Маятник с инерционным маховиком

Содержание

Слайд 2

ДЛЯ НАЧАЛА РАССМОТРИМ МОДЕЛЬ МАЯТНИКА С МАХОВИКОМ

Дифференциальные уравнения динамики маятника с инерционным маховиком имеют

ДЛЯ НАЧАЛА РАССМОТРИМ МОДЕЛЬ МАЯТНИКА С МАХОВИКОМ Дифференциальные уравнения динамики маятника с
следующий вид:

где φ — угол крена маятника; ω — скорость вращения маховика относительно маятника; Jm — момент инерции маховика относительно его главной оси (оси вращения); Jr — момент инерции ротора электродвигателя; J = Jv + Jr + Jm + mh^2 — полный момент инерции системы «маятник — маховик — двигатель», где через Jv обозначен момент инерции маятника относительно его оси вращения; g — ускорение свободного падения; М, m — массы маятника и двигателя; b, h — расстояния от оси вращения до центров масс маятника и маховика (с ротором двигателя); T — момент электромагнитных сил, приложенных к ротору двигателя; λ — коэффициент редукции, ω = λΩ, где Ω — скорость вращения ротора двигателя. 

Слайд 3

С учётом противо-ЭДС реакции якоря величину момента T можно приближённо (пренебрегая электромагнитной

С учётом противо-ЭДС реакции якоря величину момента T можно приближённо (пренебрегая электромагнитной
постоянной времени) представить в виде:

где u — управляющее напряжение в цепи якоря двигателя; c1 , c2 — параметры двигателя.
 Эти уравнения описывают нелинейную динамическую систему третьего порядка с переменными состояния φ, φ, ω и входным управляющим воздействием u . Вертикальному (неустойчивому) положению равновесия соответствует значение φ = 0. Параметры этой модели:

Слайд 4

ВИД ИНЕРЦИОННОГО МАЯТНИКА:

ВИД ИНЕРЦИОННОГО МАЯТНИКА:

Слайд 5

РАССМОТРИМ ПОДРОБНЕЕ УСТРОЙСТВО МАЯТНИКА С МАХОВИКОМ

На рисунке показан однозвенный маятник (1) с

РАССМОТРИМ ПОДРОБНЕЕ УСТРОЙСТВО МАЯТНИКА С МАХОВИКОМ На рисунке показан однозвенный маятник (1)
маховиком (3). Маятник способен совершать круговые движения в вертикальной плоскости. Его ось вращения (2) находится на неподвижном основании. В этой оси отсутствует какой-либо привод.
Ось вращения маховика (4) закреплена на маятнике и параллельна оси вращения маятника. Маховик приводится во вращение электродвигателем постоянного тока (5)

Слайд 6

На рисунке приведена схема маятника. Маятник OB в точке O шарнирно соединен

На рисунке приведена схема маятника. Маятник OB в точке O шарнирно соединен
с неподвижной опорой. Ось шарнира перпендикулярна плоскости качаний маятника (плоскости чертежа). Введем обозначения: l — длина маятника (l = OB), M — его масса, J — его момент инерции относительно шарнира O. Маятник представляет собой однородный стержень, поэтому его центр масс расположен в середине отрезка OB и J = Ml^2/3. Угол отклонения маятника от вертикали обозначается через φ или ψ.

Симметричный относительно своей оси вращения маховик смонтирован на маятнике так, что его центр расположен в конце маятника OB – в точке B. Здесь маховик изображен в виде окружности с центром в точке B. Маховик может поворачиваться в ту или иную сторону вокруг про6 ходящей через точку B горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости качаний маятника (плоскости чертежа). Эта ось параллельна оси шарнира O. Ось вращения маховика является продолжением оси ротора электродвигателя. Таким образом, маховик вместе с якорем двигателя имеет по отношению к маятнику одну степень свободы. Вся система имеет две степени свободы. Единственный управляющий параметр в системе – напряжение u, подаваемое на электродвигатель, который вращает маховик.

