1966 год. изобретение

1966 год

ПРЕДПОЛАГАЕМОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Электромеханический способ построения фазовых годографов замкнутой системы автоматического регулирования

ВВЕДЕНИЕ
Предполагаемое изобретение направлено на совершенствование техники анализа системы автоматического регулирования (САР) на основе метода корневого годографа.

В настоящее время единственным портативным орудием мехонического способа анализа САР является спируль У.Р. Эванса (патент Америкэн Авиэйшен), с помощью которого можно строить корневые годографы исследуемой системы.   Но
спируль Эванса обладает рядом недостатков:

1) Суммирование векторных углов производится последовательными приёмами со значительной затратой времени;
2) Точки годографа находятся методом дискретного приближения, характеризующимся многократным повторением расчётов;
3) Определяется только часть точек, принадлежащих годографу;
4) Усложнение использования его с увеличением порядка дифференциального уравнения САР;
5) Утомительный характер работы при построении годографа в виду большого количества однообразных приёмов.

Эти недостатки полностью устраняются применением электрического способа суммирования векторных углов и определения коэффициента усиления системы. Этот способ реализован в ниже описанном механическом устройстве.
;
Использование предполагаемого изобретения при синтезе линейных оптимальных систем

Предлагаемый способ построения корневых годографов значительно упрощает синтез линейных оптимальных систем методом квадратичного корневого годографа, предложенным Ш. Чангом.  Уже сам метод квадратичного годографа резко сокращает вычислительные работы. Использование же электромеханического способа построения квадратичных годографов выводит синтез оптимальных систем на инженерный уровень.

Использование предполагаемого изобретения для решения дифференциальных уравнений высокого порядка

Э.Г. Удерман предложил способ определения корней многочлена методом корневого годографа.  Недостатком его способа, как указывает на него сам автор, является необходимость нахождения на построенных годографах таких точек, в которых коэффициент усиления равен заданному коэффициенту полинома, приведённого вот к такому виду:
 
Р(s) = {[(S + a)S + b]S + c}S + d.

Предлагаемый способ электромеханического построения корневых годографов исключает и этот недостаток, т.к. градуировка самого годографа осуществляется одновременно с его ручным посторением. Поэтому всегда легко определить соответствующие точки а, в, с, d  и т.д. при большом порядке полинома.
;
Описание электромеханического способа построения фазовых годографов замкнутой динамической системы
Предлагаемый способ основан на использовании уравнения фаз:
?
где i = 0, 1, 2, 3… , 
m – порядок числителя передаточной функции разомкнутой системы с передаточной функцией   ;
n - порядок знаменателя передаточной функции разомкнутой системы;
 -  углы векторов, соединяющих произвольную точку комплексной плоскости S соответственно с нулём или с полюсом передаточной функции разомкнутой системы (смотри рис. 1). Уравнение Э.Г. Удермана жёстко определяет геометрическое место точек – корней характеристического уравнения замкнутой системы в комплексной плоскости при изменении коэффициента усиления разомкнутой системы.

Инженерное решение задачи построения корневого годографа

Если углы   измерять с помощью потенциометрических датчиков, включённых по схеме суммирования ЭДС (смотри рис.2), то очень легко определить положение  любой точки годографа , в которой алгебраическая сумма  углов   равна некоторой константе С. Вот на этом принципе и была собрана в 1966 году электрическая схема индикатора фазы системы до 10-го порядка включительно.
Датчиками  углов   являются потенциометры. Набор «нулей» и «полюсов» разомкнутой системы   осуществляется десятью тумблерами, которые подают на каждый потенциометр напряжение со своих обмоток трансформатора. Пропорциональные векторным углам «плечи» потенциометров соединены между собой и с нуль-гальванометром  последовательно (смотри рис. 2).
Конструктивно электромеханический способ реализован в виде каретки, жёстко закреплённой на рейшине (кульмане). «Плечо» каждого потенциометра снабжено иглой, которая вонзается в «нуль» или «полюс» передаточной функции разомкнутой системы. Затем, удерживая стрелку нуль-гальванометра на нуле, карандаш каретки надо РУКОЙ вести по бумаге (по ватману). Потенциометры, закреплённые своими иглами в корнях на чертёжной доске, начнут менять свои электрические сопротивления . Так и нарисуется сам собой годограф замкнутой системы.

Выше описанное устройство располагается на обычном письменном столе, и вычерчивание годографов осуществляется на формате 576-814 мм. Первый вариант устройства был рассчитан для анализа систем, у которых сумма числа «нулей» m и числа «полюсов» n не превышает 10 при m<n, т.е. с помощью его можно было бы анализировать столько систем, сколько описывается пятьюдесятью видами передаточных функций. Принципиально же это количество ничем не ограничено, кроме как габаритами самого устройства.

