, трение покоя равно проекции суммы активных сил с противоположным знаком. На выходе накапливающего сумматора поддерживается нулевое значение, и независимо от наличия или отсутствия логической команды на обнуление скорости признак состояния покоя продолжает вырабатываться. Если же проекция суммы активных сил превысит силу трения страгивания, появится ускорение, и на выходе сумматора появится скорость. Логическая команда на обнуление скорости сразу вырабатываться не будет. Состояние покоя снимется. Модель перейдет в состояние движения. Если же окажется, что проекция суммы активных сил превысит трение страгивания сразу же после перехода в состояние покоя, то до следующего такта зафиксируется нулевое значение скорости, после чего движение возобновится. Момент трения покоя для этой точки сформирован не будет (движущая сила не нулевая).Another variant of the method for simulating static friction is also possible, simulating the use of an accumulating adder as an integrating element. In this case, the integral is obtained as the sum of the previous value from the output of the adder with the acceleration signal multiplied by the time step of solving the problem. Therefore, to reset to zero, it is sufficient to replace the previous value from the adder output to zero at the next cycle of calculations. The generation of a logical command to reset the speed is formed similarly to the previous version on the basis of a mismatch between the signs of the expected at the current time and the previous speeds. On the leading edge of this sign, zero is set instead of the retained speed value from the output of the adder. This zeroed signal value is used to generate a sign of transition to the resting state. As well as for the previous options, if the value of the projection of the sum of active forces does not exceed the value of the friction force of the breakaway, the static friction is equal to the projection of the sum of active forces with the opposite sign. At the output of the accumulating adder, a zero value is maintained, and regardless of the presence or absence of a logical command to reset the speed, the sign of the state of rest continues to be generated. If the projection of the sum of active forces exceeds the friction force of the breakaway, acceleration will appear, and the speed will appear at the output of the adder. The logical command to reset the speed will not be generated immediately. The state of rest will be removed. The model will enter the state of motion. If it turns out that the projection of the sum of active forces exceeds the breakaway friction immediately after the transition to a state of rest, then the zero value of the velocity will be fixed until the next cycle, after which the movement will resume. The static friction moment for this point will not be formed (the driving force is not zero).

Из описанного видно, что применение описанных способов позволяет разорвать алгебраические петли и обеспечить устойчивое и соответствующее его физической природе моделирование трения покоя в составе динамической системы. То есть достигается требуемый технический результат. При этом количество дополнительных операций невелико и не требуется дополнительного сокращения временного шага решения задачи, так как при расчете ожидаемых скоростей используется та же или большая величина шага, что и для интегрирования ускорения (и/или предшествующих текущему шагу). Порядок дифференциальных уравнений остается первым (интегрируется только ускорение). Роста вычислительной мощности и объемов памяти практически не требуется.From what has been described, it can be seen that the use of the described methods makes it possible to break algebraic loops and provide a stable and corresponding to its physical nature modeling of static friction as part of a dynamic system. That is, the desired technical result is achieved. At the same time, the number of additional operations is small and no additional reduction in the time step of solving the problem is required, since the expected speeds are calculated using the same or larger step size as for integrating the acceleration (and/or previous to the current step). The order of differential equations remains first (only acceleration is integrated). The growth of computing power and memory is practically not required.

На базе описанных способов могут быть созданы реализующие их устройства - симуляторы трения.On the basis of the described methods, devices that implement them can be created - friction simulators.

В качестве прототипа рассматривается подсистема моделирования сухого трения [12, рис. 1] (симулятора сухого трения). В ней можно выделить следующие группы элементов. Блок определения ускорения (БОУ) выполнен как последовательно установленные алгебраический сумматор и масштабирующий элемент (при переменной приведенной массе можно использовать блок деления или умножения). Выход масштабирующего элемента является выходом БОУ. Первый вход алгебраического сумматора, является первым входом симулятора трения (входом проекции активных сил), второй вход - входом трения, а выход - выходом движущей силы. Выход БОУ соединен с первым входом интегратора, первый выход которого является первым выходом симулятора сухого трения. Вход нуль-органа (НО) связан со вторым (по состоянию) выходом интегратора, а выход - со вторым входом интегратора (по сбросу) и управляющим входом коммутатора. На один из входов коммутатора подается трение покоя, а на другой трение движения. Выход коммутатора соединен со вторым выходом симулятора сухого трения и вторым входом сумматора. Для симуляции трения покоя используется формирователь трения покоя (ФТП), вход которого соединен с первым входом сумматора. Как уже указывалось, трение покоя поступает на коммутатор. Внутри ФТП состоит из последовательно соединенных задатчика трения страгивания (ЗТС) и формирователя удерживающей силы (ФУС). Второй вход ФУС соединен со входом ФТП, а выход - с выходом ФТП. ФУС содержит блок сигнатуры (БСг) и последовательно соединенные блок абсолютной величины (БАВ), блок сравнения (БС) и перемножитель, выход которого служит выходом ФУС. Входы БСг и БАВ соединены друг с другом и подключены ко второму входу ФУС. Выход БСг связан со вторым входом перемножителя, а второй вход БС соединен с первым входом ФУС.Предполагается, что задатчик трения страгивания формирует его абсолютную величину. Поэтому в блоке сравнения определяется, какое из двух неотрицательных значений (модуля трения страгивания или модуля проекции суммы активных сил) меньше (при равенстве отдается, например, преимущество одному из входов или тому, сигнал которого был признан меньшим на предыдущем шаге). Оно и передается на выход блока сравнения. Так как это положительная величина, ей присваивается знак проекции суммы активных сил. Эта операция в прототипе выполняется перемножителем.As a prototype, a subsystem for modeling dry friction is considered [12, fig. 1] (dry friction simulator). It contains the following groups of elements. The acceleration determination unit (BOA) is made as an algebraic adder and a scaling element installed in series (with a variable reduced mass, a division or multiplication unit can be used). The output of the scaling element is the output of the BOU. The first input of the algebraic adder is the first input of the friction simulator (the input of the projection of active forces), the second input is the input of the friction, and the output is the output of the driving force. The BOU output is connected to the first input of the integrator, the first output of which is the first output of the dry friction simulator. The input of the null organ (NO) is connected to the second (by state) output of the integrator, and the output is connected to the second input of the integrator (by reset) and the control input of the switch. Friction of rest is applied to one of the inputs of the switch, and friction of movement is fed to the other. The switch output is connected to the second output of the dry friction simulator and the second input of the adder. To simulate the static friction, a static friction shaper (FTF) is used, the input of which is connected to the first input of the adder. As already mentioned, the static friction enters the commutator. Internally, the FTF consists of a breakaway friction generator (BTS) and a holding force generator (FUS) connected in series. The second input of the FUS is connected to the input of the FTP, and the output is connected to the output of the FTP. The FUS contains a signature block (BSg) and a serially connected absolute value block (BAV), a comparison unit (BS) and a multiplier, the output of which serves as the output of the FUS. The BSG and BAV inputs are connected to each other and connected to the second FUS input. The BSg output is connected to the second input of the multiplier, and the second input of the BS is connected to the first input of the FUS. It is assumed that the breakaway friction generator forms its absolute value. Therefore, in the comparison block, it is determined which of the two non-negative values (the friction modulus of breakaway or the module of the projection of the sum of active forces) is less (in case of equality, for example, preference is given to one of the inputs or the one whose signal was found to be smaller in the previous step). It is transmitted to the output of the comparison block. Since this is a positive value, it is assigned the sign of the projection of the sum of active forces. This operation in the prototype is performed by a multiplier.

Когда значение сигнала со второго выхода интегратора становится близким к нулю, НО формирует сигнал с уровнем логическая «1». Коммутатор подключает ко второму входу сумматора сигнал силы трения покоя. Если проекция суммы активных сил по модулю не превышает силы трения страгивания, то движущая сила будет нулевой. Поскольку интегратор тем же логическим сигналом был сброшен в нуль, интегрирование ускорения также даст нулевую скорость. Но так как сигнал о состоянии интегратора выдается с задержкой по отношению к сигналу с первого выхода, он может оказаться ненулевым. Это может прервать состояние покоя, тогда как оно должно было бы еще продолжаться. С другой стороны, когда в состоянии покоя проекция суммы активных сил по модулю превысит силу трения страгивания, ускорение станет ненулевым, но на вход НО будет продолжать поступать нулевой сигнал, и коммутатор оставит подключенным ко второму входу сумматора сигнал трения покоя. Такие временные нестыковки искажают физическую картину, моделируемую симулятором трения, и могут вызвать паразитные колебания.When the value of the signal from the second output of the integrator becomes close to zero, BUT generates a signal with a logic level of "1". The commutator connects the static friction force signal to the second input of the adder. If the projection of the sum of active forces modulo does not exceed the friction force of the breakaway, then the driving force will be zero. Since the integrator was reset to zero by the same logic signal, integrating the acceleration will also give zero speed. But since the integrator state signal is issued with a delay in relation to the signal from the first output, it may turn out to be non-zero. This may interrupt the state of rest, when it should still continue. On the other hand, when at rest the projection of the sum of active forces in absolute value exceeds the pull-off friction force, the acceleration will become non-zero, but a zero signal will continue to be received at the NO input, and the commutator will leave the rest friction signal connected to the second input of the adder. Such temporal inconsistencies distort the physics modeled by the friction simulator and can cause spurious vibrations.

Задача заключается в обеспечении устойчивой симуляции трения покоя с обеспечением соответствия результатов моделирования реальной физической картине.The task is to provide a stable simulation of static friction, ensuring that the simulation results correspond to the real physical picture.

Техническим результатом является обеспечение возможности точного определения трения покоя в системах, использующих в своей работе модель трения, в том числе для компенсации его влияния на результаты работы системы, в частности точность, без необходимости увеличения производительности ее вычислителя и требуемой памяти.The technical result is to provide the possibility of accurately determining the static friction in systems that use a friction model in their work, including to compensate for its influence on the results of the system, in particular accuracy, without the need to increase the performance of its calculator and the required memory.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в симулятор трения покоя, содержащий нуль-орган и последовательно соединенные формирователь трения покоя, коммутатор, блок определения ускорения, второй вход которого является первым входом симулятора трения покоя, и интегратор, выполненный с возможностью сброса, первый выход которого является первым выходом симулятора трения покоя, причем вход формирователя трения покоя соединен со вторым входом блока определения ускорения, второй вход коммутатора является входом управления, а третий его вход является вторым входом симулятора трения покоя, дополнительно введены последовательно соединенные блок деления, формирователь признака попадания в интервал (ФППИ), блок «ИЛИ» и блок «И». Формирователь трения покоя выполнен с двумя выходами. Первый из них выдает в качестве трения покоя меньшую из величин модуля трения страгивания и модуля проекции суммы активных сил со знаком проекции суммы активных сил. Со второго выхода ФТП выдается логический сигнал о том, что модуль силы трения страгивания не меньше модуля проекции суммы активных сил. При этом выход блока «И» соединен со входом управления коммутатором, первый вход блока деления соединен с выходом интегратора и входом нуль-органа, второй вход блока деления соединен с выходом блока определения ускорения, второй вход интегратора соединен с выходом формирователя признака попадания в интервал, второй вход блока «ИЛИ» соединен с выходом нуль-органа, а второй вход блока «И» соединен со вторым выходом формирователя трения покоя. Первый выход ФТП используется как второй выход симулятора трения покоя. (БД и ФППИ используются для формирования упреждающего сигнала об обнулении скорости).The specified technical result is achieved due to the fact that in the static friction simulator, containing a null body and a static friction generator connected in series, a switch, an acceleration determination unit, the second input of which is the first input of the static friction simulator, and an integrator made with the possibility of reset, the first the output of which is the first output of the static friction simulator, and the input of the static friction shaper is connected to the second input of the acceleration determination unit, the second input of the switch is the control input, and its third input is the second input of the static friction simulator, additionally connected in series a division unit, a hit sign shaper into an interval (FPPI), an "OR" block and an "AND" block. The static friction shaper is made with two outputs. The first of them gives as the static friction the smaller value of the breakaway friction modulus and the projection modulus of the sum of active forces with the sign of the projection of the sum of active forces. From the second output of the FTP, a logical signal is issued that the module of the friction force of the breakaway is not less than the module of the projection of the sum of active forces. At the same time, the output of the "AND" block is connected to the control input of the switch, the first input of the division block is connected to the output of the integrator and the input of the null organ, the second input of the division block is connected to the output of the block for determining acceleration, the second input of the integrator is connected to the output of the shaper of the sign of falling into the interval, the second input of the "OR" block is connected to the output of the null-organ, and the second input of the "AND" block is connected to the second output of the static friction shaper. The first output of the FTP is used as the second output of the static friction simulator. (OBD and FPPI are used to generate a predictive signal about zeroing the speed).

