Устройство формирования заданного спектра вибрации

 

Изобретение относится к виброиспытательной технике и может быть использовано для формирования заданного спектра вибрации в процессе внброиспытаний. Цель изобретения - повышение производительности виброиспытаний - достигается за счет автоматизации настройки коэффициента усиления , добротности и частоты формирующих фильтров путем реализации итерационного процесса настройки формирующих фильтров при помощи многопроцессорной системы в виде fl-процессора, выполняющей прямое и обратное дискретные преобразования урье в процесса настройки фильтров. 1 ил.

COOS СОВЕТСНИХ

ЮЦ

РЕСПУБЛИН

0l N 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЭОВРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

0РН ГННТ СССР

1 (2l} 4434165/?8 (2?) 30,05,88 (46} 15,05.91, Бюл, Р 18. (71} Казанский авиационный институт им. А.Н.Туполева (72) P.P.Файзуллин, И.З.Насырон и С.П.Чинякин (53) 6?1 317.39:531.7!7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР !

1- 107359?, кл. G 01 tt 7/00, !985.

Авторское свидетельство СССР

Р 1201708, кл, G 01 М 7/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЗАДАННОГО СПЕКТРА ВИБРАЦИИ (57) Изобретение относится к виброг

Изобретение относится к виброиспытательной технике и может быть использовано для формирования заданного спектра вибрации в процессе виброиспытаний.

Цель изобретения — повьппение производительности виброиспытаний за счет уменьщения времени определения параметров формирующих фильтров..

На чертеже приведена блок-схема устройства формирования заданного спектра вибрации.

Устройство содержит последовательно соединенные многоканальный формирователь спектра, каждый канал которого включает в себя источник 1 случайного сигнала, первый управляемый ключ

2, регулируемый по добротности и частоте полосовой фильтр 3, управляемый усилитель 4 и второй управляемый ключ 5, сумматор 6, вычитатель 7, усилитель 8 мощности, возбудитель 9

„„Я0„„1649342 A i

2 испытательной технике и может быть использовано для формирования заданного спектра вибрации н процессе виброиспытаний. Цель изобретения — повыщение производительности виброиспытаний вЂ,достигается за счет автоматизации настройки коэффициента усиления; добротности и частоты формирующих фильтров путем реализации итерационного процесса настройки формирующих фильтров при помощи многопроцессорной системы в виде Я -процессора, выполняющей прямое и обратное дискретные преобразования Фурье в про" цесса настройки фильтров, 1 ил. колебаний с установленным на его по- Cs движной части вибродатчиком 10, кнадратичный детектор l и делитель 12, к второму входу которого подключен генератор 13 функций, последовательно соединенные генератор 14 пилообразного напряжения, выход которого под- © ключен также к управляющему входу генератора 13 функций, генератор 15 гармонического сигнала и третий управляемый ключ 16, выход которого

Ю подключен к вторым входам вычитателя 7 и первого управляемого ключа 2 каждого канала формиронателя спектра, вычислительно-упранляющий блок (ВУБ) 17, с которым соединены управляющие входы первых ?. и нторых 5 управляемых ключей, полосовых фильтров

3, управляемых усилителей 4 формирователя спектра и третьего управляемого клича 16,, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 18, вход которо1649342

ro соединен с выходом делителя 12, а выход — с входом ВУБ 17, А-процессор, содержащий разделенное íà N локальных секций оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 19, управляющий процессорный модуль (ПМ) 20 который посредством магистрали данных магистрали адреса и магистрали управления соединен соответственно с ин- 10 формационным (И) адресным (А) и управляющим (У)"входами первой локальной секции ОЗУ 19 идентичные обрабативающие процессорные модули (IIN)

21.1-71.N выполненные каждый в виде 15 процессора 22, магистрального коммутатора 23 данных (ИКД) и магистрального коммутатора ?4 адреса, схему 25 сравнения кодов (ССК), схему 26 разделения сигналов (СРС), коммутатор 20

