SU1287116A1 - Device for determining non-linear characteristics of oscillating systems - Google Patents

Device for determining non-linear characteristics of oscillating systems Download PDF

Info

Publication number
SU1287116A1
SU1287116A1 SU843831694A SU3831694A SU1287116A1 SU 1287116 A1 SU1287116 A1 SU 1287116A1 SU 843831694 A SU843831694 A SU 843831694A SU 3831694 A SU3831694 A SU 3831694A SU 1287116 A1 SU1287116 A1 SU 1287116A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
input
output
inputs
unit
block
Prior art date
Application number
SU843831694A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Самуил Саневич Бруфман
Станислав Александрович Добрынин
Михаил Григорьевич Розенблюм
Михаил Семенович Фельдман
Original Assignee
Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова
Предприятие П/Я Р-6623
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова, Предприятие П/Я Р-6623 filed Critical Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова
Priority to SU843831694A priority Critical patent/SU1287116A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1287116A1 publication Critical patent/SU1287116A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к испытательной технике и может быть использовано в случа х, когда требуютс  высокие точности и оперативность определени  нелинейных характеристик испытуемых колебательных систем. Цель изобретени  - повышение информативности определени  характеристик системы - достигаетс  тем, что устройство , кроме источника 1 напр жений на первом выходе 2, которого сигнал пропорционален перемещению,- полосового фильтра 4, первого 7 и второго 7 квадраторов, сумматора 8, двухкоординатного регистратора 11, блока 12 вьтолнени  декремента колебаний и второго двухкоординатного регистратора, содержит блок 5 преобразовани  Гильберта, дифференциатор 6, блок 9 извлечени  квадратного корн  и блок 10 вычислени  мгновенной частоты. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (ЛThe invention relates to a test technique and can be used in cases where high accuracy and speed are required to determine the non-linear characteristics of the tested oscillatory systems. The purpose of the invention is to increase the informativity of determining the characteristics of the system - the device, besides the voltage source 1 at the first output 2, of which the signal is proportional to the movement, is a bandpass filter 4, first 7 and second 7 quadrants, adder 8, two-coordinate recorder 11, block 12 executions of the oscillation decrement and the second two-coordinate recorder, comprises a Hilbert transform unit 5, a differentiator 6, a square root extraction unit 9 and an instantaneous frequency calculation unit 10. 2 hp f-ly, 3 ill. (L

Description

toto

ос wasp

11eleven

Изобретение относитс  к испытательной технике и может быть использовано дл  определени  динамических свойств конструкций, машин, механизмов и других объектов при действии кратковременных ударных нагрузок, например, при конструировании роботов-манипул торов , летательных аппаратов и т.п., где требуютс  высокие точность и быстродействие опре- делени  нелинейных характеристик испытуемых колебательных - систем.The invention relates to a test technique and can be used to determine the dynamic properties of structures, machines, mechanisms and other objects under the action of short-term shock loads, for example, when designing robotic manipulators, aircraft, etc., where high accuracy and speed are required. Determination of non-linear characteristics of the tested oscillatory - systems.

Цель изобретени  - повьшшние точности и информативности экспериментального исследовани  колебательных систем.The purpose of the invention is the higher accuracy and informativeness of the experimental study of oscillatory systems.

На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого устройства-; на фиг. 2 - структурна  схема блока вычислени  мгновенной частоты; на фиг. 3 - структурна  схема блока вычислени  декремента колебаний.FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in fig. 2 is a block diagram of an instantaneous frequency calculation unit; in fig. 3 is a block diagram of an oscillation decrement calculation unit.