Технический результат достигается также и тогда, когда в симулятор трения покоя, содержащий нуль-орган и последовательно соединенные формирователь трения покоя, первый коммутатор, блок определения ускорения, второй вход которого является первым входом симулятора трения покоя, блок определения ускорения и интегратор, выполненный с возможностью сброса, вход формирователя трения покоя соединен со вторым входом блока определения ускорения, второй вход первого коммутатора, является входом управления и соединен с выходом нуль-органа, а третий его вход является вторым входом симулятора трения покоя, дополнительно введены второй коммутатор и последовательно соединенные первый (БЗ1) и второй (БЗ2) блоки задержки, первый и второй сумматоры и блок определения несовпадения знаков (БОНЗ). При этом выход второго коммутатора является первым выходом симулятора трения покоя и соединен со входом нуль-органа, а его вход - с выходом интегратора и входом первого блока задержки. Выход первого блока задержки соединен также со вторыми входами первого и второго сумматоров и блока определения несовпадения знаков, а выход БОНЗ соединен со вторым входом интегратора и входом управления второго коммутатора. (БЗ1, БЗ2, первый и второй сумматоры, БОНЗ используются для формирования упреждающего сигнала об обнулении скорости).The technical result is also achieved when the static friction simulator, containing a null organ and a static friction generator connected in series, the first switch, the acceleration determination unit, the second input of which is the first input of the static friction simulator, the acceleration determination unit and the integrator, made with the possibility reset, the input of the static friction generator is connected to the second input of the block for determining acceleration, the second input of the first switch is the control input and is connected to the output of the null-organ, and its third input is the second input of the static friction simulator, the second switch is additionally introduced and the first one connected in series ( BZ1) and the second (BZ2) delay blocks, the first and second adders and the block for determining the mismatch of signs (BONZ). In this case, the output of the second switch is the first output of the static friction simulator and is connected to the input of the null element, and its input is connected to the output of the integrator and the input of the first delay block. The output of the first delay block is also connected to the second inputs of the first and second adders and the sign mismatch detection unit, and the BONZ output is connected to the second input of the integrator and the control input of the second switch. (BZ1, BZ2, the first and second adders, BONZ are used to generate a warning signal about zeroing the speed).

Технический результат может быть достигнут и в том случае, когда в симулятор трения покоя, содержащий нуль-орган и последовательно соединенные формирователь трения покоя, первый коммутатор, блок определения ускорения, второй вход которого является первым входом симулятора трения покоя, причем вход формирователя трения покоя соединен со вторым входом блока определения ускорения, второй вход первого коммутатора, является входом управления и соединен с выходом нуль-органа, а третий его вход является вторым входом симулятора трения покоя, дополнительно введены последовательно соединенные первый блок задержки, накапливающий сумматор, второй коммутатор, второй блок задержки и блок определения несовпадения знаков. При этом выход второго коммутатора является первым выходом симулятора трения покоя и соединен со входом нуль-органа и вторым входом блока определения несовпадения знаков, выход которого соединен со вторым входом второго коммутатора. Выход второго блока задержки также соединен со вторым входом накапливающего сумматора. (БЗ2 и БОНЗ используются для формирования упреждающего сигнала об обнулении скорости).The technical result can also be achieved in the case when the static friction simulator, containing a null body and a static friction generator connected in series, the first switch, the acceleration determination unit, the second input of which is the first input of the static friction simulator, and the input of the static friction generator is connected with the second input of the block for determining acceleration, the second input of the first switch, is the control input and is connected to the output of the null-organ, and its third input is the second input of the static friction simulator, additionally introduced are the first delay block connected in series, accumulating adder, the second switch, the second block delays and a character mismatch detection unit. In this case, the output of the second switch is the first output of the static friction simulator and is connected to the input of the null organ and the second input of the block for determining the sign mismatch, the output of which is connected to the second input of the second switch. The output of the second delay block is also connected to the second input of the accumulating adder. (BZ2 and BONZ are used to generate a warning signal about zeroing the speed).

Все применяемые в предложенных вариантах симуляторов трения покоя составные части по отдельности известны или могут быть получены путем соединения известных элементов известным образом.All components used in the proposed variants of static friction simulators are individually known or can be obtained by combining known elements in a known manner.

ЗТС, ФТП, БОУ могут быть выполнены, как в прототипе. В необходимых случаях в тексте указано, как их можно модифицировать. Сумматоры, интеграторы, коммутаторы, логические элементы, блоки сравнения, блоки задержки, блоки деления и умножения общеизвестны. Нуль-орган может быть реализован как в прототипе или в [14]. По тексту также даны пояснения о возможной реализации формирователя признака попадания в интервал и БОНЗ.ZTS, FTP, BOU can be performed as in the prototype. Where necessary, the text indicates how they can be modified. Adders, integrators, commutators, logic elements, comparison blocks, delay blocks, division and multiplication blocks are well known. The null organ can be implemented either in the prototype or in [14]. The text also provides explanations about the possible implementation of the shaper of the sign of hitting the interval and BONZ.

Для иллюстрации предлагаемых технических решений на фиг. 1-3 приведены функциональные схемы вариантов исполнения симуляторов трения покоя (СТП), на фиг. 4 - примеры реализаций для ФТП, на фиг. 5 - варианты реализаций ФУС. Приведенные на фиг. 1-5 элементы имеют следующие позиционные обозначения: 1 - формирователь трения покоя, 2 - блок «И», 3 - коммутатор (первый), 4 - нуль-орган, 5 - блок определения ускорения, 6 - интегратор, 7 - блок деления, 8 - формирователь признака попадания в интервал, 9 - блок «ИЛИ», 10 - сумматор (второй), 11 - блок определения несовпадения знаков, 12 - коммутатор (второй), 13 - блок задержки (первый), 14 - блок задержки (второй), 15 - сумматор (первый), 16 - накапливающий сумматор, 17 - формирователь удерживающей силы, 18 - задатчик трения страгивания, 19 - компаратор, 20 - коммутатор (третий), 21 - перемножитель, 22 - блок сигнатуры, 23 - блок абсолютной величины, 24 - регулируемый ограничитель.To illustrate the proposed technical solutions in Fig. Figures 1-3 show functional diagrams of variants of execution of static friction simulators (RTS), in Fig. 4 - examples of implementations for FTP, in Fig. 5 - variants of implementations of the FUS. Shown in FIG. Elements 1-5 have the following reference designations: 1 - static friction shaper, 2 - "And" block, 3 - commutator (first), 4 - zero-organ, 5 - acceleration determination unit, 6 - integrator, 7 - division unit, 8 - the shaper of the sign of falling into the interval, 9 - the "OR" block, 10 - the adder (second), 11 - the block for determining the mismatch of characters, 12 - the switch (second), 13 - the delay block (first), 14 - the delay block (second ), 15 - adder (first), 16 - accumulating adder, 17 - holding force generator, 18 - breakout friction generator, 19 - comparator, 20 - commutator (third), 21 - multiplier, 22 - signature block, 23 - absolute values, 24 - adjustable limiter.

Функциональная схема первого варианта СТП приведена на фиг. 1. На ней изображены нуль-орган (4), последовательно соединенные формирователь (1) трения покоя, коммутатор (3), блок (5) определения ускорения, интегратор (6), блок (7) деления, формирователь (8) признака попадания в интервал, блок (9) «ИЛИ» и блок (2) «И». Второй выход ФТП (1) соединен со вторым входом блока (2) «И». Второй вход БД (7) соединен с выходом БОУ (5). Второй вход блока (9) «ИЛИ» соединен с выходом нуль-органа (4), вход которого соединен выходом интегратора (6). Выход блока (2) «И» соединен с управляющим входом коммутатора (3). Выход ФППИ (8) соединен со вторым входом интегратора (6). Вход ФТП (1) соединен со вторым входом БОУ (5). При этом последовательно соединенные блок (7) деления и формирователь (8) признака попадания в интервал образуют формирователь упреждения, причем первый вход блока (7) деления является первым входом формирователя упреждения, второй его вход - вторым входом формирователя упреждения, а выход формирователя (8) признака попадания в интервал является выходом формирователя упреждения.The functional diagram of the first version of the STP is shown in Fig. 1. It shows a null organ (4), a static friction generator (1), a commutator (3), a block (5) for determining acceleration, an integrator (6), a division block (7), a shaper (8) for a hit sign, connected in series into the interval, block (9) "OR" and block (2) "AND". The second output of the FTP (1) is connected to the second input of the block (2) "AND". The second input of the DU (7) is connected to the output of the BOU (5). The second input of the block (9) "OR" is connected to the output of the null-organ (4), the input of which is connected to the output of the integrator (6). The output of block (2) "AND" is connected to the control input of the switch (3). The output of the FPPI (8) is connected to the second input of the integrator (6). The FTP input (1) is connected to the second BOU input (5). At the same time, the division block (7) connected in series and the shaper (8) of the sign of falling into the interval form a lead generator, and the first input of the division block (7) is the first input of the lead generator, its second input is the second input of the lead generator, and the output of the generator (8 ) sign of falling into the interval is the output of the lead shaper.

На фиг. 2 (функциональная схема второго варианта СТП) изображены последовательно соединенные ФТП(1), первый коммутатор (3), блок (5) определения ускорения, интегратор (6), первый блок (13) задержки (БЗ1), второй блок (14) задержки (БЗ2), первый сумматор (15), второй сумматор (10), блок (11) определения несовпадения знаков, последовательно соединенные второй коммутатор (12) и нуль-орган (4). Выход НО (4) соединен со входом управления первого коммутатора (5). Вход ФТП (1) соединен со вторым входом БОУ (5). Выход интегратора (6) соединен с сигнальным входом второго коммутатора (12). Дополнительные входы первого и второго сумматоров и БОНЗ (11) соединены с выходом БЗ1 (13). Первый вход второго коммутатора (12) соединен с выходом интегратора (6). Выход БОНЗ (11) соединен со входом сброса интегратора (6) и управляющим входом второго коммутатора (12). При этом последовательно соединенные первый и второй блоки ((13) и (14)) задержки, первый и второй сумматоры ((15) и (10)) и блок (11) определения несовпадения знаков образуют формирователь упреждения, причем вход первого блока (13) задержки соединен со входом формирователя упреждения, а его выход также соединен со вторыми входами первого и второго сумматоров ((15) и (10)) и блока(11) определения несовпадения знаков, выход которого соединен с выходом формирователя упреждения.In FIG. 2 (functional diagram of the second version of the STP) shows serially connected FTP (1), the first switch (3), the block (5) for determining acceleration, the integrator (6), the first block (13) of the delay (BZ1), the second block (14) of the delay (BZ2), the first adder (15), the second adder (10), the block (11) for determining the mismatch of signs, the second switch (12) and the null organ (4) connected in series. NO output (4) is connected to the control input of the first switch (5). The FTP input (1) is connected to the second BOU input (5). The output of the integrator (6) is connected to the signal input of the second switch (12). Additional inputs of the first and second adders and BONZ (11) are connected to the output of BZ1 (13). The first input of the second switch (12) is connected to the output of the integrator (6). The BONZ output (11) is connected to the reset input of the integrator (6) and the control input of the second switch (12). In this case, the first and second delay blocks ((13) and (14)) connected in series, the first and second adders ((15) and (10)) and the block (11) for determining the sign mismatch form a lead generator, and the input of the first block (13 ) delay is connected to the input of the feedforward shaper, and its output is also connected to the second inputs of the first and second adders ((15) and (10)) and block (11) for determining the mismatch of signs, the output of which is connected to the output of the feedforward shaper.

