SU756428A1 - Устройство для моделирования жесткой механической передачи с люфтом - Google Patents

Description

Устройство относится к вычислительной технике и предназначено для моделирования жесткой механической передачи, содержащей люфт, например, кинематического устройства, содержащего люфт и обеспечивающего передачу вращающего момента двигателя на вход рабочего органа механизма.

Известно устройство для моделирования жесткой механической передачи с люфтом, содержащее последовательно соединенные интегратор-, блок задания зоны нечувствительности, два усилителя, второй блок задания зоны не-, чувствительности, выход которого соединен со вторым входом интегратоРа _М · . .

Однако указанное устройство обла10

15

.дает ограниченными возможностями, так как моделирует рызмыкание люфта 20 только при изменении направления скорости без учета удара в момент замыкания люфта. Кроме того, устройство не учитывает того обстоятельства, что при размыкании люфта кинематическая передача ведет себя, как два независимых динамических звена, имеющих соответственно моменты сил М₄,М_г, моменты инерции скорости вращения иц , из_г. Указанное обстоятельст- 30

во снижает точность моделирования динамических процессов жесткой механической передачи с люфтом.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования жеткой механической передачи с люфтом, содержащее' блок задания нелинейности, интеграторы, блоки задания момента, ключевые элементы ИОднако устройство характеризуется недостаточной точностью моделирования.

Цель изобретения — повышение точности моделирования.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования жесткой механической передачи с люфтом, содержащее блок задания .нелинейности, вход которого подключен к выходу первого интегратора, первый вход которого соединен с выходом второго · интегратора, первый вход которого подключен к выходу первого блока задания момента.и к первому входу первого ключевого элемента, выход которого соединен с первым входом третьего интегратора, второй вход которого . подключен к выходу второго блока задания момента, второй вход второго

756428

интегратора соединен с выходом второго ключевого элемента, введены блок коррекции и дискриминатор, выход которого подключен к третьим входам второго и третьего интеграторов, ко второму входу первого ключевого элемента, к первому входу второго ключевого элемента .и к. первому входу блока коррекции, выходы которого соединены с четвертыми входами второго и третьего интеграторов, выход второго интегратора подключен ко второму входу блока коррекции, третий вход которого соединен с выходом третьего интегратора и со вторым входом первого интегратора, выход блока задания нелинейности подключен к первому входу дискриминатора, второй и. третий входы которого соединены с выходами блоков задания момента, второй вход второго ключевого элемента подключен к выходу второго блока задания момента. Кроме того, блок коррекции содержит блоки памяти, функциональные преобразователи, сумматоры и ключевые элементы, первые входы первого и второго из которых подключены к первым входам третьего и четвертого ключевых элементов, выход третьего ключевого элемента через последовательно соединенные первый блок памяти и первый функциональный преобразователь соединен с первым входом второго функционального преобразователя, выход ко’торого подключен к первым входам сумматоров, вторые входы которых соединены со вторыми входами третьего и четвертого ключевых элементов соответственно, выход четвертого ключевого элемента через последовательно соединенные второй блок памяти и третий функциональный преобразователь подключен ко второму входу второго функционального преобразователя, выходы сумматоров соединены со вторыми входами первого и второго ключевых элементов, выходы которых являются выходами блока коррекции, первым входом которого являются первые входы ключевых элементов,'вторые входы третьего й четвертого из которых являются соответственно вторым и третьим входами блока коррекции.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — схема блока коррекции. · ·

Устройство для моделирования жесткой механической передачи с люфтом содержит интеграторы 1,2,3,блоки 4, 5 задания момента, второй и первый ключевые элементы 6, 7, блок 8 задания .нелинейности, дискриминатор 9 и блок 10 коррекции.

Интегратор 1 обеспечивает на своем .выходе сигнал , пропорциональный разности пути первой и второй масс, разделенных люфтом в кинематической передаче, и ограничение и, на уровне

4

Ф,где 2д - величина, пропорциональная

ширине люфта.'

