Итерационный способ управления испытаниями изделия на случайную вибрацию и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях на случайную вибрацию. Цель изобретения - увеличение скорости и точности вывода изделия на заданный режим колебаний путем использования для коррекции сигнала возбуждения оценки передаточной функции тракта возбуждения и эталонного спектра. Для коррекции сигнала возбуждения последующей итерации вычисляют среднюю по всем итерациям оценку передаточной функции тракта возбуждения, для чего используют оценку спектра сигнала колебаний изделия. Спектр сигнала возбуждения вычисляют как отношение эталонного спектра к средней по всем итерациям оценке передаточной функции тракта возбуждения. В блоке 1 памяти запоминаются отсчеты спектра для каждой итерации. Цифровой синтезатор 2 формирует коды отсчетов случайного сигнала, которые цифроаналоговым преобразователем преобразуются в возбуждающий электрический сигнал. Вибродатчик 5 с аналого-цифровым преобразователем преобразует колебания изделия в коды электрического сигнала колебаний изделия. Анализатор 6 спектра вычисляет спектр плотности мощности электрического сигнала обратной связи. Первый сумматор 7, первый блок 8 деления, второй сумматор 9, второй блок 10 деления, умножитель 11 вычисляют спектр сигнала возбуждения для следующей итерации. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 M 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ иг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР (21) 4394769/24-28 (22) 21.03.88, "6) 07.06.90. Бюл. = 21

72) В. Б. Дрыжак

;53) 620.178.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1045038, кл. G 01 M 7/00, 1982. (54) ИТЕРАЦИОННЫЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ

ИСПЫТАНИЯМИ ИЗДЕЛИЯ НА СЛУЧАЙНУЮ ВИБРАЦИЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях на случайную вибрацию. Цель изобретения — увеличение скорости и точности вывода изделия на заданный режим колебаний путем использования для коррекции сигнала возбуждения оценки передаточной функции тракта возбуждения и эталонного спектра. Для коррекции сигнала возбуждения последующей итерации вычисляют среднюю по всем итерациям оценку передаточной функции тракта возбужде„.80„„1569638 А 1

2 ния, для чего используют оценку спект ра сигнала колебаний изделия. Спектр сигнала возбуждения вычисляют как отношение эталонного спектра к средней по всем итерациям оценке передаточной функции тракта возбуждения. В блоке 1 памяти запоминаются отсчеты спектра для каждой итерации. Цифровой синтезатор 2 формирует коды отсчетов случайного сигнала, которые цифроаналоговым преобразователем преобразуются в возбуждающий электрический сигнал.

Вибродатчик 5 с аналого-цифровым преобразователем преобразует колебания изделия в коды электрического сигнала колебаний изделия. Анализатор 6 спектра вычисляет спектр плотности мощности электрического сигнала обратной связи. Первый сумматор 7, первый блок 8 деления, второй сумматор

9, второй блок 10 деления, умножитель 11 вычисляют спектр сигнала возбуждения для следующей итерации.

2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1 569638

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях на случайную вибрацию.

Цель изобретения — увеличение скорости и точности вывода изделия на заданный режим колебаний, достигается тем, что для коррекции сигнала возбуждения используют оценку передаточной функции тракта возбуждения и эталонный спектр.

На фиг. 1 представлена Функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Устройство, реализующее способ, содержит последовательно соединенные блок 1 памяти, цифровой синтезатор 2, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)

3 и возбудитель 4 колебаний, последо- вательно соединенные вибродатчик 5 с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), анализатор 6 спектра и первый

1 сумматор 7, первый блок 8 деления, к входу делимого которого подключен выход первого сумматора 7, второй сумматор 9, к первому входу которого подключен выход первого блока 8 деления, второй блок 10 деления, к входу дели- 3р теля которого подключен выход второго сумматора 9, умножитель 11 выхода которого подключен к входу делимого второго блока 10 деления, задатчик 12 ,спектра, выход которого подключен к вторым входам первого 7 и второго 9 сумматоров и к первому входу умножителя 11, счетчик 13 итераций, выход которого подключен к входу делителя первого блока 8 деления, синхрониза- 40 тор 14, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к первому входу блока 1 памяти, к вторым входам цифрового синтезатора 2, анализатора