27, интеррейс 28 и генератор 29 тактовых импульсов, Устройство работает следующим Об" разом, Осуществляется загрузка управляю- 25 щей программы .и программы параллельного выполнения алгоритма прямого и обратного дискретного преобразования Фурье (ДПФ) в первую локальную секцию ОЗУ 19.из ВУБ !7 через интер- 30 рейс 28 ° В режиме "Настройка" все ключи, кроме 16, но команде ВУБ 17 замкнуты. Гармонический сигнал генератора

15 сканируется в рабочем диапазоне частот с помощью генератора 14 пилообразного напряжения и поступает через ключ 16 вычитатель 7, усилитель

8.мощности на вход возбудителя 9 колебаний. Механические колебания 40 . возбудителя 9 колебаний преобразуют ся в электрический сигнал установлен ным на изделии вибродатчиком 10> На выходе квадратичного детектора 11 будет периодический сигнал с периодом 4

Т, равным периоду генератора 14 пилообразного напряжения. Генератор 13 функций формирует сигнал с тем же периодом Т, по форме эквивалентный заданному спектру, Сигнал на выходе усилителя 8 после операции деления по форме соответствует форме спектра, который необходимо сформировать с помощью фильтров 3 для того, чтобы воспроизвести заданный спектр в контролируемой точке изделия. Далее этот сигнал поступает на АЦП 18, где он преобразуется в цифровую форму с частотой выборки, определяемой частотой, генератора 29. ВУБ

1 7 в определенные моменты времени осуществляет подключение АИП 18 к управляющему ПМ 2О..В результате выборка в виде цифрового кода, полученная с выхода АЦП 18, поступает на управляющий TtM 20 и далее в соответствии с управляющей программой рассылается в соответствующие локальные секции ОЗУ 19, организуя память данных (ПД) обрабатывающих

PX 21 по закону, заданному программНо. IIo окончанию приема выборки управляющий ПМ 20, обращаясь к ОЗУ 19, начинает выполнять БПВ-программу вычисления дискретного преобразования Фурье, Одновременно ССК 25 вырабатывается с выхода 1 сигнал, осуществляющий начальный запуск обрабатывающих ПМ 21, В соответствии с упомянутым алгоритмом команды as памяти команд (ПК)

ОЗУ 19 последовательно поступают на все ПИ 21, и все активные в данный момент времени ПМ 21 выполняют каждую иэ этих команд с данными, расположенными в локальных секциях ОЗУ 19.

Подробно это происходит следующим образом, В системе использована СРС

26 связана с управляющим ПМ. 20. Когда

ПМ 20 приступает к выполнению БПП)программы, он выставляет адрес памяти команд и формирует сигнал "Чтение памяти", который проходит через

СРС 26, разделяясь на два взаимоисключающих сигнала "Чтение команды" (выход 1) и "чтение данных" (выход 3, которые, проходя через коммутатор 27, управляют МКД 23 и ИКА 24 обрабатывающих ПИ 21, обеспечивая необходимое прохождение данных из ПК или as локальных секций ОЗУ 19. В результате по сигналу "Чтение команды" происходит переключение ИКД 23 на режим чтения команды из ПК, а так как все

ПИ 21 работают от одних и тех.же фаз

ГТИ 29 и подключены посредством МКД

23 к ПК ОЗУ 19, происходит.синхронный прием команды в них, По сигналу

"Чтение данных" ИКД 23 и ЯКА 24, ПИ 21 переключаются на режим "Чтение данньи" иэ соответствующих локальных секций ОЗУ 19, а сигналы с управляющего выхода IIN 21 управляют.направ" лением передачи этих данных, т;е. из ПИ 21 s ОЗУ 19 или наоборот Таким образом, ЯПШ-программа из ПК

ОЗУ 19 выполняется всеми процессо1649342 г,г.

Ь = ехр — — —.— - у

2Ь (2) ДЯ, Х да) К ехр, 2 „(р - ф)

Кг. ((4) ДИЕТ

2(Р- hô ) рами одновременно над различными данными, расположенными в секциях ОЗУ

19.