и< = Κ$(ιο_ή - αι_χ)άι , (1 )

где,Сигналы, пропорциональные скоростям первой и второй масс, поступающие соответственно на первый и второй входы интегратора 1;

К — коэффициент.

При наличии выходного сигнала дискриминатора 9 на входах интеграторов 2, 3, последние обеспечивают на своих выходах сигналы

ί <^мх ⁺ (2)

где “ выходные сигналы блоков

задания момента 4, 5, поступающие соответственно на входы интеграторов 2, 3;

ЭдЗ_г— моменты инерции первой и второй масс.

При = 0

10^= I. (4)

Блок 4 задания момента обеспечивает на своем выходе сигнал М^,.пропорциональный моменту приводного двигателя и представляет собой модель соответствующего устройства, например устройства₎моделирующего момент двигателя постоянного тока.

Блок 5 задания момента обеспечивает на своем выходе сигнал Μ_χ, пропорциональный моменту на валу механизма. Например, моменту сопротивления типа сухого трения. М_г = -М_с. Модель такого момента может быть получена на базе нуль-органа с реверсивным выходом, на вход которого поступает сигнал При этом выход нульоргана равен нулю при со_х = 0 и представляет собой знакопостоянную величину при £ 0, знак которой противоположен знаку Ш_х. Реализовать такой нуль-орган можно на базе операционного усилителя.

Ключевые элементы б, 7,' при υ₅Ί О обеспечивают прохождение сигналов Μ_χ, М ₄ на входы соответственно интеграторов 2, 3.

Блок 8 задания нелинейности(гистерезис с прямоугольной петлей), на вход которого поступает сигнал и 4 , обеспечивает на своем выходе сигнал

и_г = 1 при и₄ >о , (5)

« -ι при (6.)

и и_х сохраняет свое прежнее значение, если -Δ < и 4 <4 . .

Дискриминатор 9, на входы которого .поступают соответственно сигналы М_<г М_х, и_г, обеспечивает на своем выходе

756428

нулевой сигнал 1)¾ всякий раз, когда знаки сигналов (¾⁴ и II₂ совпадают. Во всех остальных случаях на выходе дискриминатора 9 обеспечивается сигнал и,

Блок 10 коррекции, на входы которого поступают соответственно сигналы и₃ , ц>_д, после поступления сигнала обеспечивает на первом и втором выходах разнополярные импульсные сигналы 1)д , и_?, поступающие на входы соответственно интеграторов 2, 3. Благодаря поступлению разнополярных

памяти, функциональные преобразователи 7,8,9, сумматоры 10, Ц.

Ключевые элементы 1, 2, на входы которых поступает сигнал 11¾ с первого входа блока коррекции, при появлении , сигнала и₃ разрывают на короткое время цепь прохождения сигналов

ю_гсо второго и третьего входов^ блока коррекции на входы соответственно блоков 5, 6 памяти.

10

импульсных сигналов Од, и5 на входы интеграторов 2, Зв момент появления сигнала и ₃ обеспечивается мгновенное выравнивание сигнала , се_гд_О уровня си_с, т.е. моделируется эффект удара при замыкании люфта.

Интеграторы 1,2,3, блок 8 задания 20 нелинейности, дискриминатор 9 могут быть реализованы, например, на базе операционных усилителей, ключевые элементы 6, 7 — на базе полевых транзисторов . 25

Статическое состояние устройства характеризуется тем, что люфт выбран | и_Л 1 = а , = V и ω, = . допустим, что М_Л, М₂ постоянные величины и М^> >0, М₂ = -М_с < 0, следо- 30

Мд _ Мд 3 д 1_

а I)< 0 , так как 11д > 0 . При этом значения «л, линейно возрастают.

Рассмотрим работу устройства в динамике, обусловленной, например, ступенчатым реверсом М. до величины,

₊4^г< о.

