Устройство управления испытаниями на двухкомпанентные случайные вибрации

 

1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ НА ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ СЛУЧАЙНЫЕ ВИБРАЦИИ, содержащее в каждом канале формируннцие фильтры, контуры управления собственными спектральными плотностями каждой компоненты, включающие в себя регуляторы, под-, ключенные к их управляющим входам . программаторы и анализирующие фильтры , и контур управления взаимной спектральной плотностью двух компонент , включающий в себя фазовращатели ,- фазовый детектор, усилитель обратной связи, сумматор и звенья с регулируемыми коэффициентами передачи , а также общие для всех частотных каналов компонент сумматоры, акселерометры и генераторы шума, подключенные к входам формирующих фильтров , отличающееся тем. что, с целью упрощения и сокращения времени испытаний, в каждом частотном канале оноснабжено тремя программаторами , двумя модуляторами и генератором гармонического сигнала, выход которого подключен к вторым входам модуляторов, первый вход модулятора первой компоненты подключен к выходу сумматора, соединенного входами с выходами звеньев с регулируемыми коэффициентами передачи , сигнальные входы которых подключены к выходам формирукхцих фильтров, а их управляющие входы к выходам третьего и четвертого программаторов выход модулятора первой компоненты i подключен к сигнальному входу первого фазовращателя, соединенного выСЛ С ходом с входом регулятора контура управления собственной спектральной плотностью первой компоненты, первый вход модулятора второй компоненты подключен к выходу второго формирующего фильтра, а выход - К- входу регулятора собственной спектральной плотностью второй компоненты, выход пятого программатора подключен к уп равляющему входу второго фазовраща х теля. Второй вход Которого подключен со ( к выходу анализирующего фильтра, а выход через фазовый детектор и усилитель обратной связи соединен с втО оо рым входом первого фазовращателя. 4 2.Устройство ПОП.1, ОТЛИч ающееся -тем, что в качестве , четвертого программатора используется нелинейный преобразователь анало1 ового си.гнала. 3.Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве эвена с регулируемым коэффициентом используется цифровое управляемое сопротивление, в качестве четвертого программатора используется дешифратор .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA . (21) 3483498/ 18-28 (22) 28.07. 82 (46) 23.05.84. Бюл. Р 19 (72 ) С. В. Абрамович, Г.М. Воробьев., П.И.Дехтяренко, В.A.Êëèìàíòoâ, В.М.Кунцевич, С.P.Ðàéõìàí, A.Н.Турчановский и Ф.Ф.Федоренко (71) Институт кибернетики AH Украинской CCP и,Институт электродинамики

AH Украинской CCP (53) 620.178.53 (088.8) (56) 1.Экспериментальная техника и методы вибрационных испытаний конструкций летательных аппаратов, М., ЦАГИ, 9 431, 1973, с. 22-23 °

2.Авторское свидетельство СССР

9 728014, кл, G 01 М 7/00, 1980.

З.Лычак М.М., Матвиенко Н.К., Тупик A.A. 6 самонастраивающихся формирующуих фильтрах для воспроизведения векторного случайного процес. са с заданной спектральной матрицей.

В сб, Кибернетика и вычислительная техника, вып. 23. Киев, "Наукова думка", с. 65-70 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

ИСПЫТАНИЯМИ НА ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ СЛУЧАЙНЫЕ ВИБРАЦИИ, содержащее в каждо1л канале формирующие фильтры, контуры управления собственными спектральными плотностями каждой компоненты, включающие в себя регуляторы, под-, ключенные к их управляющим входам программаторы и анализирующие фильтры, и контур управления взаимной спектральной плотностью двух компонент, включающий в себя фазовращатели, фазовый детектор, усилитель обратной связи, сумматор и звенья с регулируемыми коэффициентами перецачи, а также общие для всех частотных каналов компонент сумматоры, акселерометры и генераторы шума, подключенные к входам Формирующих фильтров, отличающееся тем, ÄÄSUÄÄ 109 9 A

3(51) G 01 M 7 00. G 05 D 19 02 что, с целью упрощения и сокращения времени испытаний, в каждом частотном канале оно снабжено тремя программаторами, двумя модуляторами и генератором гармонического сигнала, выход которого подключен к вторым входам модуляторов, первый вход модулятора первой компоненты подключен к выходу сумматора, соединенного входами с выходами звеньев с регулируемыми коэффициентами передачи, сигнальные входы которых подключены к выходам формирующих Фильтров, а их управляющие входы к выходам третьего и четвертого программаторов, выход модулятора первой компоненты подключен к сигнальному входу перво- Ь го Фаэовращателя, соединенного выходом с входом регулятора контура управления собственной спектральной «« плотностью первой компоненты, первый вход модулятора второй компоненты подключен к выходу второго форми- 3 рующего фильтра, а выход — к входу регулятора собственной спектральной плотностью второй компоненты, выход пятого программатора подключен к уп равляющему входу второго Фазовраща- (ф теля, второй вход которого подключен к выходу анализирующего фильтра, а выход через фазовый детектор и уси- Я ) литель обратной связи соединен с вто е к рым входом первого фаэовращателя.

2. Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я .тем, что в качестве, четвертого программатора используется нелинейный преобразователь анало- «ф» гового си.гнала.

3. Устройство по п.1, о т л и

« ч а ю щ е е с я тем, что в качестве звена с регулируемым коэффициентом используется цифровое управляемое сопротивление, в качестве четвертого программатора используется дешифратор.

1093934

Изобретение относится к технике механических испытаний, а имен «о к автоматизированным системам для испытания изделий на случайные вибрации, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. 5

Известно устройство для испытаний изделий на стационарные случайные вибрации, содержащее многоканальный замкнутый контур управления, в прямой цепи которого последовательно 10 включены генератор белого шума, многаканальный выравниватель спектра с полосовым фильтром, элементом сравнения, регулятором и усилителем с регулируемым коэффициентом усиления 15 в каждом частотном канале, сумматор, а также модулятор для переноса спектра сигналов на промежуточную частоту (100 кГц ) и подключенный к нему источник гармонических сигналов, а в цепи обратной связи — акселерометр, усилитель и анализирующие фильтры по числу каналов выравнивателя, подключенные выходами к первым входам элементов сравнения Г1 3

Одн ако в т а ком уст рой от ве для получения достоверных оценок статистических характеристик воспроизводимых вибраций необходимо осреднение по времени реализаций узкополосного случайного сигнала на выходе анализирующего фильтра каждого канала, что увеличивает время проведения испы .ний.

Известно также устройство для испытаний изделий на нестационарные З5 случайные вибрации, содержащее многоканальный замкнутый контур управления, в прямой цепи которого последовательно включены программаторы, генераторы гармонических сигналов и 4() модуляторы для формирования узкополосных тестовых сигналов, формирующие фильтры, регуляторы в каждом канале, генератор белого шума, сумматор, а также модулятоР и демодуля- 45 тор с подключенным к ним источником " гармонических сигналов для переноса спектра, а в цепи обратной связи— акселерометр, усилитель, узкополосные фильтры. Такое устройство обес- 5п печивает проведение виброиспытаний при «существенно нестационарйых случайных вибропроцессах (23

Однако применение двух таких систем не может обеспечить управление взаимной спектральной плотностью вибраций при двухкомпонентном силовозбуждении.

Наиболее близким к изобретению ёо технической сущности является . 6О устройство управления испытаниями на двухкомпонентные случайные вибрации, содержащее в каждом канале формирующие фильтры, контуры управления собственными спектральными плотнос- 65 тями каждой компоненты, включающие в себя регуляторы, подключенные к их управляющим входам программаторы и анализирующие фильтры, и контур управления взаимной спектральной плотностью двух компонент, включающий в себя фазвращатели, фазовый детектор, усилитель обратной связи, сумматор и звенья с регулируемыми коэффициентами передачи, а также общие для всех частотных каналов компонент сумматоры, акселерометры и генераторы шума, подключенные к входам формирующих фильтров ГЗ 3

Недостатком известного устройства является необходимость получения достоверных оценок как собственных, так и особенно взаимных спектральных плотностей воспроизводимых двухкомпонентных вибраций путем осреднения на длительном интервале времени, что суще твенно снижает быстродействие системы управления и не обеспечивает возможности управления взаимной спектральной плотностью нестационарных случайных вибраций, длительность которых меньше требуемого времени осреднения сигналов на выходах множительных устройств (33.