Устройство (фиг. 1) включает механическую колебательную систему с источником 1 напр жений, первым выходом 2, пропорциональным скоро-, сти, и вторым выходом 3, пропорциональным перемещению, полосовой фильтр 4, блок 5 преобраз,овани  Гилберта , дифференциатор 6, первый 7 и второй у блоки возведени  в квадрат , сумматор 8, блок 9 извлечени  квадратного корн , блок 10 вычислени  мгновенной частоты, первый двух координатный регистратор 11, блок 12 вычислени  декремента колебаний, второй двухкоординатньш регистратор 13. На фиг. 1 обозначено: 14 и 15 - входы первого 7 и второго 7 блока возведени  в квадрат; 16-18 - вто- рой, третий и четвертый входы блока 10 вычислени  мгновенной частоты; 19 и 20 - соответственно его первый и п тый входы; 21 и. 22 - соответственно второй и первый вход первого двухкоординатного регистратора 11 ; 23 и 24 - второй и первый вход блока 12 вычислени  декремента колебаний; 25 и 26 - второй и первый входы второго двухкоординатного регист ратора 13. На фиг. 2 обозначено: 27 и 28 - первьш и второй умножитель , 29 - вычитатель, 30 - делитель J на фи г. 3 - 31 - элемент пам ти максимума огибак цей, 32 - делитель логарифмический, 33 - делитель .The device (Fig. 1) includes a mechanical oscillatory system with a source of voltage 1, a first output 2 proportional to speed, and a second output 3 proportional to displacement, a band-pass filter 4, a block 5 a transform, a Gilbert guide, a differentiator 6, the first 7 and a second squaring block, an adder 8, a square root extracting unit 9, an instantaneous frequency calculating unit 10, a first two coordinate recorder 11, a fluctuation decrement calculating unit 12, a second two-coordinate recorder 13. FIG. 1 is indicated: 14 and 15 — the inputs of the first 7 and second 7 squaring block; 16-18 are the second, third and fourth inputs of the instant frequency calculation unit 10; 19 and 20, respectively, its first and fifth inputs; 21 and. 22, respectively, the second and first inputs of the first two-coordinate recorder 11; 23 and 24 - the second and first input of the unit 12 for calculating the vibration decrement; 25 and 26 — the second and first inputs of the second two-coordinate register 13. In FIG. 2 denotes: 27 and 28 — the first and the second multiplier, 29 — the subtractor, 30 — the divider J by fi. 3 - 31 — the memory element of the maximum bend, 32 — the logarithmic divider, 33 — the divider.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

6262

Ударный механизм (не показан) коротким импульсом возбуждает свободные колебани  .в механической ко- леба тельной системе. Причем длительность удара намного меньше периода собственных колебаний системы.A shock mechanism (not shown) with a short pulse excites free oscillations in a mechanical oscillatory system. And the duration of the impact is much less than the period of natural oscillations of the system.

Источник 1 напр жений преобразует механические колебани  в электрический сигнал x(t), пропорциональный перемещению, на втором 3 и в электрический сигнал x (t), пропорциональный скорости, на первом выходе 2.The voltage source 1 converts the mechanical oscillations into an electrical signal x (t) proportional to the displacement, on the second 3 and to an electrical signal x (t) proportional to the velocity on the first output 2.

Поступающий с выхода полосового фильтра 4 сигнал x(t) проходит через элементы устройства, где производитс  его преобразование и регистраци The signal x (t) coming from the output of the bandpass filter 4 passes through the elements of the device, where it is converted and recorded.

На двухкоординатных приборах 13 и 11 регистрируют зависимость мгновенной частоты сигнала f(t) и декремента колебаний 5(t) от мгновенной амплитуды (огибающей) сигнала A(t).On two-coordinate devices 13 and 11, the dependence of the instantaneous frequency of the signal f (t) and the decrement of oscillation 5 (t) on the instantaneous amplitude (envelope) of the signal A (t) is recorded.

Так называема  скелетна  крива  колебательной системы, выражающа  св зь между мгновенной частотой f(t и мгновенной амплитудой (огибающей) сигнала A(t.) при свободных колебани х , содержит информацию о собственных нелинейных упругих, т.е. о е жесткости (податливости).The so-called skeleton curve of the oscillatory system, expressing the relationship between the instantaneous frequency f (t and the instantaneous amplitude (envelope) of the signal A (t.) During free oscillations, contains information about its own nonlinear elastic, i.e., its rigidity .

Скелетна  крива  в графической форме выражает св зь собственной частоты нелинейной системы с амплитудой колебаний.The skeletal curve in graphic form expresses the connection between the natural frequency of a nonlinear system and the amplitude of oscillations.

Дл  вычислени  мгновенной амплитуды (огибающей) A(t) в устройстве осуществл етс  вычисление согласно формуле To calculate the instantaneous amplitude (envelope) A (t), the device performs a calculation according to the formula

A(t)Hx (t)+x (t) ,A (t) Hx (t) + x (t),

(1)(one)

где x(t) - преобразование Гильберта .сигнала x(t), а мгновенна  частота f(t) вы-, числ етс  по формулеwhere x (t) is the Hilbert transform of the signal x (t), and the instantaneous frequency f (t) is calculated by the formula

, . 1 x(t) x;(t)-x (t) Xr(t), , . f(t) 2. (2), 1 x (t) x; (t) -x (t) Xr (t),,. f (t) 2. (2)

Вычисление no этим формулам осуществл етс  в блоках и элементах устройства следующим образом.The calculation of these formulas is carried out in blocks and elements of the device as follows.

