Устройство для управления динамическими испытаниями

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для управления виброиспытаниями различных технических объектов. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения вибраций . Устройство для управления динамическими испытаниями содержит цифроаналоговый преобразователь 1, вибростенд 2, аналого-цифровой преобразователь 3, процессор 4 прямого преобразования Фурье, функциональный преобразователь 5, блок 6 сравнения спектров, интерполятор 7, умножитель 8, процессор 9 обратного преобразования Фурье, генератор 10 фазы. Устройство позволяет повысить точность воспроизведения на вибростенде реальных вибраций за счет кусочно-линейной аппроксимации исходной спектральной плотности мощности. 3 ил. а 9 (Л со 05 СП О Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

П9) (!!) (5g 4 0 05 В 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4084847/24-24 (22) 04.07.86 (46) 23.12.87. Бюл.Р 47 (71) Институт технической кибернетики

АН БССР (72) П.М.Чеголин, P.Õ.Ñàäûõoâ, А.В.Шаренков, С.А.Золотой, Н.Б.Шиков, И.Ф.Борисов, Н.П.Савик, I0.Ê.Êóçèí, В.М.Борисов, Г.В.Федосеев и Н.В.Николаев (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 8072ЬЗ, кл. Г 05 В 15/00, 1984.

Патент США Р 3710082, кл. 235-150.1, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИМИ ИСПЫТАНИЯМИ (57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для управления виброиспытаниями различных технических объектов. Цель изобретения — повышение точности воспроизведения вибраций. Устройство для управления динамическими испытаниями содержит цифроаналоговый преобразователь 1, вибростенд 2, аналого-цифровой преобразователь 3, процессор 4 прямого преобразования Фурье, функциональный преобразователь 5, блок 6 сравнения спектров, интерполятор 7, умножитель

8, процессор 9 обратного преобразования Фурье, генератор 10 фазы. Устройство позволяет повысить точность воспроизведения на вибростенде реаль- д ных вибраций за счет кусочно-линейной аппроксимации исходной спектральной плотности мощности. 3 ил.

С:

1361504 (4) и оценка АЧХ

Р(Е 1-(w(1) = к=tp (5) w(k), 40

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для управления виброиспытаниями различных технических объектов.

Цель изобретения — повышение точности воспроизведения вибраций.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2— функциональная схема блока сравнения спектров; на фиг.3 — кусочно-постоянная аппроксимация спектральной плотности мощности в заданных полосах частот и кусочно-линейная аппроксимация исходной спектральной плотности 15 мощности.

-Устройство содержит (фиг.1) цифроаналоговый преобразователь 1, вибростенд 2, аналого-цифровой преобразователь 3, процессор 4 прямого пре- 20 образования Фурье, Функциональный преобразователь 5, блок 6 сравнения спектров, интерполятор 7, умножитель

8, процессор 9 обратного преобразования Фурье и генератор 10 фазы. 25

Кроме того, устройство (фиг.2) содержит первый И, второй 12, третий 13 и четвертый 14 интерфейсы ввода/вывода, центральный процессор 15, блоки 1620 оперативной памяти. 30

Устройство имеет следующие режимы функционирования.

Режим генерирования случайного процесса по заданному спектру входа

" х

S (Х) аналогичен известному устрой35 ству и выполняется с помощью обратного. преобразования Фурье на основе представления Райса-Пирсона й-1

«(ъ) = s„(s) со«(ъ«t+E.) . (1) где k — - число уровней дискретизации по частотам спектральной плотности мощности;

C„ - случайные фазы, равномерно распределенные в интервале (0,2 ()).

Для генерирования стационарного случайного процесса (1) необходимо вычислить коэффициенты преобразования 50

Фурье

В„= $ „(К) cos Е „ (2) ъ„= Я„(ъ) sin E„, 55 далее выполнить обратное преобразование Фурье, в результате чего получается дискретная реализация случайного входного процесса x (t), которая через цифроаналоговый преобразователь подается на вибростенд. В случае, когда значения H„(k) в (2) равны между собой, на выходе процессора обратного преобразования Фурье генерируется "белый шум".

В режиме идентификации величина

SÄ(k) определяет уровень "белого шума", который через цифроаналоговый преобразователь поступает на объект.