Целью изобретения является упрощение и сокращение времени испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что устройство управления испытаниями на двухкомпонентные случайные вибрации, содержащее в каждом канале формирующие фильтры, контуры управления собственными спектральными плотностями каждой компоненты, включающие в себя регуляторы, одключенные к их управляющим входам программаторы и анализирующие фильтры, и контур управления взаимной спектральной плотностью двух компонент, включающий в себя фазовращатели, фазовый детектор., усилитель обратной связи, сумматор и звенья с регулируемыми коэффициентами передачи, а также общие для всех частотных каналов компонент .сумматоры, акселерометры и генераторы шума, подключенные к входам формирукщих фильтров, в каждом частотном канале снабжено тремя программаторами, двумя модуляторами и генератором гармонического сигнала, выход которого подключен к вторым входам модуляторов, первый вход модулятора первой компоненты подключен к выходу сумматора, соединенного входами с выходами звеньев с регулируемыми коэффициентами передачи, сигнальные входы которых подключены к выходам формирующих фильтров, а их управляющие входы — к выходам третьего и четвертого программаторов, выход модулятора первой компоненты подключен к сиг. нальному входу первого фазовращателя

109 3934 соединенного выходом регулятора контура управления собственной спектральной плотностью первой компоненты первый вход модулятора второй компоненты подключен к выходу второго формирующего фильтра, а выход — к 5 входу регулятора собстственной спектральной плотностью второй компоненты, выход пятого программатора подключен к управляющему входу второго фазовращателя, второй вход которого подклю- 10 чен к выходу анализирующего фильтра, а выход через фазовый детектор и усилитель обратной связи соединен с вторым входом первого фазовращателя.

Причем в качестве четвертого про- f5 грамматора используется нелинейный преобразователь аналогового сигнала.

В качестве звена с регулируемым коэффициентом передачи используется цифровое управляемое сопротивление, а в качестве четвертого программатора используется дешифратор.

На чертеже изображена блок-схема одного частотного канала обеих компонент совместно с элементами, общими для, всех каналов устройства.

Устройство управления испытаниями содержит общие для устройства генераторы 1 и 2 шума, выходы которых соединены с входами формирующих фильт- 30 ров 3 и 4 каждого канала, и последовательно включенные для каждой из компонент третий 5 и четвертый 6 программаторы взаимной спектральной плотности, звенья 7 и 8 с регулируе- 35 мыми коэффициентами передачи, вторые входы которых подсоединены к выходам формирукицих фильтров 3 и 4, сумматор 9, модулятор 10 первой компоненты, а также модУлятор 11 второй компо 40 ненты, первый вход которого подсоединен к выходу формирукицего фильтра 4.

Вторые входы модуляторов 10 и 11 подключены к выходу генератора 12 гармонических сигналов. Выход модулятора

11 непосредственно, а выход модулято- 45 ра 10 через первый фазовращатель 13 подключены соответственно к входам регуляторов 14 и 15 контуров управления собственными спектральными плотностями соответствующих компонент, вторые входы которых подключены к программаторам 1б и 17, а выход - к входам сумматоров 18 и 19.

Выходы общих для всех частотных каналов сумматоров 18 и 19 подключены к соответствующим входам объекта 20, а выходы объекта — к акселерометрам

21 и 22, к выходам которых подключены аналиэирукщие фильтры 23 и 24 каждого частотного канала. Выход аналиэирукщего фильтра 24 второй компоненты через второй фаэовращатель 25, управлякиций вход которого подсоединен к выходу пятоro программатора 26, подсоединен к второму 65 входу фазового детектора 27, первый вход которого подсоединен к выходу анализирующего фильтра 23 первой компоненты, а выход через усилитель

28 обратной связи подключен к управляющему входу фазовращателя 13.

Устройство работает следукщим образом.

Статистически независимые случайные сигналы с выходов генераторов 1 и 2 белого шума через формирующие фильтры 3 и 4, имекицие одинаковую полосу пропускания, и звенья 7 и 8 с регулируемыми коэффициентами передачи поступают на сумматор 9, на выходе которого формируется шумовой модулируиций сигнал первой компоненты. В качестве модулирующего сигнала второй компоненты используется сигнал на выходе формирующего фильтра 4. Эти шумовые сигналы модулируют гармонические сигналы, поступающие с выхода генератора 12 в модуляторах 10 и 11, на выходах которых формируются узкополосные сигналы— спектральные составляющие управляемого тестового вибропроцесса соответствующих компонент. Они представляют собой сумму двух чисто случайных шумовых сигналов, разделенных в частотной области интервалом частт д"ш и детерминированного гармонического сигнала, расположенного в частотной области в центре указанного интервала. Полученные мудулированные сигналы поступают для первой компоненты через первый фазовращатель 13, а для второй компоненты — непосредственно на регуляторы 14 и 15 контуров управления собственными спектральными плотностями.