Функциональная схема третьего варианта СТП (фиг. 3) содержит нуль-орган (4) и последовательно соединенные формирователь (1) трения покоя, первый коммутатор (3), БОУ (5), первый блок задержки (13), накапливающий сумматор (16), второй коммутатор (12), второй блок (14) задержки и блок (11) определения несовпадения знаков. При этом выход НО (4) соединен со входом управления первого коммутатора (3), а его вход и второй вход БОНЗ (11) соединены с выходом второго коммутатора (12). Второй вход накапливающего сумматора (НС) соединен с выходом БЗ2 (14). Выход БОНЗ (11) связан со входом управления второго коммутатора (12). Вход ФТП (1) соединен со вторым входом БОУ (5). При этом последовательно соединенные второй блок (14) задержки и блок (11) определения несовпадения знаков образуют формирователь упреждения, причем вход второго блока (14) задержки соединен с первым входом формирователя упреждения и вторым входом блока (11) определения несовпадения знаков, выход второго блока (14) задержки соединен с первым выходом формирователя упреждения, а выход блока (11) определения несовпадения знаков соединен со вторым выходом формирователя упреждения.The functional diagram of the third version of the STP (Fig. 3) contains a null organ (4) and a static friction generator (1) connected in series, the first switch (3), the BOU (5), the first delay unit (13), and the accumulating adder (16) , the second switch (12), the second delay block (14) and the block (11) for determining the sign mismatch. In this case, the output of NO (4) is connected to the control input of the first switch (3), and its input and the second input of the BOZ (11) are connected to the output of the second switch (12). The second input of the accumulating adder (NS) is connected to the output of the BZ2 (14). The BONZ output (11) is connected to the control input of the second switch (12). The FTP input (1) is connected to the second BOU input (5). In this case, the second delay block (14) connected in series and the sign mismatch detection block (11) form a lead generator, and the input of the second delay block (14) is connected to the first input of the lead generator and the second input of the block (11) to determine the sign mismatch, the output of the second block (14) of the delay is connected to the first output of the lead shaper, and the output of the block (11) for determining the sign mismatch is connected to the second output of the lead shaper.

Приведены в качестве примера два возможных исполнения ФТП (1). На фиг. а) 4 изображены последовательно соединенные задатчик (18) трения страгивания и формирователь (17) удерживающей силы. На фиг. б) 4 дополнительно показана связь от входа ФТП (1) на вход ЗТС (18).Two possible versions of the FTP (1) are given as an example. In FIG. a) 4 shows the breakout friction generator (18) and the holding force generator (17) connected in series. In FIG. b) 4 additionally shows the connection from the input of the FTP (1) to the input of the 3TS (18).

При этом исполнение ФУС (17) также может быть разным. На фиг. а) 5 приведены блок (22) сигнатуры и последовательно соединенные блок (23) определения абсолютной величины, компаратор (19), третий коммутатор (20), перемножитель (21). При этом вход блока (22) сигнатуры соединен со входом блока (23), а выход со вторым входом перемножителя (21). Второй вход компаратора соединен со вторым входом третьего коммутатора, а третий вход третьего коммутатора соединен с первым входом компаратора. На фиг. б) 5 показан регулируемый ограничитель (24) (РО), управляющий вход которого является первым входом ФУС (17), второй вход которого служит вторым входом ФУС, а выход - его выходом.In this case, the execution of the FUS (17) can also be different. In FIG. a) 5 shows the signature block (22) and the serially connected block (23) for determining the absolute value, the comparator (19), the third switch (20), and the multiplier (21). In this case, the input of the block (22) of the signature is connected to the input of the block (23), and the output is connected to the second input of the multiplier (21). The second input of the comparator is connected to the second input of the third switch, and the third input of the third switch is connected to the first input of the comparator. In FIG. b) 5 shows an adjustable limiter (24) (RO), the control input of which is the first input of the FUS (17), the second input of which serves as the second input of the FUS, and the output is its output.

Работа симуляторов трения покоя осуществляется следующим образом (в качестве исходного состояния рассматривается состояние движения).The operation of static friction simulators is carried out as follows (the state of motion is considered as the initial state).

Во всех предлагаемых вариантах реализации СТП на первый вход блока (5) определения ускорения поступает с выхода коммутатора (3) сигнал о значении силы трения РТР. На второй вход БОУ (5) извне поступает сигнал о значении проекции суммы активных сил РАС (В описываемых технических решениях не рассматривается влияние на величину силы трения прижимающей силы, т.е. компоненты активных сил, направленной по нормали к пятну контакта, которое обычно учитывается через коэффициент трения). Этот вход рассматривается как первый вход СТП и связан также со входом ФТП (1). Коммутатор (3) обеспечивает указанную при описании способов функцию обеспечения взаимоисключающего использования трения покоя и трения движения в соответствующих состояниях. В состоянии движения выход коммутатора (3) подключен к его второму входу, на который извне поступает сигнал о значении силы трения движения РТД. Этот вход рассматривается как второй вход СТП. (Вопросы формирования проекции суммы активных сил и трения движения в настоящем описании не рассматриваются и являются известными, см. например [2], [6], [8], [9]). В БОУ (5) сигналы с первого и второго его входов алгебраически суммируются и делятся на массу, приведенную к соответствующей точке. Соответствующие операции приведены и при описании способов. Частное от деления представляет собой сигнал пропорциональный ускорению ε. Входной сигнал для массы на фиг. 1-3 не показан ввиду очевидности.In all proposed options for the implementation of the STP, the first input of the unit (5) for determining acceleration comes from the output of the switch (3) with a signal about the value of the friction force P TR . The second input of the BOU (5) receives a signal from the outside about the value of the projection of the sum of the active forces Р АС taken into account through the coefficient of friction). This input is considered as the first input of the STP and is also associated with the input of the FTP (1). The commutator (3) provides the function specified in the description of the methods to ensure the mutually exclusive use of static friction and motion friction in the corresponding states. In the state of motion, the output of the switch (3) is connected to its second input, which receives a signal from the outside about the value of the friction force of motion R TD . This input is considered as the second input of the STP. (Issues of the formation of the projection of the sum of active forces and friction of motion are not considered in the present description and are known, see for example [2], [6], [8], [9]). In BOU (5), the signals from the first and second inputs are algebraically summed and divided by the mass reduced to the corresponding point. The corresponding operations are also given in the description of the methods. The division quotient is a signal proportional to the acceleration ε. The mass input in FIG. 1-3 is not shown due to obviousness.

В первом варианте СТП (фиг. 1) с выхода блока (5) определения ускорения сигнал 8 поступает на первый вход интегратора (6). Интегратор (6) выполнен с возможностью сброса выходного сигнала и продолжения интегрирования с новыми начальными условиями, в частности нулевыми. На необходимость обнуления скорости при переходе в процессе моделирования от состояния движения в состояние покоя также говорилось при описании способов. Поскольку на первый вход интегратора приходит сигнал пропорциональный ускорению, на его выходе будет сигнал v пропорциональный скорости. Об операции интегрирования сигнала пропорционального ускорению говорилось и при описании способов. В описываемом варианте исполнения выход интегратора (6) является первым выходом СТП. Он также соединен со входами нуль-органа (4) и блока (7) деления. Пока на входе нуль-органа (4) скорость отличается от нуля (в пределах зоны чувствительности), он вырабатывает сигнал, соответствующий логическому «0». То есть по этой ветви предпосылки для перехода в состояние покоя не создается. Последовательно соединенные блок (7) деления и формирователь (8) признака попадания в интервал образуют разновидность формирователя упреждения [14], при этом первый и второй входы БД (7) могут рассматриваться соответственно как первый и второй входы формирователя упреждения (ФУ). Сигнал на выходе ФППИ (8), соответствующий логической «1», означает, что ожидаемая скорость в очередном цикле вычислений станет равна нулю или изменит свой знак. О желательности выработки логического сигнала на обнуление сигнала пропорционального скорости с опережением к фактическому его обнулению указывалось выше при описании способов. Как уже указывалось, на первый вход БД (7) приходит сигнал пропорциональный скорости. На второй же его вход поступает сигнал пропорциональный ускорению с выхода БОУ (5). Так как торможение происходит только, когда знаки скорости и ускорения противоположны, время ΔT до остановки можно оценить как проинвертированное частное от деления сигнала с первого входа БД (7) на сигнал с его второго входа. Чтобы избежать неопределенности при делении на нуль, поскольку при нулевом ускорении изменение скорости невозможно, в случае нулевого ускорения выходной величине БД (7) присваивается значение, выходящее за пределы, для которых ФППИ (8) формирует логическую «1» (или же при нулевом значении ускорения выходному сигналу с ФППИ (8) сразу присваивается значение логического «0»). ФППИ (8) в общем случае проверяет, что рассчитанное время до ожидаемой остановки является неотрицательным и при этом меньше заданного (или рассчитанного в предыдущем цикле вычислений) значения. Это значение не превышает текущего шага решения задачи. С выхода ФППИ (8) логический сигнал UСЗ поступает на первый вход блока (9) «ИЛИ» (с учетом указанного при описании способов объединяются логические признаки фактического и прогнозируемого обнуления сигнала пропорционального скорости) и второй вход интегратора (6). Для интегратора (6) этот сигнал является командой сброса, по которой выходному значению скорости присваивается нуль, и начальные значения для интегрирования тоже обнуляются. Таким образом, создается предпосылка для перевода СТП в состояние покоя. Однако обнуление в процессе моделирования текущей или ожидаемой скорости не является для первого варианта СТП достаточным условием для перехода в состояние покоя, так как, если сигнал о проекции суммы активных сил по модулю превышает сигнал о силе трения страгивания, движение не останавливается. Формирование признака о непревышении модулем сигнала о проекции суммы активных сил абсолютного значения сигнала о силе трения страгивания (до присвоения знака РС рассматривается как положительная величина) осуществляется в ФТП(1). Проверка соотношения модулей указанных сигналов предусматривалась и при описании соответствующего варианта способа.In the first version of the STP (Fig. 1) from the output of the block (5) for determining the acceleration, the signal 8 is fed to the first input of the integrator (6). The integrator (6) is configured to reset the output signal and continue integration with new initial conditions, in particular zero. The need to reset the speed during the transition during the simulation from the state of motion to the state of rest was also mentioned in the description of the methods. Since the first input of the integrator receives a signal proportional to acceleration, its output will be a signal v proportional to speed. The operation of integrating a signal proportional to acceleration was also discussed in the description of the methods. In the described embodiment, the output of the integrator (6) is the first output of the STP. It is also connected to the inputs of the null-organ (4) and division block (7). While at the input of the null-organ (4) the speed differs from zero (within the sensitivity zone), it generates a signal corresponding to the logical "0". That is, on this branch, the prerequisites for the transition to a state of rest are not created. The division unit (7) connected in series and the shaper (8) of the sign of falling into the interval form a kind of lead shaper [14], while the first and second inputs of the DB (7) can be considered, respectively, as the first and second inputs of the lead shaper (FU). The signal at the output of the FPPI (8), corresponding to the logical "1", means that the expected speed in the next cycle of calculations will become equal to zero or change its sign. The desirability of generating a logical signal to reset the signal proportional to the speed ahead of its actual reset was indicated above in the description of the methods. As already mentioned, a signal proportional to the speed arrives at the first input of the DB (7). Its second input receives a signal proportional to the acceleration from the BOU output (5). Since braking occurs only when the signs of speed and acceleration are opposite, the time ΔT to stop can be estimated as the inverted quotient of dividing the signal from the first input of the DU (7) by the signal from its second input. To avoid uncertainty when dividing by zero, since at zero acceleration it is impossible to change the speed, in the case of zero acceleration, the output value of DB (7) is assigned a value that goes beyond the limits for which the FPPI (8) forms a logical "1" (or at zero value acceleration, the output signal from the FPPI (8) is immediately assigned the value of logical "0"). FPPI (8) generally checks that the calculated time to the expected stop is non-negative and less than the given (or calculated in the previous calculation cycle) value. This value does not exceed the current step of solving the problem. From the output of the FPPI (8), the logical signal U SZ is fed to the first input of the block (9) "OR" (taking into account the specified in the description of the methods, the logical signs of the actual and predicted zeroing of the signal proportional to the speed are combined) and the second input of the integrator (6). For the integrator (6), this signal is a reset command, according to which the output speed value is set to zero, and the initial values for integration are also set to zero. Thus, a prerequisite is created for the transfer of STP to a state of rest. However, zeroing in the process of modeling the current or expected speed is not a sufficient condition for the first variant of the STP for the transition to a state of rest, since if the signal about the projection of the sum of active forces in absolute value exceeds the signal about the friction force of the breakaway, the movement does not stop. The formation of a sign that the module of the signal about the projection of the sum of active forces does not exceed the absolute value of the signal about the friction force of the breakaway (before assigning the sign Р С is considered as a positive value) is carried out in FTP(1). Checking the ratio of the modules of these signals was also provided for in the description of the corresponding variant of the method.