Пересылки. данных между секциямн

ОЗУ 19 осуществляются подключением управляя)щего ПИ 2О с "горизонтальной" адресацией внутри ОЗУ 19. На время выполнения подобных пересылок

ССК 25 вырабатывает на втором .выходе сигнал, переводящий обрабатывающие ПИ 21 в состояние ожидания, инициируя таким образом работу .то ПК, то упраиляющей программы, В результате над данными, предварительно распределенными в секциях ОЗУ 19 ПИ 28, осуществляется операция дискретного преобразования

Фурье (ДПФ) по формуле

Й1 . -" М 20

) N

Xð{i) =, X(п) е,I,(1)

6=0 где Х {1.) - коэффициенты ДПФ (i

1 =n)! э ° ° Ы)

Х (n) — периодическая последовательность с периодом в

N отсчетов (ци(1)ровой сигнал на выходе АПП 18), причем для осуществления этой операции достаточно иметь один период сиг30 нала на выходе делителя 1?, После параллельного вычисления коэффициентов ДПФ XI)(i) происходит их параллельное умножение в обрабатывающих процессорах на весовые коэф- 35 фициенты, т,е, и

Х (1)-Х (1-1)- — ——

К 2в (- *)

Х (1) -Х {1-2) — — — — ——

К

)27() -я ) где Х Р (1) — значение сигнала при Я©, Х (l-1) - значение сигнала при расс тройке х ДЯ,;

Х (1-2) — значение сигнала при

Р расстройке i hQ .

Таким образом, управляющий ПИ 20 в этот момент имеет информацию о средней частоте Я, полосе пропускания и коэффициенте передачи К первого канала формирователя спектра.

Зта информация, в соответствии с управляющей программой, через интеррейс где tl = 3р1415j

Я вЂ” параметры, предварительно распределенные в соответствующих локальных секциях памяти 19.

Весовые коэффициенты определяются формулой (?), так как квадрат мо,дуля АЧХ формирующих фильтров 3 достаточно точно описывается гауссовой кривой

2 к Ф вЂ” 1) о )

К (Я) = — --- ехр .д г где цо, 3 — средняя частота и полоса пропускания формирующих фильтров 3;

К вЂ” коэффициент усиления управляемых усилителей 4, В результате умножения будут получены новые (Q -преобразованные) коэффициенты ДЧФ Х 7(1) ° над которыми в соответствий с управляющей программой, производится операция обратного ДПФ по формуле н Юи

Х {и) = †.,0 Х (i) е (3) в результате которой получится Я "п1)еI

-образованная функция формируемого спектра, и которой выделена самая узкополосная компонента, Управляющий ПМ 20 по известным отсчетам сигнала Хо (п) вычисляет

) полосу пропускания Р формирующего фильтра 3 и коэффициент усиления К управляемого усилителя 4 первого канала формирователя спектра из системы уравнений:

?8 поступает в BYF 17. Он преобразует ее в, форму, необходимую для управления,,и устанавливают íà формирующем фильтре 3 и управляемом усилителе 4 первого канала формирователя эти параметры, устанавливает первый управляемый ключ 2 в первое положение и замыкает второй управляемый ключ 5 этого канала, что обеспечивает прохождение сигнала генератора 15 через канал и поступление его на второй вход вычитателя 7, Вычитатель 7 реа-.

1 49342 лизует исключение из формируемого спектра уже отрегулированную спектральную составляющую. Далее процесс настройки повторяется пока не буS

5 дет достигнута заданная точность формирования или все каналы формирователя спектра не будут настроены. Тогда блок 17 управления запирает ключ 16 и переводит управляемые ключи 2 во второе положение, включив, таким образом„ устройство в режим "Испытание".

Р режиме "испытание" сигналы источников случайного сигнала, пройдя каналы формирования спектра, суммируют- 15 ся на сумматоре 6. В результате на

его выходе будет сформирован сигнал возбуждения, который, пройдя вибротракт, реализует в контрольной точке изделия или подвижной части возбудителя 9 колебаний воспроизведение заданного спектра вибраций. формула изобретения