вательно

обеспечивающей

М<

После ре35

Ключевые элементы 3, 4, на входы которых поступает сигнал 1/¾, при появлении сигнала и_э замыкаются, обеспечивая прохождение выходных сигна’ лов сумматоров 10, 11 соответственно .на выходы блока коррекции. Ключевые элементы 1, 2, 3, 4 могут быть выпол йены, например, на базе полевых тран зисторов.

Блоки 5, 6 памяти обеспечивают на своих выходах сигналы 11д , и₂, пропор циональные соответственно величинам <Ъ₄, <а.’₂, сохраняя сигналы Од, и₂ при размыкании ключевых элементов 1, 2. Блоки 5, 6 памяти могут быть выполне ны, например на базе операционных усилителей,· в цепях обратных связей которых и на входах включены конденсаторы.

Функциональные преобразователи 7 > 8, на входы которых поступают сигналы и_л, и₂, обеспечивают на своих выходах соответственно сигналы и₄ - и) ,

и₅ = к_г и’ , где К_л,К ₂ — коэффициенты.

Функциональные преобразователи 7, 8 могут быть реализованы, например, на базе операционных усилителей, на входах которых включены нелинейные сопротивления, имеющие квадратичную зависимость от входных сигналов.

Функциональный преобразователь 9, на входы которого поступают сигналы 1)д , и обеспечивает на своем выходе сигналы ϋβ

и?

(7)

(8)

М л Мг

верса М, величина —? + -=-* меняет знак ι За ^и Το положительного на отрицательный, что обеспечивает 11¾ = 0, размыкание ключевых элементов 6, 7 и зависимости (3). (1*) для интеграторов 2, 3. После размыкания ключевых элементов величины си_л, и»2 начинают уменьшаться, причем скорость изменения си* выше, чем си₂. Поэтому и д начинает изменяться от величины +д до -Δ. После достижения величины -д, сигнал Од изменит свой знак, что приведет к появлению сигнала и ₅ =» 1 . Ключевые элементы 6, 7 замыкаются"интеграторы 2,3 обеспечивают изменение Шц, и»г в соответствии с (2), а импульсные сигналы Ид (положительный), (отрицательный) обеспечивают практически мгновенное выравнивание Величин ц)^' ^ш1· Устройство приходит в новое статическое состояние, при котором значения си_л,си_г линейно уменьшаются.

На фиг. 2 приведена схема блока 10 коррекции, которая содержит третий, четвертый, первый и второй ключевые элементы 1,2,3,4, блоки'5, б

40

45

50

55

60

^иб = ^кз ^и5= , (9)

где к 5 — коэффициент.

Уравнению (9) соответствует уравнение

IX)

(10)

гдеиэ^и^ ,^полУ^ченное

из условия равенства кинетических энергий до и после замыкания люфта. Функциональный преобразователь 9 может быть реализован, например, на базе операционного усилителя, в цепи обратной связи которого включено нелинейное сопротивление, имеющее квад ратичную зависимость от входного сигнала.

Сумматоры 10, 11,на входы которых

поступают соответственно сигналы и_в,

65

7

756428

8

π обеспечивают на своих

выходах сигналы и₇, υ_θ

и₇ = к₄(и₆ +о,д) , (и)

и_в = к^(и₆ч.ш₂), (12)

где Кд,Кр — коэффициенты.

Сумматоры 10, 11 могут быть реализованы, например, на базе операционных усилителей.

Статическое состояние блока коррекции характеризуется тем, что

Шр И_е«ш₄-си_ги, следовательно, и₇ = и₉ = о.