Формула предполагаемого изобретения
   
Электромеханический способ построения фазовых годографов замкнутой системы, основанный на соблюдении уравнения фаз и заключающийся в применении:
1. Электромеханической регистрирующей каретки, перемещаемой вручную в соответствии с показаниями нуль-гальванометра суммирующей электрической схемы;
2. Прибора для определения коэффициента усиления разомкнутой системы и амплитуды составляющих переходного процесса.  Отличается прибор тем, что с целью уменьшения времени на построение фазовых годографов:
а)  совмещены в одну операцию все операции суммирования векторных углов и определения коэффициента усиления разомкнутой системы в ручном примитивном процессе рисования фазовых годографов;
б)  упростились  операции по определению амплитуды и фазы каждой составляющей переходного процесса по построенным корнефым годографам.
Предполагаемое изобретение может использоваться в учебных и научно-исследовательских институтах с целью анализа и синтеза систем управления.
                …………………………………    Н.П. Бочкарёв
                12.12.1966
Литература
1. Смит О.Дж.М. Автоматическое регулирование. М., 1962. С.92.
2. Чанг Ш. Синтез оптимальных систем автоматического управления. М., 1964.
3. Удерман Э.Г. Метод корневого годографа в теории автоматического управления. М., 1963.

                ПРОТОКОЛ

Научного семинара кафедры «Автоматики и телемеханики» Новосибирского электротехнического института от 20 октября 1966 года

Повестка дня:

Сообщение старшего преподавателя кафедры БОЧКАРЁВА Н.П. по вопросу «Электромеханический способ построения корневых годографов замкнутой системы».

Научный семинар констатирует, что доложенный способ построения корневых годографов представляет собой улучшенное средство механического анализа систем автоматического управления по сравнению со способом, основанным на использовании спирули Эванса, благодаря наличию ряда преимуществ.
Научный семинар кафедры постановляет:
Рекомендовать электромеханический способ построения корневых годографов к представлению в Государственный комитет по делам изобретений и открытий как представляющий предмет изобретения.

Руководитель научного семинара к.т.н. доцент -------------/Брезе Ю.К./
Учёный секретарь -------------------- /Афанасьева Р.М./
 
Литература - Всё об изобретательстве

1.Альтов Г. Краски для фантазии //Фантастика-71. М., 1971.
2.Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М., 1973.
3.Альтшуллер Г.С. Вепольный анализ //Журнал «Техника и наука», №4, 1979.
4.Альтшуллер Г.С. Как решать задачи //Журнал «Техника и наука», №5, 1979.
5.Альтшуллер Г.С. Как стать гением. Жизненная стратегия творческой личности. Минск, 1994.
6.Альтшуллер Г.С. Найти идею: введение в теорию решения изобретательских задач. Новосибирск, 1986.
7.Альтшуллер Г.С. Сила знания //Журнал «Техника и наука», №6, 1979.
8.Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. М., 1979.
9.Альтшуллер Г.С. Формулы талантливого мышления //Журнал «Техника и наука», №3, 1979.
10.Антонов А.В. Психология изобретательского творчества. ? , 1978.
11.Арсеньев А.С. и др. Анализ развивающегося понятия. М., 1987.
12.Артемьев Е.И. Изобретения, уровень техники, управление. ?. 1977.
13.Артемьева Т.И. Методологический аспект проблемы способностей. М., 1977.
14.Булатов В.П. и др. Наука и инженерная деятельность. Л., 1987.
15.Булгаков Ю.С. Решение производственных задач с использованием системы «Изобретающая машина». Тольятти, 1993.
16.Буш Г. Методологические основы научного управления изобретательством. Рига, 1974.
17.Буш Г.Я. Диалогика и творчество. Рмга, 1990.
18.Дятчин Н.И. и др. Становление и развитие инженерного образования на Алтае. Барнаул. 2005.
19. Конов Ю.П. и др. Ускорение использования изобретений: прогнозирование, эффективность. М., 1989.
20. Мазулин Ю.В. Никола Тесла - славянский гений. ?
21. Менеджмент и организация изобрететельской деятельности. М., 1993.
22. Морозов А.П. и др. Научно-техническое творчество. Творческая стратегия инженера-изобретателя. Магнитогорск, 1998.
23.Положение о подразделении изобретательской, рационализаторской и патентно-лицензионной работе производственногообъединения //Приказ Минэлектротехпрома от 14.04.86 №226.
24.Попов В.А. Открытия, изобретения и рационализаторские предложения. М., 1966.
25.Ржонсницкий Б.Н. Никола Тесла. М., 1959.
26.Сергеев Б.Ф. Стать гением: от инстинкта к разуму. Л., 1991.
27.Таркановский Е.П. Открытие, изобретение и рационализаторское предложение. Руководство для изобретателей и рационализаторов. Куйбышев, 1961.
28.Указание по составлению заявки на открытие. Госкомитет по делам изобретений и открытий. 1981, №5 (27).
29.Цверава Г.К. Никола Тесла. 1856-1943. Л., 1974.


Изобретение миротворческой толерантности:

1.Омельченко В.В. Описание и представление образов сложных объектов или явлений на основе инвариантных базовых пространств толерантности //Журнал «Управляющие машины и системы», №4/5, 1996.
2.Шрейдер Ю.А. Пространства толерантности //Журнал «Кибернетика», №2, 1970.
3.Ассоциации, центры и клубы ЮНЕСКО: воспитание в духе мира и толерантности.     V Всемирный Конгресс ВФАК ЮНЕСКО «На рубеже веков, на стыке компонентов». Екатеринбург, 1999.
4.Ашин Г.К. Толерантность и элита //Журнал «Власть», №5, 2002.