Способ испытания изделий на случайную вибрацию и многоканальное устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике автоматизации управления спектральными характеристиками Бибровоздействия и может быть использовано в различных отраслях промышленности, выпускающих изделия, подверженные воздействию вибраций в процессе эксплуатации. Цель изобретения - расширение класса испытуемых изделий и повышение качества виброиспытаний, - достигается путем принципиальной возможности воспроизведения взаимной спектральной плотности векторных вибропроцессов на выходе изделия с перекрестными связями. Сигнал генератора 1 белого шума проходит режекторные фильтры 4, 5, суммируется с гармоническим сигналом, поступающим от генератора 7, и подается на компонентный сумматор 9, на выходе которого формируется входной сигнал изделия 21 первой компоненты с требуемой спектральной плотностью. Выходной сигнал обшего канального сумматора 16 поступает на компонентный сумматор 20, на выходе которого формируется входной сигнал изделия 21 второй компоненты с требуемой спектральной плотностью. Измеряемые датчиками 22, 23 ускорения вибросигналы первой и второй компоненты поступают на спектроанализаторы 24, 25, 26, 27 каждой компоненты. Полосы пропускания анализаторов меньше полос пропускания режекторных фильтров, вследствие чего каждый спектроанализатор выделяет только детерминированную гармоническую составляюшую, в результате отпадает необходимость в осреднении шумового сигнала 2 с. п. ф-лы, 2 ил. (/ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 G 01 М 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С

Я:. л

Ж

С2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2! ) 3974247/24-28 (22) 04.11.85 (46) 15.05.88. Бюл. № 18 (71) Институт кибернетики им. В. М. Глушкова (72) С. В. Абрамович, В. А. Климантов, Б. А. Кораблев, В. M. Кунцевич, С. P. Райхман и Ф. Ф. Федоренко (53) 620.178.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1093934, кл. G Ol М 7/00, 1984. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЯ

НА СЛУЧАЙНУЮ ВИБРАЦИЮ И МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике автоматизации управления спектральными характеристиками вибровоздействия и может быть использовано в различных отраслях промышленности, выпускающих изделия, подверженные воздействию вибраций в процессе эксплуатации. Цель изобретения расширение класса испытуемых изделий и повышение качесi ва виброиспытаний, — достигается путем принципиальной возможности

„„SU,„, 1395969 A 1 воспроизведения взаимной спектральной плотности векторных вибропроцессов на выходе изделия с перекрестными связями. Сигнал генератора 1 белого шума проходит режекторные фильтры 4, 5, суммируется с гармоническим сигналом, поступающим от генератора 7, и подается на компонентный сумматор 9, на выходе которого формируется входной сигнал изделия 21 первой компоненты с требуемой спектральной плотностью. Выходной сигнал общего канального сумматора 16 поступает на компонентный сумматор 20, на выходе которого формируется входной сигнал изделия 21 второй компоненты с требуемой спектральной плотностью. Измеряемые датчиками 22, 23 ускорения вибросигналы первой и второй компоненты поступают на спектроанализаторы 24, 25, 26, 27 каждой компоненты. Полосы пропускания анализаторов меньше полос пропускания режекторных фильтров, вследствие чего каждый спектроанализатор выделяет только детерминированную гармоническую составляющую, в результате отпадает необходимость в осреднении шумового сигнала

2 с. п. ф-лы, 2 ил. (3!)5!)6!1

H;3<)nj)oT<. iIite oTHocItтся i< Г(.) пик« 113 Г()clTIi3c1llllll X ПР(!(3ЛСНИЯ Il(. h f Pill>l÷ ifX<1рактсристикIX O l Р<1 СГ! и Х

1!POP}1>lill.1СИП0С! И, tfhf ttX CK<«tOIII(ff X И.3 (С.}ИЯ, ll() (1«ржснныс Воз ьси(.твик> 1311()p

l(CСE (. iiOPXi H, li>ilO1i ЭК(ll,з) <1 Г<1 lilt !1.

Пег}ь изобр<тсния раси}ирсllltc к,!Исса

ИС(! l>l )(<М I>! X 1! 3 Ц(Х11}И И 110131>1(II E

Виброиспытаний за счет возможности восi1ðoHçâå (åHI3я взаимной спектральной плот«)E Tii BE Кт()PlihlX 13I!<)Pot! POI(CÑÑ()13 11<1 В IX() It) изделия с перекрестными связями.

