Устройство для воспроизведения широкополосных вибраций

 

В. B. Сумароков, Ю. В. Веселов, В.А. Максимов и В. Ф. Черепов

{72) Авторы (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

ШИРОКОПОЛОСНЫХ ВИБРАЦИЙ

Известно цифровое устройство для уа5 равления вибрапнонными испытаниями технических обьектов, содержащее вибро» установку, выход которой соединен через аналогсь-цифровой преобразователь (АНП), процессор, цифроаналоговый преобразова тель (БАП) с входом виброустановки.

При этом сигнал с выхода виброустановки преобраэуетая в АЦП в цифровой вид, затем цифровой сигнал подвергается с целью определения спектра в процессоре быстрому преобразованию Фурье (БПФ), полученный результат усредняется и срав ". нивается с заданным спектром с целью . обеспечения управления устройством. Алго ритм управления имеет следующую проце- 20 дуру

Изобретение относится к области вычислительной технике и может быть использовано для управления вибрациями. " - вектор управляемых параметров входного воздействия на виброустановку на и «м шаге управления

1=„- вектор ошибок на и -м шаге; щ„- матричный оператор, конкретный вид которого зависит от алгоритма управления.

Матричный оператор Ми может описывать алгоритм Кестена и алгоритм Ньютона. Сигнал, полученный в результате операции управления, подвергается обравному быстрому преобразованию Фурье (ОБПФ), преобразуется с помотцью ЦАП в аналог-овый вид и подается на вход виброустановки. Таким образом, ocymec вляется процесс автоматического поддер жания на стенде виброустановки заданно» го спектра вибрации 1 .

Недостатком етого устройства являет ся то, что в цейи обратной связи имеют место две операции, которые происходят в течение длительного отрезка времени, ето усреднение полученных после БПФ спектров и осуществление алгоритма уъравления устройством. Поэтому скорость выхода устройства на рабочий режим незначительна. Кроме того, наличие двух долгодляшихся процессов s цепи обратной связи устройства эквивалентно наличию двух интегрирующих цепей в системе автоматического управления, что может привести систему к самовозбухсденикь

Наиболее близким к предлагаемому яв-10 ляется устройство для воспроизведении широкополосных: вибраций, содержащее последовательно соединенные блок умножения, синтезатор, LlAFI, виброустановку„

АЦП, память анализатора спектра вибра- 15 ции, усреднитель, блок сравнения, на другой вход которого подключен выход задатчика спектра вибрации, а выход через память спектра соединен с входом блока умножения, на другой вход которого 20 подключен выход генератора случайной фазы. При работе устройства сигнал с выхода виброустановки преобразуется в

AIIII в цифровой вид, затем запоминается в памяти. После этого он считывается 25 из памяти на анализатор спектра вибраций, который определяет мгновенные составляющие спектра вибросигнала. Эти составляющие спектра усредняются с предыду» шими значениями спектра на каждой час- R тоте анализа, а затем сравниваются в блоке сравнения с заданным спектром вибрации. Результат сравнения записывается в память. После этого осуществляется с помощью генератора случайной фазы, блока умножения, синтезатора спек тра вибрации, выходной памяти и 1ИП синтез случайного широкополосного аналогового сигнала с управляемым спектром, который подается на вход виброустановки, возбуждая вибрацию с заданным спектром:

Сравнение спектров заданного и анализируемого осуществляется по алгоритму

Ë5 результат сравнения

1.

50 щр - задаваемый уровень спектральной плотности ускорения;

- анализируемый уровень спект(-1 ральной плотности ускорения;

k - номер шага управления 1».

Недостатком известного устройства является то, что в цепи обратной связи системы имеют место два процесса, длящиеся во времени значительный отрезок.

Первый из них-устреднение мгновенных значений спектра, которое для повышения точности анал юа спектра случайного сигнала происходит в течение многих (50) тактов анализа. Второй процесс - сравнение заданного и анализируемого спектра, которое необходимо для обеспечивания замыкания обратной связи системы.

Данные процессы снижают скорость . выхода системы на заданный режим вибрации и, кроме того, создают условия длч возникновения самовозбуждения системы, которое произойдет, если постоянная времени этих процессов имеет примерно одну величину.

Пелью изобретения является повышение быстродействия и устойчивости устройства.

Поставленная цель достигается reM, что в устройство, содержащее задатчик спектра вибраций, блок умножения, выход которого соединен с информационным входом управляемого генератора, выхоя которого подключен ко входу,цифроана» погового .преобразователя, выход которого соединен со входом виброустановки. выход которой подключен ко входу аниюго-цифрового преобразователя, выход которого соединен с информационным входом фильтра, выход которого подключен к информационному входу первого блока усреднения, введены сумматор, второй блок усреднения, блок деления, мультиплексор, блок регистрации и синхрониза» тор, выход которого соединен с тактоиаь входами управляемого генератора, первого и второго блоков усреднения, фильтра и со входом задатчика спектра вибраций, выход которого подключен к первым входам блоков умножения и деления и к пер вому информационному входу мультнплек-.. сора„ o Ko o o o coe HHa co входом блока регистрации, выход фильтра подключен ко второму входу блока деления, выход которого соединен с информационным входом второго блока усреднения, управляющий вход которого является входом запуска устройства, второй информационный вход мультиплексора соединен с выходом первого блока усреднения, выход второго блока усреднения подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, второй вход сумматора является информационным входом устройства.