Динамическое состояние блока коррекции наблюдается при размыкании люфта (исчезновении сигнала и^), которое обуславливает ил*! сии размыкание ключевых элементов 3, 4. Неравенство Си, 4 а?_г приводит к появлению сигналов ϋ₇, υθ. После замыкания люфта, появляется сигнал - 1,ключевые элементы 1, 2 размыкаются на короткое время, а ключевые элементы 3,

4 замыкаются, обеспечивая прохождение сигналов и₇, и₈ на выходе блока коррекции, что обуславливает изменение величин со,, и?г в противоположных направлениях и равенство ш/и)_г по истечению весьма малого промежутка 41, равного времени размыкания ключевых элементов 1, 2. Малая величина Д г обеспечивается, благодаря достижению высокого уровня сигналов и₇, и_в к моменту появления сигнала и₉ = .1 . В течении промежутка л ι разность величин , цщ стремится к нулю, обуславливая уменьшения и₇, υθ до нуля. По истечению промежутка д г замыкаются Ключевые элементы 1, 2, гарантируя и₇ * и_& = 0 при любом измененииси, =

= и?₂, и блок коррекции возвращается в статическое состояние.

Если не требуется высокой точности воспроизведения (моделирования) уровня скорости и?с, достигнутой в момент наступления ревенства Шц-со₂после замыкания люфта, то блок 10 коррекции может быть выполнен на базе двух сумматоров и двух ключевых элементов, схема которого получается, если (фиг. 2) свободные входы сумматоров 10, 11 соединить соответственно с вторым и третьим входами блока коррекции, а ключевые элементы 1, 2, бло ки 5,6 памяти,функциональные преобразователи 7,8,9 исключить из схе- мы. Работа такого блока коррекции, после Замыкания ключевых элементов 3, 4·, аналогична работе обычного регулятора, .синхронизирующего выходные напряжения интеграторов 2, 3 (фиг.1).

Предлагаемое устройство для моделирования жесткой механической передачи с люфтом позволяет моделировать размыкание люфта независимо от уровня скорости механической передачи, что расширяет функциональные возможности устройства. В предлагаемом устройстве после размыкания люфта обеспечивается независимое изменение и1₇ и в момент замыкания люфта обеспечивается практически мгновенное выравнивание скоростей υυ,, (моделируется эффект удара при замыкании люфта). Указанные обстоятельства повышают точность моделирования динамических процессов в механической передаче.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Устройство для моделирования жесткой механической передачи с люфтом, содержащее блок задания нелинейности, вход которого подключен к выходу первого интегратора, первый вход которого соединен с выходом второго интегратора, первый вход которого подключен к выходу первого блока задания момента и к первому входу первого ключевого элемента, выход которого соединен с первым входом треть его интегратора, второй вход которого подключен к выходу второго блока задания момента, второй вход второго интегратора соединен с выходом второго ключевого элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены блок коррекции и дискриминатор, выход которого подключен к треть им входам второго и третьего интеграторов, ко второму входу первого ключевого элемента, к первому входу второго ключевого элемента и к первому входу блока коррекции, выходы которого соединены с четвертыми входами второго и третьего интеграторов, выход второго интегратора подключен ко второму входу блока коррекции, третий вход которого соединен с выходом третьего интегратора и со вторым входом первого интегратора, выход блока задания нелинейности подключен к первому входу дискриминатора, второй и третий входы которого соединены с выходами блоков задания момента, второй вход второго ключевого эле мента подключен к выходу второго блока задания момента.
2. 2. Устройстве поп. 1,отличающееся тем, что блок коррекции содержит блоки памяти, функциональные преобразователи,, сумматоры и ключевые элементы,первые входы первого и второго из которых геодключены к первым входам третьего и четвертого ключевых элементов, выход третьего ключевого элемента через последовательно соединенные первый блок памяти и первый функциональный преобразователь соединен с первым входом второго функционал'ьного преобразователя, выход которого подключен к первым входам сумматоров, вторые входы которых соединены со вторыми входами

   9

   756428

   10

   третьего и четвертого ключевых элементов соответственно, выход четвертого ключевого элемента через последовательно соединенные второй блок памяти и третий функциональный преобразователь подключен ко второму входу второго функционального преобразователя, выходы сумматоров соединены со вторыми входами первого и второго ключевых элементов, выходы которых являются выходами блока коррекции, первым входом которого являются первые входы ключевых элементов, вторые входы третьего и четвертого из которых являются соответственно

   вторым и третьим входами блока коррекции.