В отличие от прототипа в формирователе (17) удерживающей силы блок сравнения на фиг. а) 5 показан развернуто как последовательно соединенные компаратор (19) и третий коммутатор (20), при этом первый вход третьего коммутатора (20) является входом управления. На первый вход компаратора (19) поступает сигнал РС об абсолютной величине силы трения страгивания с первого входа формирователя (17) удерживающей силы, который также подается на второй вход третьего коммутатора (20). На второй же вход компаратора (19) поступает сигнал РАСа о модуле проекции суммы активных сил с выхода блока (23) абсолютной величины, который также приходит на третий вход третьего коммутатора (20). В компараторе (19) сравниваются сигналы модулей силы трения страгивания и проекции суммы активных сил. Если величина сигнала на его первом входе больше чем на втором, компаратор вырабатывает сигнал UПАС с уровнем логической «1», по которому третий коммутатор (20) пропускает на выход сигнал с его третьего входа. В противном случае на выход поступает сигнал с его второго входа. Таким образом, выходной сигнал РТПа третьего коммутатора (20) представляет собой как и на выходе блока сравнения прототипа меньшее из значений сигналов на его втором и третьем входах. При этом управляющий сигнал с выхода компаратора (19) передается на второй выход ФТП (1) в качестве признака того, что сигнал о модуле проекции суммы активных сил не превышает сигнал о модуле силы трения страгивания. На входы блока (22) сигнатуры и БАВ (23) поступает сигнал РАС со второго входа ФУС (17) пропорциональный величине проекции суммы активных сил. Поэтому на выходе БСг (22) значение соответствует знаку сигнала о проекции суммы активных сил. Таким образом, произведение величин, поступающих на первый вход перемножителя (21) с выхода третьего коммутатора (20) и на второй вход - с выхода блока сигнатуры (22), дает значение РТП пропорциональное трению покоя со знаком проекции суммы активных сил.In contrast to the prototype in the shaper (17) of the holding force, the comparator in Fig. a) 5 is shown deployed as a serially connected comparator (19) and a third switch (20), while the first input of the third switch (20) is the control input. The first input of the comparator (19) receives a signal R C about the absolute value of the breakaway friction force from the first input of the holding force shaper (17), which is also fed to the second input of the third switch (20). The second input of the comparator (19) receives the RAS signal about the module of the projection of the sum of active forces from the output of the block (23) of the absolute value, which also comes to the third input of the third switch (20). The comparator (19) compares the signals of the breakaway friction force modules and the projection of the sum of active forces. If the value of the signal at its first input is greater than at the second, the comparator generates a signal U PAS with a logical level "1", according to which the third switch (20) passes the signal from its third input to the output. Otherwise, the output receives a signal from its second input. Thus, the output signal P TPA of the third switch (20) is, as at the output of the comparison unit of the prototype, the smaller of the values of the signals at its second and third inputs. At the same time, the control signal from the output of the comparator (19) is transmitted to the second output of the FTP (1) as a sign that the signal about the module of the projection of the sum of active forces does not exceed the signal about the module of the breakaway friction force. The inputs of the block (22) of the signature and BAS (23) receives the signal R AS from the second input of the FUS (17) proportional to the value of the projection of the sum of the active forces. Therefore, at the output of BSg (22), the value corresponds to the sign of the signal about the projection of the sum of active forces. Thus, the product of the quantities coming to the first input of the multiplier (21) from the output of the third switch (20) and to the second input - from the output of the signature block (22) gives the value Р TP proportional to the static friction with the sign of the projection of the sum of active forces.

Как только на первый и второй входы блока (2) «И» одновременно поступят сигналы с уровнем логическая «1», на его выходе сигнал UПП также примет значение логической «1». Одновременное наличие указанных сигналов предусматривалось и при описании соответствующего варианта способа. При его получении на свой вход управления коммутатор (3) переключит свой выход со второго входа на первый. В СТП сформируется состояние покоя. В состоянии покоя выдаваемый вовне через второй выход СТП с первого выхода ФТП (1) сигнал определяет значение трения покоя. Необходимость выдачи во внешнюю систему дополнительно сигнала с выхода блока (2) «И» или какой-то другой комбинации сигналов в настоящем описании не рассматривается как выходящая за предмет описываемых технических решений. В состоянии покоя на первый вход БОУ (5) поступает сигнал о трении покоя, на второй его вход приходит сигнал о величине проекции суммы активных сил. Так как в этом состоянии сигнал о силе трения покоя направлен противоположно сигналу проекции суммы активных сил, при алгебраическом суммировании сигнал о силе трения берется инвертированным, поэтому сигнал о движущей силе будет равным нулю. Соответственно нулю будет равен и сигнал пропорциональный ускорению на выходе БОУ (5). Поэтому сигнал о скорости на выходе интегратора (6) останется нулевым (как описывалось выше, перед переходом в состояние покоя интегратор был сброшен в нуль). В связи с этим на выходе нуль-органа (4) будет формироваться сигнал с уровнем логическая «1», и до тех пор, пока модуль сигнала проекции суммы активных сил не превысит модуля сигнала силы страгивания, на втором выходе формирователя (1) трения покоя также будет сигнал с уровнем логическая «1». Вследствие этого на выходе блока (2) «И» также будет логическая «1», и через коммутатор (3) продолжит проходить сигнал о силе трения покоя. Состояние покоя в СТП будет удерживаться.As soon as the first and second inputs of the block (2) "AND" simultaneously receive signals with a logical level "1", at its output the signal U PP will also take on the value of logical "1". The simultaneous presence of these signals was provided for in the description of the corresponding variant of the method. When it is received at its control input, the switch (3) will switch its output from the second input to the first. A state of rest will be formed in the STP. At rest, the signal emitted to the outside through the second output of the STP from the first output of the FTP (1) determines the value of the static friction. The need to issue an additional signal to the external system from the output of block (2) "AND" or some other combination of signals in the present description is not considered as going beyond the subject of the described technical solutions. At rest, the first input of the BOU (5) receives a signal about static friction, and its second input receives a signal about the magnitude of the projection of the sum of active forces. Since in this state the signal about the static friction force is directed oppositely to the signal of the projection of the sum of active forces, in algebraic summation the signal about the friction force is taken inverted, so the signal about the driving force will be equal to zero. Accordingly, the signal proportional to the acceleration at the output of the BOU (5) will also be equal to zero. Therefore, the velocity signal at the output of integrator (6) will remain zero (as described above, the integrator was reset to zero before going to rest). In this regard, a signal with a logical level "1" will be generated at the output of the null-organ (4), and until the module of the projection signal of the sum of active forces exceeds the module of the signal of the breakaway force, at the second output of the shaper (1) the static friction there will also be a signal with a logical "1" level. As a result, the output of block (2) "AND" will also have a logical "1", and the signal about the static friction force will continue to pass through the switch (3). The state of rest in the STP will be maintained.

Как только в состоянии покоя модуль сигнала о проекции суммы активных сил превысит модуль сигнала о силе трения страгивания, сигнал на втором выходе ФТП (1) примет значение логического «0» и, соответственно, сигнал на выходе блока (2) «И» примет значение логического «О». Ключ коммутатора (3) передаст на выход коммутатора сигнал о силе трения движения. Состояние покоя в СТП снимется. Алгебраическая сумма сигналов проекции суммы активных сил и силы трения движения в первый момент времени будет (по модулю) не меньше, чем алгебраическая сумма сигналов о силах трения страгивания и проекции суммы активных сил, вызвавшей выход из состояния покоя. В связи с этим в первый момент времени после выхода из состояния покоя сигнал об ускорении на выходе БОУ (5) будет ненулевым, интегратор (6) сформирует сигнал об ненулевой скорости, и нуль-орган (4) выдаст сигнал с уровнем логического «О». Поскольку в первый (после выхода из состояния покоя) момент времени происходит разгон (знаки сигналов об ускорении и скорости совпадают), на выходе ФППИ (8) также сформируется сигнал с уровнем логического «0». Предпосылки для возврата в состояние покоя не возникнет.As soon as at rest the module of the signal about the projection of the sum of active forces exceeds the module of the signal about the friction force of the breakaway, the signal at the second output of the FTP (1) will take the value of logical "0" and, accordingly, the signal at the output of block (2) "AND" will take on the value logical "O". The switch key (3) will transmit a signal about the friction force of the movement to the switch output. The state of rest in the STP will be removed. The algebraic sum of the signals of the projection of the sum of active forces and the friction force of motion at the first moment of time will be (modulo) no less than the algebraic sum of the signals of the friction forces of breakaway and the projection of the sum of active forces that caused the exit from the state of rest. In this regard, at the first moment of time after leaving the state of rest, the acceleration signal at the output of the BOU (5) will be non-zero, the integrator (6) will generate a signal about a non-zero speed, and the null organ (4) will generate a signal with a logical level "O" . Since at the first (after leaving the state of rest) acceleration occurs (the signs of the acceleration and speed signals are the same), a signal with a logical “0” level will also be generated at the output of the FPPI (8). There will be no prerequisites for returning to a state of rest.

Таким образом, в первом варианте реализации СТП обеспечивается устойчивый переход из состояния движения и обратно, а также устойчивое удержание СТП в состоянии покоя. При этом выполняемые СТП операции соответствуют описанным для первого независимого варианта способа, т.е. обеспечивается единство изобретения. Поэтому, по мнению заявителя, указанные процессы осуществления действий в данном варианте способа производятся над материальными объектами с помощью материальных средств.Thus, in the first embodiment of the STP, a stable transition from the state of motion and vice versa is provided, as well as a stable retention of the STP in a state of rest. At the same time, the operations performed by the STP correspond to those described for the first independent variant of the method, i.e. the unity of invention is ensured. Therefore, according to the Applicant, the specified processes for performing actions in this version of the method are carried out on material objects using material means.

Во втором предлагаемом варианте реализации СТП (фиг. 2) в состоянии движения сигнал на первый выход СТП подается с выхода интегратора (6) через второй коммутатор (12). При этом, пока сигнал о скорости остается ненулевым, с выхода нуль-органа (4) на вход управления коммутатора (3) выдается сигнал с уровнем логического «О». Соответственно на выход коммутатора (3) передается сигнал о трении движения. Сигнал пропорциональный ускорению рассчитывается аналогично описанному для первого варианта СТП в БОУ (5). Формирователь (1) трения покоя может быть выполнен как в прототипе, при этом формирователь (17) удерживающей силы может быть исполнен и так, как изображено на фиг. б) 5. Формирователь упреждения для данного варианта представляет собой соединенные, как это было описано выше, первый блок (13) задержки, второй блок (14) задержки, первый сумматор (15), второй сумматор (10) и блок (11) определения несовпадения знаков с учетом совокупности связей между ними. Вход БЗ1 (13), являющийся входом формирователя упреждения, соединен с выходом интегратора (6). Выход БОНЗ (11), являющийся выходом формирователя упреждения, соединен со вторым входом интегратора (6) и входом управления второго коммутатора (12). В состоянии движения сигнал с выхода интегратора (6) поступает на вход первого блока (13) задержки. Задержанное значение сигнала о моделируемой скорости, соответствующее некоторой предыдущей величине, передается на вход второго блока (14) задержки и вторые входы первого и второго сумматоров и БОНЗ. Задержанное на некоторую величину необязательно равную задержке БЗ1 (13) значение скорости с выхода БЗ2 (14) поступает на вход первого сумматора (15), где вычитается из скорости, полученной с БЗ1 (13) на первый вход первого сумматора (15). На выходе первого сумматора получается изменение скорости за время задержки в БЗ2 (14). Эта величина поступает на первый вход второго сумматора (10). Там она суммируется со значением скорости, поступившей на второй вход второго сумматора (10) с выхода первого блока (13) задержки. При равенстве временных задержек в БЗ1 (13) и БЗ2 (14) на выходе второго сумматора (10) получится оценка ожидаемой скорости на текущий момент времени. Если временные задержки неравны между собой (например, задача решается с переменным шагом), это может быть учтено масштабирующим коэффициентом на втором входе второго сумматора (10). Таким образом, на первый вход блока (11) определения несовпадения знаков поступает сигнал об ожидаемой скорости, а на его второй вход сигнал о предшествующем значении скорости. БОНЗ (11) проверяет, являются ли знаки этих скоростей противоположными (например, что произведение скоростей или их сигнатур отрицательно) и выдает на свой выход сигнал с логическим уровнем «1» при выполнении этого условия.In the second proposed implementation of the STP (Fig. 2) in the state of motion, the signal to the first output of the STP is fed from the output of the integrator (6) through the second switch (12). In this case, while the speed signal remains non-zero, a signal with a logical level “O” is generated from the output of the null-organ (4) to the control input of the switch (3). Accordingly, a signal about the friction of motion is transmitted to the output of the switch (3). The signal proportional to the acceleration is calculated similarly to that described for the first version of the STP in the BOU (5). The shaper (1) of the static friction can be made as in the prototype, while the shaper (17) of the holding force can also be made as shown in Fig. b) 5. The lead shaper for this option is connected, as described above, the first delay block (13), the second delay block (14), the first adder (15), the second adder (10) and the block (11) for determining discrepancies of signs, taking into account the totality of connections between them. The input BZ1 (13), which is the input of the lead shaper, is connected to the output of the integrator (6). The BONZ output (11), which is the output of the lead shaper, is connected to the second input of the integrator (6) and the control input of the second switch (12). In the state of motion, the signal from the output of the integrator (6) is fed to the input of the first block (13) of the delay. The delayed value of the signal about the simulated speed, corresponding to some previous value, is transmitted to the input of the second block (14) of the delay and the second inputs of the first and second adders and BONZ. Delayed by a certain amount, not necessarily equal to the delay of BZ1 (13), the speed value from the output of BZ2 (14) is fed to the input of the first adder (15), where it is subtracted from the speed obtained from BZ1 (13) to the first input of the first adder (15). At the output of the first adder, a change in speed is obtained during the delay in BZ2 (14). This value is fed to the first input of the second adder (10). There it is summed up with the speed value received at the second input of the second adder (10) from the output of the first delay block (13). If the time delays in BR1 (13) and BR2 (14) are equal, the output of the second adder (10) will give an estimate of the expected speed at the current time. If the time delays are not equal to each other (for example, the problem is solved with a variable step), this can be taken into account by the scaling factor at the second input of the second adder (10). Thus, the signal about the expected speed is sent to the first input of the block (11) for determining the sign mismatch, and the signal about the previous speed value is sent to its second input. BONZ (11) checks whether the signs of these speeds are opposite (for example, that the product of the speeds or their signatures is negative) and outputs a signal with a logical level "1" at its output when this condition is met.