Сигнал x(t) поступает на вход 14 первого блока возведени  в квадрат, где вычисл етс  x (t). Одновременно этот сигнал поступает на вход блока преобразовани  Гильберта 5, где вычисл етс  X (t) .The signal x (t) is fed to the input 14 of the first squaring block, where x (t) is calculated. At the same time, this signal is fed to the input of the Hilbert transform unit 5, where X (t) is calculated.

Блок преобразовани  Гильберта выполнен в соответствии с алгоритмом, указанным в 43.The Hilbert transform block is made according to the algorithm specified in 43.

312312

Сигнал с выхода блока 5 преобразовани  Гильберта подступает на вход второго,блока 15 возведени  в квадрат, на выходе которого будет сигнал X (t).. Далее сигналы с блоков The signal from the output of block 5 of the Hilbert transform occurs at the input of the second, block 15, squaring, the output of which will be the signal X (t) .. Then the signals from the blocks

7возведени  в квадрат поступают на вход сумматора 8, где производитс  вьтчисление x(t)+xVt). Этот сигнал поступает на вход блока 9 извлечени  квадратного корн  и затем поступает на второй вход 21 первого двухкоор- динатного регистратора 11 в виде (1) Это мгновенна  амплитуда (огибающа ) сигнала.The 7 squares are input to the adder 8, where x (t) + xVt is calculated. This signal is fed to the input of the square-root extraction unit 9 and then fed to the second input 21 of the first two-channel recorder 11 in the form (1) This is the instantaneous amplitude (envelope) of the signal.

Дл  формировани  сигнала мгновен- ной частоты f(t) на второй вход 16 блока 10 вычислени  мгновенной частоты подаетс  сигнал с выхода сумматора 8 X (t)+x |.(t), на третий вход 17 - выход блока 5 преобразовани  Гильбер- та X;.(t), на четвертый вход 18 - выход 6 дифференциатора xj.(t), на первый вход 19 - сигнал x(t) с выхода полосового фильтра 4, на п тый 20 - .сигнал с выхода 2 источника 1 напр - жений, пропорциональный скорости x (t). В блоке 10 вычисление мгновенной частоты осуществл етс  по формуле (2).To form the instantaneous frequency signal f (t), the second input 16 of the instant frequency calculation unit 10 is fed from the output of the adder 8 X (t) + x |. (T), to the third input 17 - the output of the Gilbert transform unit 5 X;. (T), to the fourth input 18 - the output 6 of the differentiator xj. (T), to the first input 19 - the signal x (t) from the output of the band-pass filter 4, to the fifth 20 - to the signal from the output 2 of the source 1 - zhenny, proportional to the speed x (t). In block 10, the calculation of the instantaneous frequency is carried out according to the formula (2).

Первое произведение числител  осу- ществл етс  во втором умножителе 28 (фиг. 2), второе произведение.- в первом умножителе 27, разность произведений вычисл етс  в вычитателе 29. Деление разности на сумму квадратов и умножение на посто нный коэффициент осуществл етс  в делителе 30.The first product of the numerator is performed in the second multiplier 28 (FIG. 2), the second product. In the first multiplier 27, the product difference is calculated in subtractor 29. The difference is divided by the sum of squares and multiplied by a constant factor is performed in divider 30 .

Сигнал с выхода блока 10 поступает на первый вход 22 первого двух- координатного регистратора 11, где и регистрируетс  скелетна  крива  колебательного процесса.The signal from the output of block 10 is fed to the first input 22 of the first two-coordinate recorder 11, where the skeleton curve of the oscillatory process is recorded.

Регистраци  зависимости декремента колебаний S(t) от мгновенной амплитуды (огибающей) сигнала A(t) . осуществл етс  во втором двухкоорди- натном регистраторе 13.Recording the dependence of the decrement of oscillations S (t) on the instantaneous amplitude (envelope) of the signal A (t). carried out in the second two-coordinate recorder 13.

L Декремент колебаний .(t) вычисл етс  в блоке 12 и поступает на второй вход 26 второго двухкоординат- ного регистратора 13. На-блок 12 поступает сигнал огибающей A(t) (фиг.З)L The decrement of oscillations. (T) is calculated in block 12 and is fed to the second input 26 of the second two-coordinate recorder 13. On-block 12, the envelope signal A (t) is received (FIG. 3).

8элементе 31 пам ти максимума огибающей (пиковий детектор)фиксирует- с  значение максимума.8, the memory element 31 of the maximum envelope (peak detector) records, with the maximum value.