Слайд 7

ЭЛЕКТРОПРИВОД, ТАКЖЕ КАК И МАХОВИК, СМОНТИРОВАН НА МАЯТНИКЕ. СТАТОР ДВИГАТЕЛЯ ЖЕСТКО СКРЕПЛЕН С МАЯТНИКОМ, ОСЬ РОТОРА (ЯКОРЯ) ЖЕСТКО СОЕДИНЕНА С ОСЬЮ МАХОВИКА. 
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВКЛЮЧАЕТ ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР, КОНТРОЛЛЕР И УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, ЯВЛЯЮЩИЙСЯ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ. 
ПРИ УПРАВЛЕНИИ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ИНФОРМАЦИЯ ОБ УГЛАХ И СКОРОСТЯХ ПОВОРОТА МАЯТНИКА ОТНОСИТЕЛЬНО НЕПОДВИЖНОГО ОСНОВАНИЯ И МАХОВИКА ОТНОСИТЕЛЬНО МАЯТНИКА. 
ЭТИ УГЛЫ ИЗМЕРЯЮТСЯ ИМПУЛЬСНЫМИ ДАТЧИКАМИ.

ЭЛЕКТРОПРИВОД, ТАКЖЕ КАК И МАХОВИК, СМОНТИРОВАН НА МАЯТНИКЕ. СТАТОР ДВИГАТЕЛЯ ЖЕСТКО СКРЕПЛЕН

Слайд 8

СТАБИЛИЗАЦИЯ ОПРОКИНУТЫМ ПОЛОЖЕНИЕМ РАВНОВЕСИЯ

КОГДА ЧАСТОТА ВЫНУЖДЕННЫХ ОСЦИЛЛЯЦИЙ ТОЧКИ ПОДВЕСА ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО ВДВОЕ БОЛЬШЕ

СТАБИЛИЗАЦИЯ ОПРОКИНУТЫМ ПОЛОЖЕНИЕМ РАВНОВЕСИЯ КОГДА ЧАСТОТА ВЫНУЖДЕННЫХ ОСЦИЛЛЯЦИЙ ТОЧКИ ПОДВЕСА ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО ВДВОЕ
ЧАСТОТЫ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ МАЯТНИКА, НИЖНЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ РАВНОВЕСИЯ СТАНОВИТСЯ НЕУСТОЙЧИВЫМ: АМПЛИТУДА ПЕРВОНАЧАЛЬНО СКОЛЬ УГОДНО МАЛЫХ КОЛЕБАНИЙ МАЯТНИКА НАЧИНАЕТ ПРОГРЕССИВНО НАРАСТАТЬ СО ВРЕМЕНЕМ. ЭТО ХОРОШО ИЗВЕСТНОЕ ЯВЛЕНИЕ НАЗЫВАЕТСЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ РЕЗОНАНСОМ.

Слайд 9

ИНТЕРЕСНАЯ ЧЕРТА В ПОВЕДЕНИИ ЖЕСТКОГО МАЯТНИКА С ОСЦИЛЛИРУЮЩИМ ПОДВЕСОМ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ДИНАМИЧЕСКОЙ