Регуляторы 14 и 15 изменяют уровни сигналов в каждом частотном канале в соответствии с заданными программаторами 16 и 17 прграммами. При этом для управления уровнями этих сигналов используются только детерми— нированные сигналы обратных связей, поступающие с узкополосных анализирующих фильтров 23 и 24.

С выходов регуляторов 14 и 15 узкополосные сигналы со спектральными плотностями 5 °, и 5.„, постоянными

111 1л2 1 частотной области и изменяющимися во времени, поступают на входы сумматоров 18 и 19, в которых формируются первая и вторая компоненты управляемого тестового вибропроцссса, возбуждающие соответствукщие вибраторы объекта управления.

Требуемое изменение во времени средней в полосе частот Вы оценки функции когерентности j (<1 каждой шумовой составлякицей на входе объекта видно из выражения

1093934

Ю;+AM

, (<ФМ ,+5M (4 +aalu

Бг (w,k)dw

ld) И>

Ы (g) () () 6"

10 (< (

,.„,(. } спектральные плотности;

ct,(t),а (t1 — законы изменения во времени собственных спектральных плотностей; (t), р(Ц вЂ” коэффициенты передачи э веньев 8 и 7;

6 — дисперсия сигналов на выходе формирующих фильт ров 3 и 4;

cv- — нижняя граничная частота )-го частотного интервала, э ависящая, в частности от с(г(Н.

При отсуствии перекрестных связей . в объекте и при воспроизведении требуемых собственных спектральных плотностей на его выходе функция когерентнисти, а следовательно, и модуль взаимной спектральной плотности сохраняют свои значения и на выходе 35 объекта управления.

Измерение Фазы нестационарной взаимной спектральной плотности осуществляется с помощью фазового детектора

27, на один вход которого с аналиэи" 40 рующего фильтра 23 поступает детерминированная составляющая первой компоненты выходного сигнала объекта 20, а на второй - аналогичная составляющая второй компоненты, пропущенная д через второй фаэовращатель 25, управ-. ляемый от программатора 26 и обеспечивающий дополнительный фазовый сдвиг на 90 . При отклонении Фазового сдвига между сравниваемыми детерминированными составляющими, а следова :рльно, и соответствунлцими узкополосными случайными сигналами от заданного на выходе фазового детектора 27 появляется сигнал расссогласования, который после усиления усилителем 28 в цепи обратной связи поступает на первый Фазовращатель 13, обеспечивая уменьшение этого отклонения.

Для обеспечения независимости 60 собственной спектральной плотности первой компоненты ат взаимной спект" ральной плотности желательно осущест влять изменения коэффициента передачи р(! звена 7 в соответствии с условием о (k)ep (c)=const=6

Это может быть достигнуто заданием

f5(C) как и о(И) с помощью програм- . матора, имеющего дискретную память и цифроаналоговоый преобразователь (цап l.

Так как требования к точности воспроизведения р(Ц невелики, то программатор может быть заменен нелинейным преобразователем, реалиэующим зависимость р(И= 8-d (Ч

Реализация программатора сущест венно упрощается, если в качестве звена с регулированным коэффициентом передачи использовать цифровое управляемое сопротивление, так как при этом не требуется наличия ЦАП.

Кроме того, дискретная память программатора может быть заменена дешифратором, что в сочетании с цифровым управляемым сопротивлением обеспечивает наиболее оптимальный вариант реализации устройства для задания р (Ч

Отказ от измерения взаимных спект ральных плотностей нестационарного случайного тестового вибропроцесса, требующего значительного времени осреднения, и управление в темпе с процессом взаимными спектральными плотностями двухкомпонентного вибропроцесса по детерминированным составляющим тестового вибропроцесса позволяет существенно повысить быстродействие системы управления виброиспытаниями и обеспечить проведение виброиспытаний при кратковременных существенно нестационарных двухкомпонентных случайных вибровоздействиях.

Использование устройства обеспечивает проВедение нового класса виб рационных испытаний - управление нестационарными случайными вибропроцессами при.двухкомпонентном силовоз. буждении, чем достигается более полное приближение тестовых (испытатель ных) вибровоздействий к натурным виб роперегрузкам. Это позволяет уменьшить число дорогостоящих натурных испытаний, ускорить доводку разрабатываемых изделий новой техники,повысить их надежность.

Кроме того, сокращение времени виброиспытаний, достигаемое за счет повышения быстродействия системы управления, позволяет уменьшить вы работку ресурса изделий.

1093934

Составитель Крапивин

Редактор Н.Джуган Техред В.далекорей

Корректор Г.Огар

Заказ 3414/34 Тираж 82 3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4