6 спектра, к первому входу задатчика

12 спектра и к входу счетчика 13 итераций, к второму входу блока 1 памяти подключен выход второго блока 10 деления, к третьему входу блока 1 памяти подключен выход задатчика 12 спектра, второй вход которого является входом устройства, второй выход блока 1 памяти подключен к второму входу умножителя 11.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В качестве начального приближения спектр для первой (и = 1, где и — номер итерации) итерации спектра $ н(п) сигнала возбуждения может быть выбран любым отличным от нуля. В частности можно положить его равным эталонному спектру или выбрать, исходя из апри» орных сведений о передаточной функции тракта .возбуждения. Возбуждают колебания изделия с выбранным спектром

S„(n), регистрируют колебания изделия преобразуют их в электрический сигнал и определяют спектр $ (n) полученного сигнала. Средняя по всем, до

n + 1-й, где п 1, итерациям оценка

K(n + 1) передаточной функции тракта возбуждения для каждой частотной полосы управления определяется выражением

К(п+1) = ) 1- 4(п)1К(п) + 04(п)$ (и)/, /$Н (n) где K(n) — оценка передаточной функции тракта возбуждения по всем итерациям до и-й включительно; ф.(n) — коэффициент усреднения.

Отношение S (n)/S„(п) представляет собой оценку передаточной функции в спектральной области для и-й итерации е

Спектр $, (и + 1) сигнала возбуждения для п + 1-й итерации формируется по зависимости

$ (и + 1) = S/Ê(ï + 1), где S — эталонный спектр плотности мощности.

При этом всегда на начальном этапе управления g,(n) = 1/п, начиная с некоторой итерации g(n), может быть зафиксировано или изменяться в зависимости от текущей погрешности управления.

Для обеспечения слежения управления за изменением характеристик иэделия коэффициент Q(n) усреднения должен фиксироваться, причем величина его характеризует скорость сходимости контролируемого спектра к эталонному и выбирается исходя из того, что время выхода на режим должно быть меньше харак терно го в рем ен и э тих изменений .

Скорость сходимости зависит не от номера итерации как такового, а от значения оС (п), и если K(n) фиксировано, скорость сходимости также фиксирована. При этом погрешность управления

5 15 перестает уменьшаться и также фиксируется на определенном уровне.

Для обеспечения адаптивного управления коэффициент усреднения вычисляют по формуле выходе появляются коды, которые характеризуют.все составляющие.спектрй

S (I) сигнала колебаний изделия первой итерации. Затем с момента времени t по момент t осуществляется алб 9 горитм управления данной итерации.

В момент t с задатчика 12 считы- вается значение первой частотной составляющей спектра-эталона и параллельно поступает на первый вход блока

11 умножения, вторые входы сумматоров

9 и 7. Одновременно на первый вход сумматора 7 подается значение первои частотной составляющей S (I) сиги -. — . колебаний изделия с выхода анализ=:-::— ра 6 спектра. Разностный код с выхода .сумматора 7 делится блоком 8 деления на номер текущей итерации с выход:.

20 счетчика 13 итераций и подается на первый вход сумматора 9, где суммир -ется со значением кода первой частотной компоненты спектра эталона и по— ступает на вход делителя блока 8 де-.

25 ления. Одновременно производится сч1тывание из блока 1 памяти кода пе-,.-= . вой частотной компоненты сигнала в збуждения, и в блоке 11 умножения вычисляется произведение этого кода .; код первой частотной составляющей спектра S эталона, которое подается на вход делимого блока 8 деления. Частное от деления является кодом первой частотной компоненты сигнала нагруже35 ния для следующей итерации. В момент времени Е7 этот код записывается в блок памяти на место кода первой ча-стотной компоненты сигнала нагружения текущей итерации.

Процесс вычисления всех оставшихся частотных компонент сигнала нагружения следующей итерации протекает, аналогично с момента времени t по мо-

6 мент t ° В момент t o происходит наращивание счетчика 13 итераций на единицу и весь процесс повторяется.

Запрещая, начиная с некоторой итерации, наращивание счетчика .13 итераций, можно перейти в режим, при котором осуществляется слежение за возможным изменением параметров испытуемого объекта по времени.

Синтезатор 2 работает на базе обратного преобразования Фурье с исполь55 зованием метода Райса-Пирсона получегде г — средний по всем частотным

Оп компонентам квадрат относительного уклонения спектра

S (n) колебаний иэделия от сйектра S эталона.

Предлагаемый способ позволяет вести управление и в тех случаях, когда оценка спектра S (n) колебаний изделия не является состоятельной, напри" мер, если она для каждой итерации вычисляется как периодограмма одной единственной выборки сигнала колебаний иэделия, что позволяет сократить время выхода на режим колебаний с заданным эталонным спектром за счет уменьшения точности получения оценок спектра S о(п) колебаний изделия на каждой итерации. Это дает возможность строить эффективные системы управления с использованием процессора БПФ, или аналогичных цифровых устройств.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Предварительно в задатчик 12 спектра за время от t до t, .(фиг.- 2) под управлением синхронизатора 14 загружается массив отсчетов эталонного спектра S, после чего этот массив за время от t до t> переписывается в блок 1 памяти в качестве спектра

S (I) сигнала возбуждения первой итео рации, после чего счетчик 13 итераций обнуляется и устройство начинает свою работу.