На фиг. 1 изображена структурная

<, хема многoKBHB

I )ествления предлагаемого способа; на

: иг. 2 эпюры напряжений гс нсратора белого шума, формиру}ощего фильтра, пер(ого и второго режекторных фильтров, (умматоров первой и второй компон 1IT 0()t3(åã0 для каналов сумматора второ« ком-!

)оненты.

Многоканальное устройство включает в ебя общие для всех каналов генераторы 1

2 белого шума, выходы каждогo из ко. орых подключены к входам параллельно оединснных Iio входам и Bt>lxo,ьам частотых каналов прямой цепи замкнутой сис |åxfhI. Каждый такой канал 1}ервой компоненты содержит последователь}!О сосди()е}!ныс формирующий фильтр 3, режскторйые фильтры 4 и 5, канальный сумматор 6, K ВТОРОМУ ВХОД ) KOTOPOI ПО.(К, I tO×OIi ВЫxo. (I <)l«ра Гор 7 Hàðìîíè«cci

о)г с в<оду общсго, ля всех каналов компонентного суммато(а 9. Такой же канал второй компоненты

<)одержит последовательно соединенные фор}((ирующий фильтр (0, рсжекториыс фильтры

11 и 12, канальный сумматор 13, к второму

13 х Од У к От О Р О ГО ! О \ к, Io ч B H В ь} х 0 д 10 п О л н иТельного генератора 14 гармонического curf)Bëà, первое звено 15 с регулируемым коэффициентом передачи, общий канальный

< .умматор 16, второй вход которого под<, осдинен к второму звену 17 с регулируемым коэффициентом передачи, соединенному своим входом с выходом каца,.}ьного сумматора 6, управляемый фазовращатель 18 и регулятор 19 собственной спектральной плотности, выход которого подсоединен к входу

Общего для всех кана10B ком}!Онентного сумматора 20. Выходы компонентных сумх(аторов 9 и 20 соединены с входами изделия 21 по первой и второй компоненте соответственно, а выходы изделия 21 iko первой и второй компоненте через датчики 22 и 23 ускорения подключены к параллельно соединенным для всех каналов каждой компоненты входам основных 24 и 26 и вспомогательных 25 и 27 спектроанализаторов. Выходы основных спектроанализат(оров 24 и 26 подсоединены к информационным входам регуляторов 8 и 19

< O()E I l3< if i! })i Х < !(СК ГР}1. I l>!i l)i X li, 10 Г iit )< I < И,;1 Г(l h.

)К< tl<)P

If 2() к 1« рвьl.} 13 )д;Iч )ft«)ill} l (ll>ill>ix б. Iокон 30 )3. К в Горl>l )1 ix() (;! )! %} l t(>i«it тс il>ili)iX блоков 33 и 30 II(),(f(if!<)l <ч!иФ lзныс Б!)!ходи} псрног() 25 ii Ilт()р<)! 0 2/

В< 110 XI OI iX E. Il<. KT()0

Вгорым Вх(>дам множительных б i<)h<»3 32 и 31 по,(кл}очспы ква дратурныс 13ыхо,(ы э Гllx жс спсктро ftiализаторов 2;) и 27. Е3!)}хо.(1! м!«>жиTС.}ьныx блоков 30 и 33 ii(>,(сос,(иi«. Иы к Входам сумматора 34 сигна IOB о<>ра r1!0! связи Но i%f0, (у, IK) вз;}и мной сп<. кз р;! I I>

ИОЙ п. (отности, Bt>ixo, (кОтОРОГО со< little« (.

I l () р 13 ы м В х 0;(О м э, i c х! (.) и т блока 36, а выход через д<я}олцитсльный усилитель 37 обратной связи к E"ilpBBЛя}ОП(СМ) ВХОду Bt)Bile! 17 C p(. Г<,tit(iX )it>tXI коэффициентом перс;(ачи. Лналогll lllo ill lxoды множительных блоков 32 и 31:н>дклк>чецы к входам сумматора 38 си!"}а.}ов 0()Р а Т 110 И С В >! 3 I! 110 а Р Г У М <. I Г У В: 3 с! 11 М I ) () Й

С fteKTP1 ХОД K<>TOPO I O Ч(. рез усилитель 39 обратной связи Ito.(t фазоврап!Втс.}я 18. Выход первого про}рамм}}0задающсгÎ блока 40 подсосди}}сн к управляющему входу первого зв(па 15 с p()гулируемым коэффициентом передачи, а Выход второго программно-задающего блока 41

ПОДСО(.. (ИН(Н К <)ПРаВЛЯЮП(ИМ 13XO;1<1 Õ1 !3ТОРОГО

28 и третьего 29 фазовращатслсй.