Выходная информация с датчиков преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму и запоминается в блоке памяти выходного процесса. Далее над полученным массивом выполняется быстрое преобразование

Фурье, вычисляются коэффициенты преобразования а „и Ь„.

По полученным коэффициентам вычисляются периодограмма

Б (k) = а + Ь, (3) и АЧХ объекта

S- (k) (1 ) -« k7 где Я (k), H„(k) — коэффициенты Фурье выходного и входного процессов где 1 — номер участка усреднения;

k — номер текущей ординаты спектра;

P число ординат спектра на участке..

Режим спектрального анализа реализует кусочно-линейную аппроксимацию спектральной плотности мощности, Использование кусочно-линейной интерполяции позволяет, с одной стороны, более точно воспроизводить на вибростенде спектры реальных вибраций за счет повьппения точности аппроксимации произвольных кривых, с другой стороны, снижает время выхода системы на режим испытаний (т.е. достижение требуемой погрешности спектра мощности сигнала с объекта) за счет ликвидации разрывов спектра при переходе от одной полосы частот к другой.

Использование преобразования по интегральным функциям Уолша для кусочно-линейной аппроксимации обусловлено высоким быстродействием подоб1361504

1 ,) = п ных преобразователей при достаточно высокой точности аппроксимации.

Спектральный анализ с кусочнолинейной аппроксимацией спектральной

5 плотности мощности производится по следующей схеме: над реализацией выходного процесса у(1) выполняется быстрое преобразование Фурье и получают коэффициенты а, и Ь„, вычисля- 1О ется периодограмма по отношению (3) над получением массивом S (k) произВ водят преобразование по кусочно-линейным функциям Уолша.

Из полученных N коэффициентов 15 оставляют первые 1, остальные отбрасывают и производят обратное преобразование в базисе кусочно-линейных функций Уолша над оставшимися коэффициентами. Тем самым, мы имеем оценку спектральной плотности мощности л

S (1) выходного процесса на границах заданных полос частот.

Преобразование сигнала в базисе кусочно-линейных функций Уолша можно 25 представить в виде е=

f(t) = с; P(i,t); (6)

;-о

f(t)P (i, с), (7) рр =o

I где P (i,t) — система дифференциальных функций Уолша.

Поскольку восстановление сигнала прОисхОДит пО 1 первым кОэффициентам следовательно, пределы суммирования в (6) устанавливаются от 0 до 1-1 использование функционального преобразования (6) и (7) позволяет получить кусочно-линейную аппроксимацию спект40 ральной плотности мощности S (1) вы1 ходного процесса, что приводит, в свою очередь, к повышению точности воспроизведения входного возбуждения

$ „(1) на вибростенде.

Режим управления использует управление, основанное на известном алгоритме стахастической аппроксимации, а именно, спектр входного процесса на (и+1)-й итерации вычисляется как

S (1) = SÄ(1) + q - ††- —, ТЧ(1)1 (8) где S (1) — заданный спектр плотности

)) мощно сти 55

SÄ(1) — входной спектр плотности мощности на п-й итерации;

Б (1) — выходной спектр плотности

3 мощности на и-й итерации; — в случае равномерного приближения;

n— — номер итерации.

В качестве SÄ(1) выбирают уровень

"белого шума", обеспечивающий минимальную разность дисперсий спектра выхода и спектра задания во всем диапазоне используемых частот.

В результате вычисления оценок получаем 1 отсчетов S " (1) спектра входного процесса. Причем S ""„ „(1) имеет смысл оценки спектральной плотности мощности на границах заданных полос частот. Для восстановления N

h+( отсчетов спектра S (1) необходимо произвести линейную интерполяцию на каждом -1-ом отрезке полосы частот (по р на каждом 1-ом отрезке), а именно

Sx (k) = S„(l) + (1 — 1р), (9)

Гk где 1 = — )- целая часть; р)

k=09N-1.

Полученные S"„ (k) являются исход- ной информацией для режима генерирования входного воздействия.

Устройство работает следующим образом.