В логарифмическом делителе 32 осу- ществл етс  деление максимума огибающей на текущее значение огибан цей во времени с последующим вычислениIn the logarithmic divider 32, the maximum of the envelope is divided by the current value of the envelope in time, followed by the calculation

O O

5 0 5 5 0 5

о about

5five

00

5five

6464

ем логарифма от частного и делением на текущее врем , т.е. вычислениеlogarithm of the private and the division by the current time, i.e. calculation

коэффициента затухани  h(t)ln дт-гх /attenuation coefficient h (t) ln dt-gx /

/t. -Затем в делителе 33 осуп1ествл - етс  деление сигнала с выхода логаг рифмического делител  32 (коэффициента затухани  h(t)) на мгновенную частоту f(t). Таким образом вычисл етс  декремент колебаний S(t)../ t. - Then, in divider 33, the division of the signal from the output of the rhymic divider 32 log (attenuation coefficient h (t)) to the instantaneous frequency f (t) is stopped. Thus, the decrement of oscillations S (t) is calculated.

В предложенном устройстве в качестве блока вычислени  декремента колебаний используетс  блок определени  декремента колебаний, используемый в 21.In the proposed device, the oscillation decrement determination block used in 21 is used as an oscillation decrement calculating unit.

Таким образом, предложенное устройство дает возможность определить степень нелинейности конструкции. Это облегчает и уточн ет расчет колебательной системы с учетом ее нелинейных свойств. В реальной конструкции практически всегда действуют нелинейные упругие силы и нелинейные силы трени ). Величина нелинейности даетс  в количественной оценке как дл  нелинейного демпфировани  (например, конструкционное демпфирование, сухое трение), так и дл  нелинейной упругости (контактна  жесткость).Thus, the proposed device makes it possible to determine the degree of non-linearity of the structure. This facilitates and refines the calculation of the oscillatory system, taking into account its nonlinear properties. In a real construction, non-linear elastic forces and non-linear friction forces almost always work. The magnitude of the non-linearity is quantified for both non-linear damping (e.g., structural damping, dry friction), and non-linear elasticity (contact stiffness).

Claims (3)

Формула изо бретени Formula 1 . Устройство дл  определени  нелинейных характеристик колебательных систем, содержащее источник напр жений , подключенный первым и вторым выходами соответственно к первому и второму входам полосового фильтра, сумматор, соединенный первым и вторым входами соответственно с выходами первого и второго блоков возведени  в квадрат, блок вычислени  декремента колебаний, первый вход которого соединен с первым входом первого двухкоординатного регистрато- . ра, а выход - с первым входом второго двухкоординатного регистратора,one . A device for determining the nonlinear characteristics of oscillating systems, comprising a voltage source connected by the first and second outputs respectively to the first and second inputs of a bandpass filter, an adder connected by the first and second inputs respectively to the outputs of the first and second squaring blocks, the first input of which is connected to the first input of the first two-coordinate registrar-. pa, and the output - with the first input of the second two-coordinate recorder, отличающеес , тем, что, с целью повышени  информативности определени  характеристик системы, устройство содержит блок вычислени  мгновенной частоты, блок извлечени  квадратного корн , дифференциатор и блок преобразовани  Гильберта, вход которого соединен с входом первого блока возведени  в квадрат, с первым выходом полосового фильтра и первымcharacterized in that, in order to increase the informativity of characterization of the system, the device comprises an instantaneous frequency calculating unit, a square root extraction unit, a differentiator and a Hilbert transform unit, the input of which is connected to the input of the first squaring unit, and the first 512512 входом блока вычислени  мгновенной частоты, второй вход которого соединен с выходом сумматора и входом блока извлечени  квадратного корн , третий вход - с выходом блока преоб- разовани  Гильберта, входами второго блока возведени  в квадрат и дифференциатора , четвертый вход - с выходом дифференциатора, п тый вход - с вторым выходом полосового фильтра, а выход - с первым входом блока вычислени  декремента колебаний, выход блока вычислени  квадратного корн  соединен с вторыми входами первого и второго двухкоординатных регистра- торов и блока вычислени  декремента колебаний.the input of the instantaneous frequency calculation unit, the second input of which is connected to the output of the adder and the input of the square root extraction unit, the third input to the output of the Hubert transform unit, the inputs of the second squaring unit and the differentiator, the fourth input to the differentiator output, the fifth input - with the second output of the bandpass filter, and the output - with the first input of the oscillation decrement calculator; the output of the square root calculator is connected to the second inputs of the first and second two-coordinate recorders and calculating the decrement of vibrations. 2, Устройство по п. 1, о т л и ч ающеес.   тем, . что блок вычислени  мгновенной частоты содержит первый умножитель и последовательно соединенные второй умножитель, вычи1662, a device according to claim 1, of tl and h ayuschees. by that the instantaneous frequency calculation unit contains the first multiplier and the second multiplier connected in series, calculated 166 татель и делитель, подключенный выходом к выходу блока, а вторым входом к первому входу блока, второй и третий входы блока соединены соответственно с первым и вторым входами первого умножител , подключенного выхо- дой к второму входу вычитател , а четвертый и п тый входы соединены соответственно с первым и вторым входами второго умножител .a divider and a divider connected by the output to the output of the block, and the second input to the first input of the block, the second and third inputs of the block are connected respectively to the first and second inputs of the first multiplier connected by the output to the second input of the subtractor, and the fourth and fifth inputs are connected respectively with the first and second inputs of the second multiplier. 3. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок вычислени  декремента колебаний.содержит последовательно соединенные элемент пам ти максимума огибанщей, логарифмический делитель и делитель, подключенньй выходом к выходу блока, а -BTopbW входом - к первому входу блока5 второй вход блока соединен с вторым входом логарифмического делител  и входом элемента пам ти максимума огибающей.3. The device according to claim 1, characterized in that the unit for calculating the vibration decrement contains serially connected memory elements of a maximum envelope, a logarithmic divider and a divider connected by an output to the output of the block, and -BTopbW input - to the first input of the block5 the second input of the block is connected with the second input of the logarithmic divider and the input of the memory element of the maximum envelope. ,33 Фи,&Fi, & Фиг. 5FIG. five
SU843831694A 1984-12-26 1984-12-26 Device for determining non-linear characteristics of oscillating systems SU1287116A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843831694A SU1287116A1 (en) 1984-12-26 1984-12-26 Device for determining non-linear characteristics of oscillating systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843831694A SU1287116A1 (en) 1984-12-26 1984-12-26 Device for determining non-linear characteristics of oscillating systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1287116A1 true SU1287116A1 (en) 1987-01-30