В момент времени t. по сигналу от синхронизатора 14 счетчик 13 итераций наращивается на единицу, значения спектра сигнала нагружения поступают на вход синтезатора 2, который формирует последовательность значений временной функции сигнала возбуждения, подаваемого через цифроаналоговый преобразователь 3 на вход возбудителя

4 колебаний. Сигнал с вибродатчика 5 с аналого-цифровым преобразователем преобразуется в код, который поступа ет на вход анализатора 6 спектра. По истечении времени t< анализа на его

69638 6 ния сигнала с заданным спектром плотности мощности.

Анализатор 6 спектра работает на основе метода БПФ и вычисляет текущую оценку спектра плотности мощности . спектра сигнала обратной связи.

1569638 тивного управления, коэффициент oC(n) усреднения вычисляют по формуле.

Фо рмула изобретения

К(п + 1) 51 — К(п))К(п) +

k(n)So(n) lS (n)

Где K(n) - оценка передаточной функции трак та воз 6уждения по всем, до и-й включительно, итерациям, А;(п) — коэффициент усреднения, а спектр 8,(п + 1) сигнала возбуждеНия для (n 4 I)-й итерации формируют по зависимости

SÍ(n+ 1) - SlK(n+ 1)9

40 где S - эталонный спектр колебания изделия.

2, Способ по п. 1, о тлич аю щ .и Й с я тем, что коэффициент е (п) усреднения вычисляют по формуле

<(n) 1/и, 3. Способ поп. 1, о тлич аю щ и Й с я тем, что с целью слеже- 50 иия за изменением вибрационных харакг теристик изделия, выбирают постоянное значение коэффициента п (п) усреднения.

4. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью адап1. Итерационный способ управления испытаниями изделия на случайную вибрацию,. заключающийся в том, что воз буждают колебания изделия сигналом 10 возбуждения .с известным спектром

Ф

8 „(и) для и-Й итерации управления, де и 1 - номер итерации, регистрируют колебания изделия, преобразуют их в электрический сигнал и определяют15 спектр Я (n) полученного сигнала, формируют спектр S,(п + 1) -сигнала возбуждечия колебаний изделия для (п +

+ 1).-й итерации управления,. о т л ич а ю .шийся тем, что, с целью 20 повьппения скорости и точности вывода иэделия на заданный режим. колебаний, вычисляют среднюю по всем, до (п +

+ 1)-Й включительно, итерациям оценку

K(n + 1) передаточной функции тракта 25 возбуждения по формуле

ot,(n) где — средний по всем частотным компонентам квадрат относительного уклонения спектра

so(ï) от спектра s эталона.

5. Устройство для управления испьг

Ф таниями изделия на случайную вибрацию, содержащее последовательно соединенные блок памяти, цифровой синтезатор, цифроаналоговый преобразователь и воэбудитель колебаний, последовательно соединенные вибродатчик с аналого-цифровым преобразователем, анализатор спектра и первый сумматор, задатчик спектра, синхронизатор, второй сумматор, первый, второй, третий и четвертый выходы синхронизатора подключены соответственно к первому входу блока памяти, к вторым входам цифрового синтезатора, анализатора спектра и к первому входу задатчика спектра, второй вход которого является входом устройства, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости и точности вывода иэ-. делия на заданный режим колебаний, оно снабжено счетчиком итераций, вход которого подключен к пятому выходу синхронизатора, первым блоком деления, вход делимого которого подключен к выходу первого сумматора, вторым блоком деления, вход делителя которого подключен к выходу второго сумматора, умножителем, выход которого подключен к входу делимого второго блока деления, выход счетчика итераций подключен к входу делителя первого блока деления, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход второго блока деления подключен к второму входу блока памяти, который выполнен с дополнительными третьим-. входом и вторым выходом, выход задат" чика спектра подключен к вторым входам первого и второго сумматоров, к первому входу умножителя и к третьему входу блока памяти, второй выход ко roрого подключен к второму входу умножи% еяя, 1 569638

Я

4с

Ю Ф 3

° Все ф ъ.э М в ц

Составитель В. Козлов

Редактор А. Шандор Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Заказ 1440 Тирам 440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101