Способ за кл ю а(.тс<я В тОМ, !To В к а )и— тый из сумм ируемы х узкопо Oct!i>ix H Корр<лировапных случайных си: HBëîB,(o суxlмирования вводят дстсрминированиыс гармонические составляющие с различными частотами, изменяют их амплитуды Ilpo110piiионально соответствующим Весовым коэффициентам узкополосных нскоррс i«poBafi»»ix cлучайных сигналов на входе об.ьскта, выделяют все гармонические составляющие из 131 ixo I,— ного сигнала объекта каждой узкой полосы каждой компоненты и формируют из них сигналы обратной связи для управления как собственной спектральной плотностью, так и модулем и аргументом взаимной спектральной плотности вибропроцесса на выходе обьекта с неизвестными параметрами. При этом сигнал обратной связи для управления взаимной спектр(}ль}}ОЙ плотностью формируют путем перемножения между собой амплиту.< совпадающих i!o частоте выходных гармонических сигналов всех компонент, а результаты перемножения суммируют.

Многоканальное устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал !Внсратора 1 ослого шума первой компоненты поступает на формирующий фильтр 3 с прях}оугольной частотной характеристикой. Выход}}ой случайный узкополосный сигнал фильтра 3 прок<)д}ГГ !inc,}с. (0131!Тельно чср< 3 рсжскторныс

1395969 фильтры 4 и 5, подавляющие прохождение этого сигнала в полосах заграждения, которые существенно меньше полосы пропускания формирующего фильтра 3 и не пересекаются между собой (эпюры частотных характеристик на фиг. 2). Выходной шумовой сигнал второго режекторного фильтра 5 суммируется в канальном сумматоре 6 с поступающим от генератора 7 гармоническим сигналом, частота которого совпадает с центральной частотой первых режекторных фильтров 4 и 11. Полученный суммарный узкополосный сигнал через регулятор 8 собственной спектральной плотности поступает на компонентный сумматор 9, на выходе которого формируется широкополосный входной сигнал изделия 21 первой компоненты с требуемой спектральной плотностью. Выходной сигнал канального сумматора 6 поступает также через второе, звено 17 с регулируемым коэффициентом передачи на общий канальный сумматор 16, где он суммируется с прошедшим через первое звено 15 с регулируемым коэффициентом передачи выходным сигналом режекторного фильтра 12 второй компоненты, сформированным как и сигнал на выходе режекторного фильтра 5 первой компоненты.

Отличие заключается только в том, что частота выходного сигнала генератора 14 совпадает с центральными частотами вторых режекторных фильтров 5 и 12 и отличается от частоты выходного сигнала генератора 7. Выходной сигнал общего канального сумматора 16 через управляемый фазовращатель 18 и регулятор 19 собственной спектральной плотности поступает на компонентный сумматор 20, на выходе которого формируется широкополосный входной сигнал изделия 21 второй компоненты с требуемой спектральной плотностью.

Измеряемые датчиками 22 и 23 ускорения вибросигналы первой и второй компоненты поступают на основные 24 и 26 и вспомогательные 25 и 27 спектроанализаторы каждой компоненты. Полосы пропускания спектроанализаторов меньше полос пропускания режекторных фильтров, вследствие чего каждый спектроанализатор выделяет только детерминированную гармоническую составляющую и отпадает необходимость в осреднении (фильтрации) шумового сигнала. Частота настройки основного спектроайализатора 24 первой компоненты и вспомогательного спектроанализатора 27 второй компоненты совпадает с частотой выходного сигнала генератора 7, а частота настройки вспомогательного спектроанализатора 25 первой компоненты и основного спектроанализатора 26 второй компоненты— с частотой выходного сигнала генератора 14.

Полосы пропускания режекторных фильтров

4, 5, 11 и 12 намного меньше полосы частот, занимаемой узкополосным сигналом на выходе формирующих фильтров 3 и 10, вследствие чего введение режекторных филь5

55 тров не приводит к существенному искажению спектральной плотности указанных сигналов. При этом параметры выходного сигнала вспомогательного спектроанализатора 27 второй компоненты определяют весовой коэффициент включения узкополосного сигнала первой компоненты в суммарный выхбдной сигнал объекта второй компоненты с учетом перекрестной связи объекта от первой компоненты к второй, а параметры выходного сигнала вспомогательного спектроанализатора 25 первой компоненты определяют составляющую взаимной спектральной плотности, обусловленную узкополосным некоррелированным сигналом у,и наличием перекрестной связи в объекте со второй компоненты на первую. Выходные сигналы основных спектроанализаторов

24 и 26 в значительной части определяют собственные спектральные плотности первой и второй компоненты выходного сигнала объекта.