Если условие изменения знака скорости выработано и на выходе формирователя упреждения появился сигнал UСЗ с уровнем логической «1», по его переднему фронту происходит сброс интегратора (6) в нуль и перевод ключа второго коммутатора (12) в нулевое (заземленное) положение. Нуль-орган (4) формирует на своем выходе сигнал с логическим уровнем «1». Первый коммутатор (3) подключает к своему выходу сигнал, соответствующий трению покоя. Описанные выше операции соответствуют указанному для второго независимого варианта способа «для выработки признака состояния покоя сначала по признаку несовпадения знаков ожидаемой на текущий момент времени и предшествующей скоростей вырабатывают логическую команду на обнуление моделируемой скорости и используют эту логическую команду также для принудительного удержания в нуле до следующего такта вычислений значения используемой для выработки признака наличия состояния покоя скорости».If the condition for changing the sign of the speed is generated and a signal U SZ with a logical level "1" appears at the output of the lead shaper, the integrator (6) is reset to zero on its leading edge and the key of the second switch (12) is transferred to the zero (grounded) position. Zero-organ (4) generates a signal with a logic level "1" at its output. The first switch (3) connects to its output a signal corresponding to static friction. The operations described above correspond to those indicated for the second independent variant of the method “to generate a sign of the state of rest, first, on the basis of a mismatch in the signs of the currently expected and previous speeds, a logical command is generated to reset the simulated speed and this logical command is also used to force hold at zero until the next cycle calculation of the value used to develop a sign of the presence of a state of rest of the speed.

Если сигнал пропорциональный модулю трения страгивания больше сигнал пропорционального модулю проекции суммы активных сил, сигнал пропорциональный силе трения покоя будет равен для принятой методики расчета сигналу пропорциональному проекции суммы активных сил (противонаправленность учитывается в БОУ). В этом случае сигнал пропорциональный движущей силе в блоке (5) определения ускорения станет равным нулю. Сигнал пропорциональный ускорению обнулится. Интеграл от сигнала пропорционального ускорению при нулевых начальных условиях останется нулевой величиной. Состояние покоя в СТП сформируется. В состоянии покоя по истечении времени равного задержке БЗ1 (13) сигнал на выходе формирователя упреждения примет значение логического «О» (при нулевом значении скорости на выходе БЗ1 (10) признак несовпадения знаков не формируется). Ключ второго коммутатора (12) передаст на его выход сигнал с его первого входа, на который поступает сигнал с выхода интегратора (6). Но поскольку сигнал пропорциональный скорости на выходе интегратора (6) остается нулевым, нуль-орган (4) продолжит формировать выходной сигнал с уровнем логической «1». Когда сигнал пропорциональный модулю проекции суммы активных сил превысит сигнал пропорциональный модулю силы трения страгивания, в БОУ (5) сигнал пропорциональный движущей силе станет ненулевым, на первый вход интегратора (6) поступит сигнал пропорциональный ненулевому ускорению, сигнал пропорциональный скорости на выходе второго коммутатора (12) станет ненулевым, и выходной сигнал НО (4) примет значение логического «0». Выход первого коммутатора (3) переключится на его второй вход, куда поступает сигнал пропорциональный трению движения. Так как формирователь упреждения не сможет выработать сразу же признак несовпадения знаков, произойдет переход СТП в состояние движения.If the signal proportional to the breakaway friction modulus is greater than the signal proportional to the projection modulus of the sum of active forces, the signal proportional to the static friction force will be equal to the signal proportional to the projection of the sum of active forces for the accepted calculation method (counterdirection is taken into account in BOU). In this case, the signal proportional to the driving force in the block (5) to determine the acceleration will become zero. The signal proportional to acceleration will be reset to zero. The integral of the signal proportional to acceleration under zero initial conditions will remain zero. The state of rest in the STP will be formed. In a state of rest, after a time equal to the delay of BR1 (13), the signal at the output of the lead shaper will take on the value of logical "O" (at zero speed at the output of BR1 (10), the sign of sign mismatch is not formed). The key of the second switch (12) will transmit to its output the signal from its first input, which receives the signal from the output of the integrator (6). But since the signal proportional to the speed at the output of the integrator (6) remains zero, the null element (4) will continue to generate an output signal with a logical "1" level. When the signal proportional to the module of the projection of the sum of active forces exceeds the signal proportional to the module of the friction force of the breakaway, in the BOU (5) the signal proportional to the driving force will become non-zero, the first input of the integrator (6) will receive a signal proportional to non-zero acceleration, the signal proportional to the speed at the output of the second switch (12 ) will become non-zero, and the output signal NO (4) will take the value of logical "0". The output of the first switch (3) will switch to its second input, which receives a signal proportional to the friction of the movement. Since the lead shaper will not be able to immediately develop a sign of a mismatch of signs, the transition of the STP to the state of motion will occur.

Таким образом, второй вариант реализации симулятора трения покоя также позволяет обеспечить устойчивый переход из одного состояния СТП в другое и обратно, а также устойчиво поддерживать состояние покоя. Этот вариант исполнения также наиболее просто может быть реализован с использованием аналоговой элементной базы, т.к. все элементы, включая блоки задержки, имеют аналоговые варианты исполнения. При этом времена задержек в БЗ1 и БЗ2 не требуют согласования с шагом решения задачи, а расчетное время упреждения может быть сформировано с учетом зависимости (2). Реализуемые в описанном варианте устройства операции аналогичны описанным во втором независимом варианте способа, что соответствует единству изобретения. Поэтому, по мнению заявителя, указанные процессы осуществления действий и в данном варианте способа производятся над материальными объектами с помощью материальных средств.Thus, the second variant of the static friction simulator also makes it possible to ensure a stable transition from one FSW state to another and vice versa, as well as to maintain a stable state of rest. This embodiment can also be most easily implemented using an analog element base, since all elements, including delay blocks, have analog versions. In this case, the delay times in BZ1 and BZ2 do not require coordination with the step of solving the problem, and the estimated lead time can be formed taking into account dependence (2). The operations implemented in the described version of the device are similar to those described in the second independent version of the method, which corresponds to the unity of the invention. Therefore, according to the Applicant, the said processes of performing actions in this variant of the method are performed on material objects using material means.

В третьем варианте СТП в состоянии движения сигнал с выхода блока (5) определения ускорения поступает на вход первого блока (13) задержки. Задержанный на такт этот сигнал приходит на первый вход накапливающего сумматора (16) («для симуляции интегрирования ускорения используют суммирование с накоплением»). На второй вход НС (16) поступает задержанное на такт во втором блоке (14) задержки значение сигнала пропорционального скорости. С учетом того, что коэффициент по первому входу НС (16) пропорционален шагу решения задачи, сигнал на выходе НС (16) будет соответствовать текущей моделируемой скорости. С выхода накапливающего сумматора (16) через первый вход второго коммутатора (12) сигнал пропорциональный текущей скорости приходит на входы нуль-органа (4), БЗ2 (14) и второй вход блока (11) определения несовпадения знаков. В состоянии движения, если не предпринять специальных мер, моделируемая скорость практически всегда имеет ненулевое значение [6]. Поэтому на выходе НО (4) сигнал будет иметь уровень логического «0». Поступая на вход управления (третий) первого коммутатора (3), он обеспечит прохождение сигнала со второго входа первого коммутатора (3) на его выход. Как уже указывалось, на второй вход извне приходит сигнал пропорциональный трению движения. Поэтому на блок (5) определения ускорения поступают сигналы пропорциональные силе трения движения и проекции суммы активных сил, которые в общем случае необязательно равны друг другу. С выхода второго блока (14) задержки на первый вход БОНЗ (11) поступает задержанное (предыдущее) значение сигнала пропорционального скорости. Аналогично тому, как это было описано для второго варианта СТП, БОНЗ (11) формирует признак изменения знака скорости движения. В этом варианте СТП формирователь упреждения образуют второй блок (14) задержки и блок (11) определения несовпадения знака (вход БЗ2 (14) и его выход могут рассматриваться как вход и первый выход ФУ, а выход БОНЗ (11)- как второй выход ФУ, при этом второй вход БОНЗ (11) считается присоединенным ко входу БЗ2 (14)). Если знаки сигналов пропорциональных текущей и предыдущей скорости совпадают, на выходе БОНЗ (11) будет сигнал, соответствующий логическому «0», при котором второй коммутатор (12) остается в положении, соответствующем состоянию движения.In the third variant of the STP in the state of motion, the signal from the output of the block (5) for determining the acceleration is fed to the input of the first block (13) of the delay. Delayed by a cycle, this signal arrives at the first input of the accumulating adder (16) (“to simulate the integration of acceleration, summation with accumulation is used”). The second input of the NS (16) receives the value of the signal proportional to the speed delayed by a cycle in the second block (14) of the delay. Taking into account the fact that the coefficient on the first input of the NN (16) is proportional to the step of solving the problem, the signal at the output of the NN (16) will correspond to the current simulated speed. From the output of the accumulating adder (16) through the first input of the second switch (12), a signal proportional to the current speed arrives at the inputs of the null-organ (4), BZ2 (14) and the second input of the block (11) for determining the sign mismatch. In the state of motion, unless special measures are taken, the simulated speed almost always has a non-zero value [6]. Therefore, at the output NO (4), the signal will have a logic level of "0". Entering the control input (third) of the first switch (3), it will ensure the passage of the signal from the second input of the first switch (3) to its output. As already mentioned, a signal proportional to the friction of the movement comes to the second input from the outside. Therefore, the block (5) for determining acceleration receives signals proportional to the friction force of motion and the projection of the sum of active forces, which in the general case are not necessarily equal to each other. From the output of the second delay block (14), the delayed (previous) value of the signal proportional to the speed arrives at the first input of the BSS (11). Similarly to how it was described for the second variant of the STP, BONZ (11) forms a sign of a change in the sign of the speed of movement. In this version of the STP, the lead shaper is formed by the second block (14) of the delay and the block (11) for determining the sign mismatch (the input of BZ2 (14) and its output can be considered as the input and the first output of the FU, and the output of the BONZ (11) as the second output of the FU , while the second input of BOZ (11) is considered to be connected to the input of BZ2 (14)). If the signs of the signals proportional to the current and previous speeds are the same, the output of the BONZ (11) will be a signal corresponding to the logical "0", in which the second switch (12) remains in the position corresponding to the state of motion.