Устройство формирования заданного спектра вибрации, содержащее последовательно соединенные многока- нальный формирователь спектра, каждый канал которог6 включает в себя 30 источник случайного сигнала, первый управляемый ключ, регулируемый по добротности и частоте полосовой фильтр, управляемый усилитель и второй управляемый ключ, сумматор, нычитатель, усилитель .мощности, возбудитель колебаний с установленным на его подвижной части вибродатчиком, квадратичный детектор и делитель, генератор функций, подключенный к второму входу делителя, последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен также к управляющему входу генератора функций, генератор гармони- 45 ческого сигнала и третий управляемый ключ, выход которого подключен к вторым входам вычитателя и первого управляемого ключа каждого канала формирователя спектра, вычислительноуправляющий блок, с которым соединены управляющие входы первого, второго и третьего управляемых ключей, полосовых фильтров, управляемых усилителей формирователя спектра, и аналого-цифровой преобразователь, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цеа лью повищения производительности виброиспытаний, оно снабжено Я-процессором н виде состоящего из локальных секций оперативного запоминающего устройства, управляющего процессорного модуля, идентичных обрабатывающих процессорных модулей, выполненных каждый н виде процессора магистрального коммутатора данных и магистрального коммутатора адреса, схемой сравнения кодов, схемой разделения сигналон, коммутатором, интерфейсом и генератором тактовых импульсов, причем управляющий процессорный модуль посредством магистрали данных, магистрали адреса и магистрали управления соединен соответственно с информационным, адресным и управляющим входами первой локальной секции оперативного запоминающего устройства, схема разделения сигналов и схема сравнения кодов связаны между собой информационной ниной, которая подключена к магистрали данных управляющего процессорного модуля, первый и второй управляющие выходы которого

I соединены соответственно с первым и вторым входами схемы разделения сигналов, а третий управляющий вход управляющего процессорного модуля соединен с первыми входами локальных секций оперативного запоминающего устройства, первый и второй входы коммутатора соединены соответственно с первым и вторым входами схемы разделения сигналов, а третий и четвертый входы коммутатора соединены соответственно с вторым и третьим входами схемы сравнения кодов, первый и второй управляющие входы процессоров обрабатывающих процессорных моду лей связаны соответственно с первым и вторым выходами схемы сравнения кодов, первый порт магистрального коммутатора данных первого обрабатывающего процессорного модуля соединен информационной шиной с магистралью данных управляющего процессорного модуля, а первый порт магистрального коммутатора данных каждого из последующих обрабатывающих процессорных модулей соединен с третьим портом магистрального коммутатора данных предыдущего обрабатывающего процессорного модуля, второй порт каждого магистрального коммутатора данных подключен к магистрали данных сооТ ветствующего ему обрабатывающего процессорного модуля, четвертый порт каждого матистрального коммутатора

1649342

Составитель В.Николаев

Редактор М,Келемеш Техред Л.Олийнык Корректор ° РУч Р

А.Об а

Заказ 1515 тираж 363 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

,данных связан шиной данных с информационным входом соответствующей ему локальной секции оперативного запоминающего устройства, первый управляющий вход каждого магистрального коммутатора данных соединен с первым управляющим выходом процессо:ра соответствующего обрабатывающего процессорного модуля, второй управляющий вход каждого магистрального коммутатора данных соединен с первым выходом коммутатора, первый вход каждого магистрального коммутатора адреса подключен к магистрали адреса управляющего процессорного модуля, второй вход каждого магистрального коммутатора подключен к магистрали адреса процессора соответствующего ему обрабатывающего процессорного модуля, третий вход каждого магистрального коммутатора адреса подключен к второму выходу коммутатора, выход каждого магистрального коммутатора адреса соединен с адресным входом соответствующей-локальной секции оперативного запоминающего устройства, управляющая магистраль процессора каждого из обрабатывающих процессорных модулей соединена с управляющим входом соответствующей секции оперативного запоминающего устройства, первый, второй и третий входы интерфейса соединены соответственно с мао гистралями данных, адреса и управления управляющего процессорного модуля, четвертый и пятый входы интерфейса соединены с шинами ввода и управления вычислительно-управляющего блока, выход интерфейса соеди15 нен с шиной вывода вычислительно-управляющего блока, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы интерфейса подключены соответственно к первому, второму и третьему уп20 равляющим выходам. вычислительно-управляющего блока и четвертому выходу управляющего процессорного модуля, тактовые входы всех процессорных мо" дулей и схемы разделения сигналов соединены с выходом генератора тактовых импульсов.