В каждом спектроанализаторе происходит выделение синфазной комплексной амплитуды (амплитуды а и начальной фазы

<р А. = а ° е " ) гармонического сигнала соответствующей частоты и квадра тур ной комплексной амплитуды (амплитуды а и начальной фазы р, сдвинутой на †) (Ч + /2)

А . = ае, что необходимо для определения обоих указанных параметров а и ср. В результате перемножения синфазных составляющих выходных сигналов спектроанализаторов 24 и 27 в множительном блоке 30, а спектроанализаторов

25 и 26 — в множительном блоке 33 и суммирования выходных сигналов этих множительных блоков на выходе сумматора

34 должен формироваться сигнал Р, пропорциональный действительной части взаимной спектральной плотности P =

= к- Ке(Я ). Аналогично в результате перемножения синфазных составляющих выходных сигналов спектроанализаторов 24 и

26 с квадратурными составляющими выходных спектроанализаторов 27 и 25 в множительных блоках 31 и 32 соответственно и сложения результирующих сигналов на выходе сумматора 38 должен формироваться сигнал Р пропорциональный мнимой части взаимной спектральной плотности: Рг =

= KImjSI2) Однако синфазные составляющие выходных сигналов спектроанализаторов 24 и 26 пропущены в устройстве через управляемые фазовращатели 28 и 29, обеспечивающие сдвиг указанных сигналов по фазе на величину аргумента 0 взаимной спектральной плотности, задаваемого от второго программно-задающего блока 41.

Вследствие этого выходные сигналы сумматоров 34 и 38 оказываются смещенными на величину 0:

J g

Ф

Pi = Pie . = k (Sig) cos (Π— 0;

Р = Рге = k (Я г ) sin (Π— 0), 1395969

Формула изобретения где Π— аргумент взаимной спектральной плотности на выходе объекта.

Если О = О, то выходной сигнал сумматора 38 равен нулю, à его отклонение от нуля используется для управления с помощью усилителя 39 обратной связи и управляемого фазовращателя 18 аргументов взаимной спектралъной плотности. При этом же условии О = 0 выходной сигнал сумма, тора 34 оказывается пропорциональным модулю взаимной спектральной плотности, а его отклонение от задаваемого с помощью третьего программно-задающего блока 36 требуемого значения модуля взаимной спек тральной плотности используется как ошибка, отклонения (на выходе элемента 35 сравнеi ния) для управления этим модулем (с по мощью усилителя 37 обратной связи и второго звена 17 с регулируемым коэффициен том передачи).

1. Способ испытания изделий на случайную вибрацию, заключающийся в том, что узкополосные входные случайные сигналы формируют в виде суммы некоррелированных случайных сигналов, весовые коэффициенты которых изменяют в соответствии с за: данной программой, в каждый суммарный

,узкополосный сигнал на входе испытуемого изделия вводят гармоническую составляющую, которую выделяют из выходного сиг, нала испытуемого изделия каждой компо; ненты, и используют ее амплитуду, а так,же сдвиг фаз между гармоническими сос тавляющими для формирования сигналов„ изменяющихся пропорционально собственной сяектральной плотности и аргументу взаимной спектральной плотности вибрации испытуемого изделия и воздействующих на дисперсию узкополосных сигналов и фазовый сдвиг между компонентами вибросигнала на входе испытуемого изделия, отличающийся тем, что, с целью расширения класса испытуемых изделий и повышения качества виброиспытаний„в каждый из суммируемых узкополосных некоррелированных случайных сигналов отдельных компонент до суммирования вводят детерминированные гармонические сигналы различных частот, изменяют их амплитуды, весовые коэффициенты, с которыми они суммируются, и фазовые сдвиги между ними пропорционально требуемым среднеквадратичным значениям узкополосных случайных сигналов на входе испытуемого изделия, степени их корреляции и фазовым сдвигам между этими узкополосными сигналами с IIQMolll,üþ сигналов управления, которые получают в результате сравнения заданной программы и сигналов, изменяющихся пропорционально собственной и взаимной спектральной плотностям вибрации испытуемого изделия, для получения которых используют амплитуды, на25

55 чальные фазы и частоты всех гармонических составляющих, которые выделяют из узкой полосы соответствующей компоненты выходного сигнала испытуемого изделия, сигналы, изменяющиеся пропорционально взаимной спектральной плотности выходного процесса, формируют путем перемножения между собой комплексных амплитуд совпадающих по частоте выходных гармонических сигналов всех компонентов, результаты перемножения суммируют и из полученной комплексной величины выделяют модуль взаимной спектральной плотности (ВСП) для управления весовыми коэффициентами, с которыми суммируются некоррелированные узкополосные случайные процессы, и аргумент ВСП для управления фазовыми сдвигами между этими процессами.