ИНТЕРЕСНАЯ ЧЕРТА В ПОВЕДЕНИИ ЖЕСТКОГО МАЯТНИКА С ОСЦИЛЛИРУЮЩИМ ПОДВЕСОМ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ДИНАМИЧЕСКОЙ
СТАБИЛИЗАЦИИ ПЕРЕВЕРНУТОГО ПОЛОЖЕНИЯ. ПРИ ДОСТАТОЧНО БОЛЬШИХ ЗНАЧЕНИЯХ ЧАСТОТЫ И АМПЛИТУДЫ ОСЦИЛЛЯЦИЙ ПОДВЕСА ПРИВЕДЕННЫЙ В ПЕРЕВЕРНУТОЕ ПОЛОЖЕНИЕ МАЯТНИК НЕ ОБНАРУЖИВАЕТ ТЕНДЕНЦИИ К ОПРОКИДЫВАНИЮ. БОЛЕЕ ТОГО, ПРИ УМЕРЕННЫХ ОТКЛОНЕНИЯХ ОТ ВЕРТИКАЛИ МАЯТНИК СТРЕМИТСЯ К ЭТОМУ ПЕРЕВЕРНУТОМУ ПОЛОЖЕНИЮ. ЕСЛИ МАЯТНИК ОТКЛОНИТЬ ОТ ВЕРТИКАЛИ, ОН БУДЕТ СОВЕРШАТЬ СРАВНИТЕЛЬНО МЕДЛЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ ОКОЛО ПЕРЕВЕРНУТОГО ПОЛОЖЕНИЯ НА ФОНЕ БЫСТРЫХ ОСЦИЛЛЯЦИЙ ПОДВЕСА.

Слайд 11

Для демонстрации этого явления можно использовать старую электробритву вибрационного типа, как показано на рисунке
К вибратору прикреплен удлинитель для увеличения амплитуды осцилляций подвеса маятника. Легкий

Для демонстрации этого явления можно использовать старую электробритву вибрационного типа, как показано
жесткий стержень маятника соединен с концом удлинителя через шарнир. Корпус бритвы удерживается рукой в таком положении, чтобы вибрация оси происходила в вертикальном направлении. Если стержень маятника привести в вертикальное перевернутое положение, он остается в этом положении до тех пор пока ось вибрирует. Если стержень маятника немного отвести в сторону и отпустить, наблюдаются колебания около перевернутого положения. 

Слайд 12

МЕТОД НЕЧЁТКОЙ ЛОГИКИ

ГОВОРЯ О НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКЕ, ЧАЩЕ ВСЕГО ИМЕЮТ В ВИДУ СИСТЕМЫ

МЕТОД НЕЧЁТКОЙ ЛОГИКИ ГОВОРЯ О НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКЕ, ЧАЩЕ ВСЕГО ИМЕЮТ В ВИДУ
НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА, КОТОРЫЕ ЛЕЖАТ В ОСНОВЕ РАЗЛИЧНЫХ ЭКСПЕРТНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОЦЕССАХ.

Слайд 13

ОСНОВНЫМИ ЭТАПАМИ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА ЯВЛЯЮТСЯ:
ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ПРАВИЛ СИСТЕМЫ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА.
ФАЗЗИФИКАЦИЯ ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ.
АГРЕГИРОВАНИЕ.
АКТИВИЗАЦИЯ ПОДУСЛОВИЙ В НЕЧЕТКИХ

ОСНОВНЫМИ ЭТАПАМИ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА ЯВЛЯЮТСЯ: ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ПРАВИЛ СИСТЕМЫ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА. ФАЗЗИФИКАЦИЯ
ПРАВИЛАХ ПРОДУКЦИЙ.
ДАННАЯ СХЕМА ОТНОСИТСЯ К АЛГОРИТМУ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА МАМДАНИ, КОТОРЫЙ ОДИН ИЗ ПЕРВЫХ НАШЕЛ ПРИМЕНЕНИЕ В СИСТЕМАХ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ.

Слайд 14

ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ПРАВИЛ СИСТЕМЫ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА

ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ БАЗЫ ПРАВИЛ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА ПРЕДСТАВЛЯЕТ

ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ПРАВИЛ СИСТЕМЫ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ БАЗЫ ПРАВИЛ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА
СОБОЙ ФОРМАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЭМПИРИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ЭКСПЕРТА В ТОЙ ИЛИ ИНОЙ ПРОБЛЕМНОЙ ОБЛАСТИ. НАИБОЛЕЕ ЧАСТО БАЗА ПРАВИЛ ИМЕЕТ ВИД СТРУКТУРИРОВАННОГО ТЕКСТА