Когда знаки сигналов пропорциональных текущей и предшествующей скорости станут противоположными, то есть между тактами сигнал пропорциональный скорости должен был пройти нулевое значение, блок (11) определения несовпадения знаков вырабатывает сигнал с уровнем логической «1». Это приводит к тому, что на выходе второго коммутатора (12) устанавливается нулевое значение. При этом выход накапливающего сумматора (16) отключается от первого выхода СТП. Так как на входе нуль-органа (4) имеет место нулевое значение, значение сигнала на его выходе принимает уровень логической «1» (также как, если бы в момент опроса нулевое значение было сформировано на выходе накапливающего сумматора (16)). Первый коммутатор (3) переходит в режим передачи на свой выход сигнала о трении покоя. Поскольку НС (16) в этом такте вычислений уже отключен от выхода СТП, изменение сигнала на его выходе не может повлиять на изменение состояния СТП. Для третьего независимого варианта способа соответствующие операции описывались как «сначала вырабатывают логическую команду на обнуление моделируемой скорости по признаку несовпадения знаков ожидаемой на текущий момент времени и предшествующей скоростей и используют эту логическую команду для принудительной замены накопленной величины скорости нулевым значением, а для формирования признака состояния покоя используется обнуленный в результате этого сигнал скорости».When the signs of the signals proportional to the current and previous speeds become opposite, that is, between the cycles, the signal proportional to the speed had to pass a zero value, the block (11) for determining the sign mismatch generates a signal with a logical level "1". This leads to the fact that the output of the second switch (12) is set to zero. In this case, the output of the accumulating adder (16) is disconnected from the first output of the STP. Since there is a zero value at the input of the null-organ (4), the value of the signal at its output takes the level of logical "1" (as well as if at the time of the poll a zero value was formed at the output of the accumulating adder (16)). The first switch (3) switches to the mode of transmitting a signal about static friction to its output. Since NS (16) in this cycle of calculations is already disconnected from the output of the STP, a change in the signal at its output cannot affect the change in the state of the STP. For the third independent variant of the method, the corresponding operations were described as “first, a logical command is generated to reset the simulated speed on the basis of a mismatch in the signs of the expected current and previous speeds and use this logical command to force the accumulated speed value to be replaced by a zero value, and to form a sign of the state of rest the resulting zeroed speed signal is used.

Рассмотрим в состоянии покоя для примера работу ФТП (1), в котором выходной сигнал задатчика (18) трения страгивания зависит как минимум от направления движения, а формирователь (17) удерживающей силы выполнен в форме, приведенной на фиг. б) 5. Пусть в следующем такте после перехода на ветвь расчета, соответствующую состоянию покоя на вход ФТП (1) придет сигнал о проекции суммы активных сил. В простейшем случае это может быть числом со знаком, в более сложных вариантах многомерная величина, учитывающая, например, кроме собственно силы координаты пятна контакта и направление движения в его плоскости. Этот сигнал со входа формирователя (1) трения покоя приходит на вход ЗТС (18) и второй вход ФУС (17). В ЗТС (18) для области возможных значений поступающего сигнала имеется массив или аналитическая зависимость для расчета соответствующих откликов на направление проекции суммы активных сил. Поэтому на выход ЗТС выдается численное значение модуля силы страгивания. Оно поступает на первый вход формирователя (17) удерживающей силы. Со второго входа ФУС (17) из массива поступивших данных выделяется число со знаком (в более общем случае компоненты вектора), характеризующее проекцию суммы активных сил на предполагаемое направление движения. Эта величина поступает на сигнальный вход регулируемого ограничителя (24). На управляющий вход РО (24) поступает сигнал об уровне ограничения с первого входа ФУС (17). При необходимости этой величине может быть присвоен знак сигнала, подаваемого на сигнальный вход, либо она может быть проинвертирована (организовано симметричное ограничение). Таким образом, на выходе РО (24) будет сигнал со знаком проекции суммы активных сил, а уровень его будет равен меньшему из модулей сигналов на его входах. Следствием этого будет то, что пока сохраняется состояние покоя, сигнал пропорциональный ускорению на выходе БОУ (5) будет нулевым. Так как после принудительного перевода выходного сигнала второго коммутатора (12) в нуль в следующем такте вычислений нулевым также станет и выходной сигнал с выхода второго блока (14) задержки. Следствием этого, во-первых, будет обнуление сигнала на выходе НС (16), так как к этому времени на выходе первого блока (13) задержки также будет нулевой сигнал, а во-вторых, на выходе БОНЗ (11) сигнал примет значение логического «О». Поэтому, несмотря на то, что выход второго коммутатора (12) вновь будет соединен с выходом накапливающего сумматора (16), его значение останется нулевым, выход НО (4) удержит значение логической «1». Состояние покоя будет удерживаться, пока сигнал пропорциональный модулю проекции суммы активных сил не превысит сигнал пропорциональный модулю силы страгивания.Let us consider, for example, the operation of the FTF (1) at rest, in which the output signal of the breakaway friction generator (18) depends at least on the direction of movement, and the holding force generator (17) is made in the form shown in Fig. b) 5. Suppose that in the next cycle, after the transition to the calculation branch corresponding to the state of rest, a signal about the projection of the sum of active forces will come to the input of the FTP (1). In the simplest case, this can be a signed number, in more complex cases, a multidimensional value that takes into account, for example, in addition to the strength itself, the coordinates of the contact patch and the direction of movement in its plane. This signal from the input of the shaper (1) of static friction comes to the input of the 3TS (18) and the second input of the FUS (17). In 3TS (18), for the range of possible values of the incoming signal, there is an array or an analytical dependence for calculating the corresponding responses to the direction of the projection of the sum of active forces. Therefore, the numerical value of the module of the breaking force is given to the output of the 3TS. It enters the first input of the shaper (17) of the holding force. From the second input of the FUS (17), a signed number (in a more general case, the vector components) is selected from the array of incoming data, which characterizes the projection of the sum of active forces on the intended direction of movement. This value is fed to the signal input of the adjustable limiter (24). The control input RO (24) receives a signal about the level of limitation from the first input of the FUS (17). If necessary, this value can be assigned the sign of the signal applied to the signal input, or it can be inverted (organized symmetrical limitation). Thus, at the output of RO (24) there will be a signal with the sign of the projection of the sum of active forces, and its level will be equal to the smaller of the signal modules at its inputs. The consequence of this will be that while the state of rest is maintained, the signal proportional to the acceleration at the output of the BOU (5) will be zero. Since after the forced transfer of the output signal of the second switch (12) to zero in the next cycle of calculations, the output signal from the output of the second delay block (14) will also become zero. The consequence of this, firstly, will be the zeroing of the signal at the output of the NS (16), since by this time the output of the first block (13) of the delay will also have a zero signal, and secondly, at the output of the BONZ (11) the signal will take on the value of the logical "O". Therefore, despite the fact that the output of the second switch (12) will again be connected to the output of the accumulator (16), its value will remain zero, the NO output (4) will retain the value of logical "1". The state of rest will be maintained until the signal proportional to the module of the projection of the sum of the active forces exceeds the signal proportional to the module of the breakaway force.

Когда сигнал пропорциональный модулю проекции суммы активных сил превысит сигнал пропорциональный модулю силы трения страгивания, равенство сигналов на входах БУО (5) нарушится. Сигнал пропорциональный ускорению станет ненулевым. Из-за того, что сигнал пропорциональный скорости станет отличаться от нуля, сигнал на выходе нуль-органа примет значение логического «0». Первый коммутатор (3) станет опять пропускать на свой выход сигнал, соответствующий силе трения движения. Состояние движения в СТП восстановится.When the signal proportional to the module of the projection of the sum of active forces exceeds the signal proportional to the module of the friction force of the breakaway, the equality of the signals at the inputs of the control unit (5) will be violated. The signal proportional to acceleration will become non-zero. Due to the fact that the signal proportional to the speed will be different from zero, the signal at the output of the null-organ will take the value of logical "0". The first switch (3) will again pass to its output a signal corresponding to the friction force of the movement. The state of traffic in the STP will be restored.

Как видно, и в третьем варианте реализации СТП обеспечивается устойчивый переход из состояния движения в состояние покоя и обратно, а также устойчивое удержание нулевой скорости в состоянии покоя. Паразитные колебания из-за смены направления силы трения не возникают. Данную реализацию предпочтительно использовать, когда применяются вычислительные устройства, работающие с фиксированным шагом решения задачи. Реализуемые в описанном варианте устройства операции аналогичны описанным в третьем независимом варианте способа, что соответствует единству изобретения. Поэтому, по мнению заявителя, указанные процессы осуществления действий и в данном варианте способа производятся над материальными объектами с помощью материальных средств.As can be seen, in the third variant of the implementation of the STP, a stable transition from the state of motion to the state of rest and vice versa is provided, as well as a stable retention of zero speed in the state of rest. Parasitic oscillations due to a change in the direction of the friction force do not occur. This implementation is preferably used when computing devices are used that work with a fixed step of solving the problem. The operations implemented in the described version of the device are similar to those described in the third independent version of the method, which corresponds to the unity of the invention. Therefore, according to the Applicant, the specified processes for performing actions in this version of the method are also carried out on material objects using material means.

Вышеописанное показывает, что предлагаемые варианты способов и устройств являются технически реализуемыми и новыми. В процессе симуляции сигнал пропорциональный силе трения не ведет себя как активная сила, при этом симуляция сигнала пропорционального трению покоя производится с осуществлением остановки и без паразитных колебаний. То есть отражается сущность физического процесса. Возможна реализация на цифровой и аналоговой элементной базе. Возможно использование технических решений в системах реального времени. Поскольку за основу принят статический принцип симуляции силы трения, не требуется увеличения (по крайней мере существенного) вычислительных возможностей и требуемого объема памяти вычислительных устройств.The above shows that the proposed options for methods and devices are technically feasible and new. During the simulation, the signal proportional to the friction force does not behave as an active force, while the simulation of the signal proportional to the rest friction is performed with the implementation of a stop and without parasitic oscillations. That is, the essence of the physical process is reflected. Implementation on digital and analog element base is possible. It is possible to use technical solutions in real-time systems. Since the static principle of friction force simulation is taken as a basis, there is no need to increase (at least significantly) the computing capabilities and the required amount of memory of computing devices.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Краснова С.А., Уткин В.А. «Каскадный синтез наблюдателей состояния динамических систем», М., «Наука», 2006 г.1. Krasnova S.A., Utkin V.A. "Cascade synthesis of observers of the state of dynamic systems", M., "Nauka", 2006

2. Малафеева А.А., «Устройство для управления электроприводом с фрикционной нагрузкой)), патент РФ на изобретение №2079961, МПК Н02Р 5/06, 1992 г.2. Malafeeva A.A., “Device for controlling an electric drive with friction load)”, RF patent for invention No. 2079961, IPC H02R 5/06, 1992

3. «Открытая физика 2.6», часть I, глава 1 «Механика», параграф 1.13 «Сила трения».3. "Open Physics 2.6", part I, chapter 1 "Mechanics", paragraph 1.13 "Friction force".

http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/chapterl/section/paragraph13/the ory.html#.V-umt02a21hhttp://www.physics.ru/courses/op25part1/content/chapterl/section/paragraph13/the ory.html#.V-umt02a21h

4. Монастыршин Г.И. «Математическое моделирование сухого трения» // «Автоматика и телемеханика», 1958 г., том 19, выпуск 12, стр. 1091-1106.4. Monastyrshin G.I. "Mathematical modeling of dry friction" // "Automation and telemechanics", 1958, volume 19, issue 12, pp. 1091-1106.

5. «Блок сухого и вязкого трения (Coulomb and Viscous Friction)», Студопедия, https://studopedia.ru/20_27818_blok-suhogo-i-vyazkogo-treniya-Coulomb-and-Viscous-Friction.html5. “Block of dry and viscous friction (Coulomb and Viscous Friction)”, Studopedia, https://studopedia.ru/20_27818_blok-suhogo-i-vyazkogo-treniya-Coulomb-and-Viscous-Friction.html

6. Серебренный B.B., Бошляков А.А., Огородник А.И. «Математическая модель исполнительных модулей захватных устройств роботов» // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2019 г., №6, стр. 123-135.6. Serebrenny B.V., Boshlyakov A.A., Ogorodnik A.I. "Mathematical model of the executive modules of the gripping devices of robots" // Vestnik BSTU im. V.G. Shukhov. 2019, No. 6, pp. 123-135.

7. Воронин С.Г. «Электропривод летательных аппаратов: Учебно-методический комплекс». - Offline версия 1.0. - Челябинск, 1995-2011. Глава 9, Следящие электроприводы, Параграф 9.5. http://model.exponenta.ru/epivod/glv_090.htm.7. Voronin S.G. "Electric drive of aircraft: Educational and methodological complex". - Offline version 1.0. - Chelyabinsk, 1995-2011. Chapter 9, Servo Drives, Section 9.5. http://model.exponenta.ru/epivod/glv_090.htm.

8. Шендерович П.Б., «Устройство для моделирования нелинейности типа «сухое трение»», а.с. №334575 на изобретение СССР, м. кл. G06g 7/48, 1970 г.8. Shenderovich P.B., “Device for modeling the nonlinearity of the “dry friction” type”, A.S. No. 334575 for the invention of the USSR, m. class. G06g 7/48, 1970

9. «Устройство для моделирования сухого трения», а.с. №1091186 на изобретение СССР, м. кл. G06G 7/25, 1982 г.9. "Device for modeling dry friction", A.S. No. 1091186 for the invention of the USSR, m. class. G06G 7/25, 1982

10. Система численно-математического моделирования MatLab Stateflow - Simulink. Демонстрация трения скольжения в StateFlow, http://bourabai.ru/cm/friction.htm.10. System of numerical and mathematical modeling MatLab Stateflow - Simulink. Demonstration of sliding friction in StateFlow, http://bourabai.ru/cm/friction.htm.