2. Многоканальное устройство для испытания изделий на случайную вибрацию, включающее в себя общие для всех каналов два генератора белого шума, каждый из которых подсоединен своим выходом к параллельно соединенным по входу канальным формирующим фильтрам соответствующей компоненты, генератор гармонического сигнала, два звена с регулируемыми коэффициентами передачи, подсоединенные своими выходами к входам общего канального сумматора, два управляемых фазовращателя, канальные регуляторы собственных спектральных плотностей, сигнальный вход одного из которых через первый управляемый фазовращатель соединен с выходом общего канального сумматора, а выходы обоих соединены с канальными входами соответствующих компонентных сумматоров, подключенных своими выходами к входам первой и второй компонент испытуемого изделия, два основных спектроанализатора, подключенных своими входами через датчики виброускорений к выходам первой и второй компонент испытуемого изделия, а канальными выходами — к информационным входам регуляторов собственных спектральных плотностей соответствующих каналов каждой компоненты, множительный блок, один из входов которого через второй управляемый фазовращатель подсоединен к канальному входу первого основного спектроанализатора, три программно-задающих блока, выход первого из которых подсоединен к управляющему входу первого звена с регулируемым коэффициентом передачи, а выход второго программно-задающего блока — к управляющему входу второго управляемого фазовращателя, усилитель обратной связи, подключенный своим выходом к управляющему входу первого управляемого фазовращателя, отличающееся тем, что, с целью расширения класса испытуемых изделий и повышения качества виброиспытаний, оно содержит дополнительный генератор гармонического сигнала, подключенные к каждому канальному входу формирующего фильтра обеих компонент последовательно соединен1395969

Составитель f(. Та алин(>в

Релак >р Л. Ревин Техрел И. Верее Корр< ктоГ> I1. Кор<>.>ь

Закан Г. )72>41 Тираж 847 (Iо.i(\ «<>å

I3f f H Hf1H Госуларственного комитета <1СГ.Р по,и.>;<;: ин(>6Г>етений и о> кГ>ь>той

I 13035, Москва. Ж вЂ” 35. f><» >нская и;>и, .ь 4,>

IlI>(>lIíâîëñòâ IIH<>-иолиграфи1еское ирелприятие, г. Уr> l(>р<>л. (I f f>(>< ктная, 4 ные два режекторных фильтра и канальный сумматор, второй вход которого подсоединен к выходу соответствующего генератора гармонического сигнала, а выход к входу соответствующего звена с регулируемым коэффициентом передачи, два дополнительных спектроанализатора, входы которых подключены к датчикам вибросигна loe, три дополнительных множительных блока, сумматор сигналов обратной связи по моду-. лю взаимной спектральной плотности, входы которого соединены с выходами основного и первого вспомогательного множительных блоков, элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом этого сумматора, а второй — — с выходом третьего программHQ-задающего блока, дополнительный усилитель обратной связи, подключенный своим входом к выходу элемента сравнения, а выходом — к управляющему входу второго звена с регулируемым коэффициентом передачи, сумматор сигна lof3 об- 2О ратной связи по аргуменгу взаимной спектральной плотности, входы которого подключены к выходам второго и третьего дополнителг.ных мгюжитсльных блоков, и выxone, — v, Bxo. 1x х <: Il,1>IT< . 1Я обРатноЙ BH 3II, дополнительный управляемый фазовращатель, сигнальный вход которого соединен с выходом второго основного спектроанализатора, управляющий вход — с Bblxo;Ioxl второго программно-задающего блока, а выход — с входа м и, первого и второго .<ополнительных множительных блоков, при этом вход второго звена с регулируемым коэффициентом передачи соединен с входом канального регулятора собственггой спектральной плотности, выход второго управляемого фазовращателя соединен с первым входом третьего дополнительного множительного блока, второй вход которого соединен с квадратурным выходом второго дополнительного спектроанализатора, второй вход основного множительного блока соединен с спнфазным выходом этого жс спектров пал пзатора, вторые входы псрвоп> и второго дополнительных множительных блоков соединены соответственно с синфазным и квадратурным .;ыходами первого дополнительного спектроанализатора.