Family

ID=21153972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU843831694A SU1287116A1 (en) 1984-12-26 1984-12-26 Device for determining non-linear characteristics of oscillating systems

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1287116A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Харрис С.М., Крид Ч.А. Справочник по ударным нагрузкам. Л.: Суд о- строение, 1980, гл. 5. Авторское свидетельство СССР № 1109715, 1984. Памовко Я.Г. Введение в теорию . механических колебаний. М.гНаука, 1971, с. 154. Фалеев С,П. Расчет и моделирование устройств обработки сигналов систем управлени . Л.: ЛИАП, 1980. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pekeris et al. Motion of the surface of a uniform elastic half‐space produced by a buried pulse
COLE, JR On-the-line analysis of random vibrations
US3720818A (en) Method of measurement and apparatus therefor
White Evaluation of the dynamic characteristics of structures by transient testing
SU1287116A1 (en) Device for determining non-linear characteristics of oscillating systems
White Use of transient excitation in the dynamic analysis of structures
Cawley et al. Improved frequency resolution from transient tests with short record lengths
SU1249362A1 (en) Device for dynamic testing of elements under strain
Roberts et al. An experimental study of first-passage failure of a randomly excited structure
Smith et al. Force pulse testing on ship models
SU702313A1 (en) Device for detecting current phase
Leuridan et al. A time domain linear model estimation technique for multiple input modal analysis
SU1086353A1 (en) Method and device for vibration acoustic checking of turbine unit
SU615364A1 (en) Vibration spectrum analyzer
SU1404836A1 (en) Device for determining absorption factor of energy in objects under vibrations
SU1084822A1 (en) Device for determining boundaries of analytical peak
SU1657998A1 (en) Device for vibration-testing
RU2025684C1 (en) Device for determining resonance frequencies of object
Dyer et al. Amplitude and phase fluctuation periods for long‐range propagation in the ocean
SU1068828A1 (en) Reactive power measuring converter
JPS62112018A (en) Vibration detecting device
SU384093A1 (en) ANALOG COMPUTING DEVICE FOR
SU1024750A1 (en) Non-electric parameter transducer dynamic characteristic determination device
SU573798A1 (en) Device for determining dynamic characteristics of vibratioa system
SU590698A1 (en) Device for determining dynamic characteristics of oscillating systems