На первом mare в блок 16 оперативной памяти вводятся значения Б„(1) уровня шума, которые далее выводятся на интерполятор 7,. где восстанавливаются отсчеты S„(k), перемножаемые со случайными фазами и подаваемые в процессор 9 обратного преобразования

Фурье. Коэффициенты Фурье (2) поступают в блок 17 оперативной памяти коэффициентов S„(k) входного процесса блока 7 сравнения спектров, а в блок

19 оперативной памяти коэффициентов

S„(k) выходного процесса поступает отклик системы на входное воздейст-. вие. Далее вычисляются амплитудно- частотные характеристики объекта

W(k) (4), которые сглаживаются (5), тем самым мы имеем оценку амплитудночастотной характеристики M(1). После осуществления кусочно-линейной аппроксимации функциональным преобразователем 5 пернодограммы (3) в блок 6 сравнения спектров вводится оценка спектральной плотности мощности выходного процесса и запоминается в

I 361504

30 блоке 18 оперативной памяти выходного процесса. В случае, если невязка

j S (1) — Б (1)(больше заданной по3 ф грешности, вычисляется новое значение 5 спектра входа (9), которое поступает на интерполятор 7 и далее на вибростенд. Таким образом контур управления замкнут. При условии, когда невязка меньше заданной погрешности, 10 поправка в (9) задается равной нулю, и на выход блока 6 поступает спектр и входа Б„(1). Работа устройства начинается с режима идентификации. Для этого в блок 16 оперативной памяти 15 входного спектра блока 6 записываются значения Б „(1) уровня "белого шума", вычисляются значения Чс„(з.), которые поступают далее в интерполятор 7, где восстанавливается спектр 20 входа (9). Цалее на выходе умножител.-. 8 формируются коэффициенты Фурье (2), которые поступают на третий вход блока 6 сравнения спектров, а также отображаются во временную об- 25 пасть в процессоре 9 обратного преобразования Фурье, на выходе которого имеем дискретные отсчеты стационарноro случайного процесса (1), подаваемые через цифроаналоговый преобразователь 1 на вибростенд 2.

С датчиков,. установленных на объекте . испытания, снимается отклик y(t), который преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму и поступает на вход процессора

4. В процессоре 4 вычисляется периодограмма (3), поступающая в функциональный преобразователь 5, а спектральные коэффициенты .а„ и b„ выход- 40 ного процесса поступают на первый вход блока 6 сравнения спектров.

Функциональный преобразователь 5 осуществляет кусочно-линейную аппроксимацию (6) — (7) периодограммы (3), 45 т,е. восстановленное (6) значение л

Б((1) дает оценку спектральной плотности мощности выходного процесса на границах заданных полос частот (фиг.3б), которая поступает на второй вход блока 6, в котором формируется оценка спектра входа ;;„(1).

Сформированная .оценка входа поступает на вход интерполятора 7, где происходит восстановление спектра входа.

После выполнения первой итерации, а именно вычисления оценки S>(k) спектра выхода по описанной процедуре, в блоке 6 формируется оценка спектра входного процесса второй итерации (8), в том числе, если вектор невяэки I Á (1) - Б (1)I > 1:, где с

Ф задаваемая погрешность. Если вектор невязки оказывается меньше E, то считается, что система вышла на рабочий режим. На этом процесс настройки закончен и можно переходить к режиму виброиспытаний, т.е. на вход и вибростенда подает Б „(Е).

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность воспроизведения на вибростенде реальных вибраций за счет кусочнолинейной аппроксимации исходной спектральной, плотности мощности, что не позволяет делать известное устрой- . ство. Кусочно-линейное представление спектров позволяет при одной и той же точности задания с кусочно-постоянным спектром сократить объем обрабатываемой информации почти в 3 раза, что приводит к сокращению времени обработки информации на каждой из итераций, и в конечном итоге сократить время выхода системы на рабочий режим.

Формула изобретения

Устройство для управления динамическими испытаниями, содержащее генератор фазы, выход которого через последовательно соединенные умножитель, процессор обратного преобразования Фурье, цифроаналоговый преобразователь, вибростенд, аналого-цифровой преобразователь, процессор прямого преобразования Фурье подключен к первому входу блока сравнения спектров, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышение точности воспроизведения вибраций, введены интерполятор и функциональный преобразователь, вход которого под-. ключен к выходу процессора прямого преобразования Фурье, а выход — к второму входу блока сравнения спектров, соединенному третьим входом с выходом умножителя, а выходом— через интерполятор с вторым входом умножителя.

1361504

Заказ 6281/46

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Пцректная,4

Составитель В.Башкиров

Редактор О.Головач Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

$l

I

I

I !

1

1