11. Mathworks, Help Center, Signal threshold, https://www.mathworks.com/help/simulink/gui/signal-threshold.html.11. Mathworks, Help Center, Signal threshold, https://www.mathworks.com/help/simulink/gui/signal-threshold.html.

12. Лушников Б.В. «Компьютерное моделирование динамики элемента сухого некулонова трения» // «Известия Самарского научного центра Российской академии наук», т. 12, №1(2), 2010, стр. 439-444.12. Lushnikov B.V. "Computer simulation of the dynamics of a dry non-Coulomb friction element" // "Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences", vol. 12, No. 1 (2), 2010, pp. 439-444.

13. Накапливающий сумматор, https://life-prog.ru/view_automati.php?id=1613. Accumulating adder, https://life-prog.ru/view_automati.php?id=16

14. Коротков О.В., Жемеров В.И., Щеглова Л.А. «Способ управления электроприводом и устройство для его реализации (варианты)», патент на изобретение РФ №2628757, МПК Н02Р 23/00, Н02Р 25/00, 2016 г.14. Korotkov O.V., Zhemerov V.I., Shcheglova L.A. "Method of controlling an electric drive and a device for its implementation (options)", patent for the invention of the Russian Federation No. 2628757, IPC H02R 23/00, H02R 25/00, 2016

Claims (17)

1. Симулятор трения покоя, содержащий нуль-орган, последовательно соединенные формирователь трения покоя, коммутатор, блок определения ускорения, второй вход которого соединен с первым входом симулятора трения покоя, и выполненный с возможностью сброса интегратор, первый выход которого соединен с первым выходом симулятора трения покоя, причем вход формирователя трения покоя соединен со вторым входом блока определения ускорения, второй вход коммутатора соединен со вторым входом симулятора трения покоя, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные формирователь упреждения, блок «ИЛИ» и блок «И», выход которого соединен с третьим входом коммутатора, при этом первый вход формирователя упреждения соединен с выходом интегратора и входом нуль-органа, второй вход формирователя упреждения соединен с выходом блока определения ускорения, второй вход интегратора соединен с выходом формирователь упреждения, второй вход блока «ИЛИ» соединен с выходом нуль-органа, а второй вход блока «И» соединен со вторым выходом формирователя трения покоя, первый выход которого соединен со вторым выходом симулятора трения покоя.1. A static friction simulator containing a null organ, a static friction generator connected in series, a commutator, an acceleration detection unit, the second input of which is connected to the first input of the static friction simulator, and a resettable integrator, the first output of which is connected to the first output of the friction simulator rest, and the input of the static friction shaper is connected to the second input of the block for determining the acceleration, the second input of the switch is connected to the second input of the static friction simulator, characterized in that it contains serially connected lead shaper, the "OR" block and the "AND" block, the output of which connected to the third input of the switch, while the first input of the feedforward shaper is connected to the output of the integrator and the input of the null organ, the second input of the feedforward shaper is connected to the output of the acceleration determination unit, the second input of the integrator is connected to the output of the feedforward shaper, the second input of the "OR" block is connected to the output of the null organ, and the second input The “I” eye is connected to the second output of the static friction shaper, the first output of which is connected to the second output of the static friction simulator. 2. Симулятор трения покоя, содержащий нуль-орган и последовательно соединенные формирователь трения покоя, первый коммутатор, блок определения ускорения, второй вход которого соединен с первым входом симулятора трения покоя, и выполненный с возможностью сброса интегратор, причем вход формирователя трения покоя соединен со вторым входом блока определения ускорения, второй вход первого коммутатора соединен со вторым входом симулятора трения покоя, а третий его вход соединен с выходом нуль-органа, отличающийся тем, что в него введены второй коммутатор и формирователь упреждения, первый вход второго коммутатора соединен с выходом интегратора и входом формирователя упреждения, выход которого соединен со вторыми входами интегратора и второго коммутатора, при этом выход второго коммутатора соединен с первым выходом симулятора трения покоя и входом нуль-органа, а выход формирователя трения покоя соединен со вторым выходом симулятора трения покоя.2. A static friction simulator, containing a null organ and a static friction generator connected in series, a first commutator, an acceleration determination unit, the second input of which is connected to the first input of the static friction simulator, and an integrator made with the possibility of reset, the input of the static friction generator being connected to the second the input of the block for determining the acceleration, the second input of the first switch is connected to the second input of the static friction simulator, and its third input is connected to the output of the null-organ, characterized in that it contains the second switch and the lead shaper, the first input of the second switch is connected to the output of the integrator and the input of the feedforward shaper, the output of which is connected to the second inputs of the integrator and the second switch, while the output of the second switch is connected to the first output of the static friction simulator and the input of the null organ, and the output of the static friction shaper is connected to the second output of the static friction simulator. 3. Симулятор трения покоя, содержащий нуль-орган и последовательно соединенные формирователь трения покоя, первый коммутатор, блок определения ускорения, второй вход которого соединен с первым входом симулятора трения покоя, причем вход формирователя трения покоя соединен со вторым входом блока определения ускорения, второй вход первого коммутатора соединен со вторым входом симулятора трения покоя, а третий его вход соединен с выходом нуль-органа, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные первый блок задержки, накапливающий сумматор, второй коммутатор и формирователь упреждения, причем выход второго коммутатора соединен с первым выходом симулятора трения покоя и входом нуль-органа, при этом второй вход накапливающего сумматора соединен с первым выходом формирователя упреждения, вход первого блока задержки соединен с выходом блока определения ускорения, выход формирователя трения покоя соединен со вторым выходом симулятора трения покоя, а второй выход формирователя упреждения соединен со вторым входом второго коммутатора.3. A static friction simulator, containing a null organ and a static friction generator connected in series, the first switch, an acceleration determination unit, the second input of which is connected to the first input of the static friction simulator, and the input of the static friction generator is connected to the second input of the acceleration determination unit, the second input of the first switch is connected to the second input of the static friction simulator, and its third input is connected to the output of the null-organ, characterized in that it contains the first delay unit connected in series, the accumulating adder, the second switch and the lead shaper, and the output of the second switch is connected to the first the output of the static friction simulator and the input of the null body, while the second input of the accumulating adder is connected to the first output of the lead shaper, the input of the first delay block is connected to the output of the acceleration determination unit, the output of the static friction shaper is connected to the second output of the static friction simulator, and the second output of the shaper i preemption is connected to the second input of the second switch. 4. Симулятор трения покоя по п. 1, отличающийся тем, что формирователь трения покоя содержит последовательно соединенные задатчик трения страгивания и формирователь удерживающей силы, второй вход которого соединен со входом формирователя трения покоя, первый выход связан с первым выходом формирователя трения покоя, а второй выход со вторым выходом формирователя трения покоя.4. The static friction simulator according to claim 1, characterized in that the static friction generator contains a breakaway friction generator and a holding force generator connected in series, the second input of which is connected to the input of the static friction generator, the first output is connected to the first output of the static friction generator, and the second output with the second output of the static friction shaper. 5. Симулятор трения покоя по п. 1, отличающийся тем, что формирователь трения покоя содержит последовательно соединенные задатчик трения страгивания и формирователь удерживающей силы, второй вход которого соединен со входом формирователя трения покоя, первый выход связан с первым выходом формирователя трения покоя, а второй выход - со вторым выходом формирователя трения покоя, при этом формирователь удерживающей силы содержит блок сигнатуры и последовательно соединенные блок абсолютной величины, компаратор, коммутатор и перемножитель, второй вход перемножителя соединен с выходом блока сигнатуры, а выход связан с первым выходом формирователя удерживающей силы, второй вход компаратора соединен со вторым входом коммутатора и первым входом формирователя удерживающей силы, вход блока абсолютной величины соединен со входом блока сигнатуры и вторым входом формирователя удерживающей силы, выход блока абсолютной величины также соединен с третьим входом компаратора, чей выход также соединен со вторым выходом формирователя удерживающей силы.5. The static friction simulator according to claim 1, characterized in that the static friction generator contains a breakaway friction generator and a holding force generator connected in series, the second input of which is connected to the input of the static friction generator, the first output is connected to the first output of the static friction generator, and the second the output is with the second output of the static friction shaper, while the holding force shaper contains a signature block and a block of absolute value, a comparator, a commutator and a multiplier connected in series, the second input of the multiplier is connected to the output of the signature block, and the output is connected to the first output of the holding force shaper, the second the comparator input is connected to the second input of the commutator and the first input of the holding force generator, the input of the absolute value block is connected to the input of the signature block and the second input of the holding force generator, the output of the absolute value block is also connected to the third input of the comparator, whose output is also connected to second output of the holding force generator. 6. Симулятор трения покоя, по п. 1, отличающийся тем, что формирователь упреждения выполнен в виде последовательно соединенных блока деления и формирователя признака попадания в интервал, при этом первый вход блока деления соединен с первым входом формирователя упреждения, второй его вход соединен со вторым входом формирователя упреждения, а выход формирователя признака попадания в интервал соединен с выходом формирователь упреждения.6. The static friction simulator, according to claim 1, characterized in that the lead shaper is made in the form of a division block and a shaper of a sign of hitting the interval connected in series, while the first input of the division block is connected to the first input of the lead shaper, its second input is connected to the second the input of the lead shaper, and the output of the shaper of the sign of hitting the interval is connected to the output of the lead shaper. 7. Симулятор трения покоя по п. 2, отличающийся тем, что формирователь упреждения содержит последовательно соединенные первый и второй блоки задержки, первый и второй сумматоры и блок определения несовпадения знаков, при этом вход первого блока задержки соединен со входом формирователя упреждения, а его выход также соединен со вторыми входами первого и второго сумматоров и блока определения несовпадения знаков, выход которого соединен с выходом формирователя упреждения.7. The static friction simulator according to claim 2, characterized in that the lead generator contains the first and second delay blocks connected in series, the first and second adders and the block for determining the mismatch of signs, while the input of the first delay block is connected to the input of the lead generator, and its output is also connected to the second inputs of the first and second adders and the block for determining the mismatch of signs, the output of which is connected to the output of the lead shaper. 8. Симулятор трения покоя по п. 3, отличающийся тем, что формирователь упреждения содержит последовательно соединенные второй блок задержки и блок определения несовпадения знаков, вход второго блока задержки соединен с первым входом формирователя упреждения и вторым входом блока определения несовпадения знаков, выход второго блока задержки соединен с первым выходом формирователя упреждения, а выход блока определения несовпадения знаков соединен со вторым выходом формирователя упреждения.8. The static friction simulator according to claim 3, characterized in that the lead generator contains a second delay block and a sign mismatch detection block connected in series, the input of the second delay block is connected to the first input of the lead generator and the second input of the sign mismatch detection block, the output of the second delay block connected to the first output of the lead shaper, and the output of the character mismatch determination unit is connected to the second output of the lead shaper. 9. Симулятор трения покоя по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что формирователь трения покоя содержит последовательно соединенные задатчик трения страгивания и формирователь удерживающей силы, второй вход которого соединен со входом формирователя трения покоя, первый выход связан с первым выходом формирователя трения покоя.9. Simulator of static friction according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the static friction generator contains a breakaway friction generator and a holding force generator connected in series, the second input of which is connected to the input of the static friction generator, the first output is connected to the first output of the static friction generator. 10. Симулятор трения покоя по п. 2 или 3, отличающийся тем, что формирователь трения покоя содержит последовательно соединенные задатчик трения страгивания и формирователь удерживающей силы, второй вход которого соединен со входом формирователя трения покоя, первый выход связан с первым выходом формирователя трения покоя, при этом формирователь удерживающей силы представляет собой регулируемый ограничитель, первый вход которого соединен с первым входом формирователя удерживающей силы, второй вход - со вторым его входом, а выход - с выходом формирователя удерживающей силы.10. The static friction simulator according to claim 2 or 3, characterized in that the static friction generator contains a breakaway friction generator and a holding force generator connected in series, the second input of which is connected to the input of the static friction generator, the first output is connected to the first output of the static friction generator, in this case, the holding force generator is an adjustable limiter, the first input of which is connected to the first input of the holding force generator, the second input - to its second input, and the output - to the output of the holding force generator. 11. Способ симуляции трения покоя, реализуемый посредством устройства по п. 1, в котором для получения сигнала движущей силы к сигналу проекции суммы активных сил на направление движения (ожидаемое направление движения) прибавляют сигнал силы трения, результат делят на значение массы движущихся частей, получая значение ускорения, путем интегрирования сигнала ускорения получают значение скорости, в случае достижения моделируемой скоростью нуля формируют признак наличия состояния покоя, взаимоисключающий с признаком наличия состояния движения, и логическую команду на обнуление моделируемой скорости путем сброса в нуль интегратора при переходе от состояния движения к состоянию покоя, причем в состоянии движения используют в качестве сигнала силы трения значение силы трения движения, а при наличии признака состояния покоя применяют для этого величину силы трения покоя, абсолютную величину которой формируют как меньшее по модулю из значений силы трения страгивания и проекции суммы активных сил в соответствующем направлении, отличающийся тем, что признак состояния покоя вырабатывают также и с опережением к моменту фактического обнуления сигнала скорости, используя предсказание ее обнуления, и при этом учитывают, что движущая сила (или ускорение) направлена в этот момент времени против скорости, а модуль проекции суммы активных сил на направление движения не превышает модуля силы страгивания в соответствующем направлении.11. A method for simulating static friction, implemented by means of the device according to claim 1, in which, in order to obtain a driving force signal, a friction force signal is added to the signal of the projection of the sum of active forces on the direction of movement (expected direction of movement), the result is divided by the value of the mass of the moving parts, obtaining acceleration value, by integrating the acceleration signal, the speed value is obtained, in the event that the simulated speed reaches zero, a sign of the presence of a state of rest is formed, mutually exclusive with the sign of the presence of a state of motion, and a logical command to zero the simulated speed by resetting the integrator to zero when moving from a state of motion to a state of rest , and in the state of motion, the value of the friction force of motion is used as a signal of the friction force, and in the presence of a sign of the state of rest, the value of the friction force of rest is used for this, the absolute value of which is formed as the smaller in absolute value of the values of the friction force of the breakaway and the projection of the sum of active forces in the corresponding direction, characterized in that the sign of the state of rest is also generated ahead of the actual zeroing of the speed signal, using the prediction of its zeroing, and at the same time, it is taken into account that the driving force (or acceleration) is directed at this moment of time against the speed, and the module of the projection of the sum of active forces on the direction of movement does not exceed the module of the pulling force in the corresponding direction. 12. Способ симуляции трения покоя, реализуемый посредством устройства по п. 2, в котором для получения сигнала движущей силы к сигналу проекции суммы активных сил на направление движения (ожидаемое направление движения) прибавляют сигнал силы трения, результат делят на значение массы движущихся частей, получая значение ускорения, путем интегрирования сигнала ускорения получают значение скорости, формируют признак наличия состояния покоя, взаимоисключающий с признаком наличия состояния движения, и логическую команду на обнуление моделируемой скорости путем сброса в нуль интегратора при переходе от состояния движения к состоянию покоя, причем в состоянии движения используют в качестве сигнала силы трения значение силы трения движения, а при наличии признака состояния покоя применяют для этого величину силы трения покоя, абсолютную величину которой формируют как меньшее по модулю из значений силы трения страгивания и проекции суммы активных сил в соответствующем направлении, отличающийся тем, что для выработки признака состояния покоя сначала по признаку несовпадения знаков ожидаемой на текущий момент времени и предшествующей скоростей вырабатывают логическую команду на обнуление моделируемой скорости и используют эту логическую команду также для принудительного удержания в нуле до следующего такта вычислений значения используемой для выработки признака наличия состояния покоя скорости.12. A method for simulating static friction, implemented by means of the device according to claim 2, in which, in order to obtain a driving force signal, a friction force signal is added to the signal of the projection of the sum of active forces on the direction of movement (expected direction of movement), the result is divided by the value of the mass of the moving parts, obtaining acceleration value, by integrating the acceleration signal, a speed value is obtained, a sign of the presence of a state of rest is formed, mutually exclusive with a sign of the presence of a state of motion, and a logical command to reset the simulated speed by resetting the integrator to zero when moving from a state of motion to a state of rest, and in the state of motion they use as a signal of the friction force, the value of the friction force of movement, and in the presence of a sign of the state of rest, the value of the friction force of rest is used for this, the absolute value of which is formed as the smaller in absolute value from the values of the friction force of the breakaway and the projection of the sum of active forces in the corresponding direction, which differs by the fact that, in order to generate a sign of a state of rest, first, on the basis of a sign of a mismatch between the signs of the expected at the current time and the previous speeds, a logical command is generated to reset the simulated speed and this logical command is also used to forcibly hold at zero until the next cycle of computing the value used to generate the sign of the presence of the state rest speed. 13. Способ симуляции трения покоя, реализуемый посредством устройства по п. 3, в котором для получения сигнала движущей силы к сигналу проекции суммы активных сил на направление движения (ожидаемое направление движения) прибавляют сигнал силы трения, результат делят на значение массы движущихся частей, получая величину ускорения, путем интегрирования сигнала ускорения получают значение скорости, формируют признак наличия состояния покоя, взаимоисключающий с признаком наличия состояния движения, и логическую команду на обнуление моделируемой скорости при переходе от состояния движения к состоянию покоя, причем в состоянии движения используют в качестве сигнала силы трения значение силы трения движения, а при наличии признака состояния покоя применяют для этого величину силы трения покоя, абсолютную величину которой формируют как меньшее по модулю из значений силы трения страгивания и проекции суммы активных сил в соответствующем направлении, отличающийся тем, что для симуляции интегрирования ускорения используют суммирование с накоплением, при этом сначала вырабатывают логическую команду на обнуление моделируемой скорости по признаку несовпадения знаков ожидаемой на текущий момент времени и предшествующей скоростей и используют эту логическую команду для принудительной замены накопленной величины скорости нулевым значением, а для формирования признака состояния покоя используется обнуленный в результате этого сигнал скорости.13. A method for simulating static friction, implemented by means of the device according to claim 3, in which, in order to obtain a driving force signal, a friction force signal is added to the signal of the projection of the sum of active forces on the direction of movement (expected direction of movement), the result is divided by the mass value of the moving parts, obtaining the value of acceleration, by integrating the acceleration signal, the speed value is obtained, a sign of the presence of a state of rest is formed, mutually exclusive with the sign of the presence of a state of motion, and a logical command to reset the simulated speed during the transition from the state of motion to the state of rest, and in the state of motion, friction forces are used as a signal the value of the friction force of motion, and if there is a sign of the state of rest, the value of the friction force of rest is used for this, the absolute value of which is formed as the smaller modulus of the values of the friction force of the breakaway and the projection of the sum of the active forces in the corresponding direction, characterized in that for the simulation of the integriro accelerations use summation with accumulation, at the same time, at first, a logical command is generated to reset the simulated speed on the basis of a mismatch between the signs of the expected at the current time and the previous speeds, and this logical command is used to force the accumulated value of the speed to be replaced by a zero value, and to form the sign of the state of rest, the resulting speed signal to zero. 14. Способ симуляции трения покоя по п. 11, отличающийся тем, что для предсказания возможного обнуления сигнала скорости исключают из рассмотрения нулевые значения ускорения, делят сигнал скорости на сигнал ускорения и проверяют, что частное от деления попало в заданный интервал значений, попадание частного в этот интервал используют в качестве логического признака ожидаемого обнуления моделируемой скорости движения.14. The method for simulating static friction according to claim 11, characterized in that, in order to predict a possible zeroing of the speed signal, zero acceleration values are excluded from consideration, the speed signal is divided by the acceleration signal, and it is checked that the quotient of the division falls into the specified range of values, the quotient falls into this interval is used as a logical indicator of the expected zeroing of the simulated speed. 15. Способ симуляции трения покоя по п. 12, отличающийся тем, что для формирования признака несовпадения знаков ожидаемой на текущий момент времени и предшествующей скоростей определяют изменение сигнала скорости на предшествующем интервале движения и находят экстраполированное значение сигнала скорости для конца следующего интервала движения, при этом экстраполированное значение скорости используют как ожидаемую величину скорости.15. The method for simulating static friction according to claim 12, characterized in that in order to form a sign of a mismatch between the signs of the expected at the current time and the previous speeds, a change in the speed signal is determined at the previous movement interval and an extrapolated value of the speed signal for the end of the next movement interval is found, while the extrapolated speed value is used as the expected speed value. 16. Способ симуляции трения покоя по п. 13, отличающийся тем, что сигнал ускорения выдается на накопление с задержкой.16. The method of simulating static friction according to claim 13, characterized in that the acceleration signal is issued for accumulation with a delay. 17. Способ симуляции трения покоя по п. 13, отличающийся тем, что принудительная замена накопленной величины скорости нулевым значением производится за счет присвоения нулевого значения сигналу перед выполнением очередной операции накопления.17. The method for simulating static friction according to claim 13, characterized in that the forced replacement of the accumulated velocity value with a zero value is performed by assigning a zero value to the signal before performing the next accumulation operation.
RU2021122011A 2021-07-26 Methods for simulating static friction and apparatuses for the implementation thereof (variants) RU2779278C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779278C1 true RU2779278C1 (en) 2022-09-05