Слайд 15

ФАЗЗИФИКАЦИЯ ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ФАЗЗИФИКАЦИЕЙ, ИЛИ ВВЕДЕНИЕМ НЕЧЕТКОСТИ, НАЗЫВАЕТСЯ ПРОЦЕСС НАХОЖДЕНИЯ ФУНКЦИИ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ НЕЧЕТКИХ

ФАЗЗИФИКАЦИЯ ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФАЗЗИФИКАЦИЕЙ, ИЛИ ВВЕДЕНИЕМ НЕЧЕТКОСТИ, НАЗЫВАЕТСЯ ПРОЦЕСС НАХОЖДЕНИЯ ФУНКЦИИ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
МНОЖЕСТВ НА ОСНОВЕ ОБЫЧНЫХ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ. НА ДАННОМ ЭТАПЕ УСТАНАВЛИВАЕТСЯ СООТВЕТСТВИЕ МЕЖДУ ЧИСЛЕННЫМ ЗНАЧЕНИЕМ ВХОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ СИСТЕМЫ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА И ЗНАЧЕНИЕМ ФУНКЦИИ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ ЕЙ ЛИНГВИСТИЧЕСКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ.

Слайд 16

АГРЕГИРОВАНИЕ

ЦЕЛЬЮ ДАННОГО ЭТАПА ЯВЛЯЕТСЯ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ИСТИННОСТИ КАЖДОГО ИЗ ПОДЗАКЛЮЧЕНИЙ ПО КАЖДОМУ

АГРЕГИРОВАНИЕ ЦЕЛЬЮ ДАННОГО ЭТАПА ЯВЛЯЕТСЯ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ИСТИННОСТИ КАЖДОГО ИЗ ПОДЗАКЛЮЧЕНИЙ ПО
ИЗ ПРАВИЛ СИСТЕМ НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА. ДАЛЕЕ ЭТО ПРИВОДИТ К ОДНОМУ НЕЧЕТКОМУ МНОЖЕСТВУ, КОТОРОЕ БУДЕТ НАЗНАЧЕНО КАЖДОЙ ВЫХОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ ДЛЯ КАЖДОГО ПРАВИЛА. В КАЧЕСТВЕ ПРАВИЛ ЛОГИЧЕСКОГО ВЫВОДА ОБЫЧНО ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ОПЕРАЦИИ MIN (МИНИМУМ) ИЛИ PROD (УМНОЖЕНИЕ). В ЛОГИЧЕСКОМ ВЫВОДЕ С ПОМОЩЬЮ ФУНКЦИИ MIN ПРИНАДЛЕЖНОСТЬ ВЫВОДУ «ОТСЕКАЕТСЯ» ПО ВЫСОТЕ, СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ СТЕПЕНИ ИСТИННОСТИ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРАВИЛА (НЕЧЕТКАЯ ЛОГИКА «И»)

Слайд 17

АКТИВАЦИЯ ПОДУСЛОВИЙ В НЕЧЁТКИХ ПРАВИЛАХ ПРОДУКЦИЙ

НЕЧЕТКИЕ ПОДМНОЖЕСТВА, НАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ КАЖДОЙ ВЫХОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ,

АКТИВАЦИЯ ПОДУСЛОВИЙ В НЕЧЁТКИХ ПРАВИЛАХ ПРОДУКЦИЙ НЕЧЕТКИЕ ПОДМНОЖЕСТВА, НАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ КАЖДОЙ ВЫХОДНОЙ
ОБЪЕДИНЯЮТСЯ ВМЕСТЕ, ЧТОБЫ СФОРМИРОВАТЬ ОДНО НЕЧЕТКОЕ ПОДМНОЖЕСТВО ДЛЯ КАЖДОЙ ПЕРЕМЕННОЙ.

Слайд 18

КОД ЗАДАЧИ

КОД ЗАДАЧИ
Имя файла: Маятник-с-инерционным-маховиком.pptx
Количество просмотров: 37
Количество скачиваний: 0