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1015400A1 (en) * 1981-12-30 1983-04-30 Филиал Владимирского Политехнического Института В Г.Коврове Device for simulating mechanical systems having friction (its versions)
SU1374256A1 (en) * 1986-08-05 1988-02-15 Филиал Владимирского Политехнического Института В Г.Коврове Apparatus for reproducing dependence of friction force on velocity and predisplacement of friction couples
SU1543427A1 (en) * 1987-12-15 1990-02-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики Device for simulation of frictional force
US20070150156A1 (en) * 2005-09-01 2007-06-28 Koji Matsuno Method and system for road surface friction coefficient estimation
US8660764B2 (en) * 2010-05-12 2014-02-25 Getrag Getriebe- Und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer Gmbh & Cie Kg Method for actuating a friction clutch

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1015400A1 (en) * 1981-12-30 1983-04-30 Филиал Владимирского Политехнического Института В Г.Коврове Device for simulating mechanical systems having friction (its versions)
SU1374256A1 (en) * 1986-08-05 1988-02-15 Филиал Владимирского Политехнического Института В Г.Коврове Apparatus for reproducing dependence of friction force on velocity and predisplacement of friction couples
SU1543427A1 (en) * 1987-12-15 1990-02-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики Device for simulation of frictional force
US20070150156A1 (en) * 2005-09-01 2007-06-28 Koji Matsuno Method and system for road surface friction coefficient estimation
US8660764B2 (en) * 2010-05-12 2014-02-25 Getrag Getriebe- Und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer Gmbh & Cie Kg Method for actuating a friction clutch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3593294B1 (en) Training action selection neural networks using apprenticeship
Duriez et al. Realistic haptic rendering of interacting deformable objects in virtual environments
CN104199295B (en) Electromechanical servo system friction compensation and variable structure control method based on neural network
Saadaoui et al. Exact differentiation and sliding mode observers for switched Lagrangian systems
US7616204B2 (en) Method of simulating dynamic objects using position based dynamics
US20020062177A1 (en) Time domain passivity control of haptic interfaces
CN110561421B (en) Mechanical arm indirect dragging demonstration method and device
Borisov et al. Regular and chaotic motions of a Chaplygin sleigh under periodic pulsed torque impacts
Rijnen et al. Reference spreading: Tracking performance for impact trajectories of a 1DoF setup
Ahn et al. Versatile locomotion planning and control for humanoid robots
Koh et al. Dynamic crack propagation analysis using Eulerian-Lagrangian kinematic descriptions
RU2779278C1 (en) Methods for simulating static friction and apparatuses for the implementation thereof (variants)
Hannaford et al. Stable control of haptics
Wang et al. Predicting impact-induced joint velocity jumps on kinematic-controlled manipulator
Sunkara et al. Collision avoidance laws for objects with arbitrary shapes
Schwarz Spherical probes and quantized vortices: Hydrodynamic formalism and simple applications
KR101944273B1 (en) System and method for balance control of humanoids against external disturbance forces
US9579796B2 (en) Automatic task-specific model reduction for humanoid robots
Deguet et al. Models and algorithms for the collision of rigid and deformable bodies
Liu et al. Interactive virtual humans: A two-level prioritized control framework with wrench bounds
KR102423745B1 (en) A method for implementing forward kinematics of motion platform based on 3d-model running engine
Singla et al. Statistical analysis of tracking and parametric estimation errors in a 2-link robot based on Lyapunov function
Narayanan et al. SE (3) Koopman-MPC: Data-driven Learning and Control of Quadrotor UAVs
Hou et al. A prediction method using interpolation for smooth six-DOF haptic rendering in multirate simulation
JP7343735B1 (en) Processing simulation device and processing simulation method