974349

30

5

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит пифро-аналоговый преобразователь 1, виброустановку 2, аналого-цифровой преобразователь 3, фнльтр4 блоки усреднения 5 и 6, блок деления 7, задатчик спектра вибрации 8, сумматор 9, блок умножения 10, управ ляемый генератор 11, синхронизатор 12, мультиплексор 13, блок регистрации 14.

Устройство работает следующим обра эом.

Синхронизатор 12 управляет работой всего устройства. Появление очередного кйпульса на его выходы приводит к анализу -ой составляющей спектра в фильтре 4, к усреднению ее с прегчдущими составляющими спектра в блоке усреднения,5, к выдаче на выход блока деления

7 заданного уровня -ой спектральной составляющей к усреднению по экспоненпиальному закону результата давления в блоке усреднения 6 и с другими результатами деления блока деления 7 на час-! тоте, к приему очередной составляющей спектра в управляемый генератор 11. В начальный момент времени на управляю щий вход блока усреднения 6 подается сигнал, при этом на выходе Слока усреднения 6 записывается постоянное число

О. Это число вычитается из числа Я в сумматоре 9, на выходе которого сигнал становится равным нулю, что обеспечива ет нулевой сигнал на выходе блока умножения, 10. При этом на виброустановку

2 через управляемый генератор 11 и

ЦАП 1 подается нулевой сигнал, вибра>ция на столе виброустановки отсутствует.

В результате этого все амплитуды частотных составляющих спектра на выходе фильтра 1 pBBHbl HQBIo. При sTDM нулевые значения спектральных амплитуд делятся в блоке делений 7 на значения амплитуд заданного спекгра, в результате чего на вход блока усреднения 6 пя ,ступают нулевые сигналы на всех частотных составляющих спектра. При снятии сигнала с управляющего входа блока усреднения 6 на его выходе происходит . в процессе очередного анализа спектра вибрации уменьшение сигнала, имеющие тенденпию в дальнейшем происходить по закону падающей экспоненты. Это приводит к появлению на выходе сумматора

9 сигналов, отличных от нуля.

В этом случае амплитуда каждой заданной частотной составляющей спектра в задатчнке 8 умножаемся на число, не равное нулю в блоке умножения 10, что приводит к появлению сигнала на входе генераторе 11, который генерирует соответствующий временный случайный сигнал и подает его через UAH 1 иа вход виброустановки 2, которая создает вибрацию. Фильтр 4 вновь производит фильтрацию спектра вибрации, и сигнал на вход блока деления 7, на выходе которого для каждой частотной составляющей появляется сигнал, не равный нулю. Это приводит к тому, что замедляется уменьшение сигнала на выходе блока усреднения 6 для каждой частотной составляющей спектра. В процессе дальнейшей работы устройства из-эа наличия отрицательной обратной связи на выходе блока усреднения 6 образуется для каждой частотной составляющей спек тра сигнал, несколько меньший числа Q.

Их разница умножается на значение амплитуды заданного спектра в блоке умножения 10, на его выходе образуется спектр сигнала, временное отображение которого подается на виброустановку 2.

Спектр вибросигнала делится на соответствующие значения амплитуд заданных спектральных составляющих задатчиков 8, результат деления усредняется блоком . усреднения 6. В результате того, что выходные сигналы усреднителя для всех частотных составляющих спектра приблизительно равны между собой (все несколько меньше числа Q), то и результаты деления блока деления 7 для всех частотных составляющих спектра также равны между собой. А это означает, что устройство поддерживает,на выходе фильтра 4 спектр сигнала по форме, совпадающий с спектром, заданным в задатчике 8. Так как фильтр 4 является линейной системой, то устройство поддерживает на виброустановке спектр вибрации, задаваемый задатчиком 8.

При изменении в ходе работы устройства формы спектра в задатчике 8 информация на выходе блока усреднения 6 сразу не изменяется, при этом сигнал на выходе сумматора 9 остается прежнтм, но на выходе блока умножения 10 для каждой частотной составляющей ам, плитуда сигнала изменяется пропорцио нально изменению спектра в эадатчике 8.

В этом случае на виброустановке сразу: возникает вибрация с новым частотным спектром, который из-за нелинейности виброустановки не совсем точно отражает заданный вновь спектр вибрации. За7 9743 тем в ходе работы блока усреднения В происходит корректировка сигнала, пода ваемого на виброустановку, спектр вибрации которой становится равным заданному.

Блок усреднения 5 производит усред S нение спектра, снимаемого с выхода филь тра 4, и подается через мультиплексор

13 усредненные значения спектра на блок регистрации 14. На его экране можно наблюдать, подавая управляющий сигнал <6 на вход мультиплексора 1 3, то изобретение спектра вибрации, то изображение формы задаваемого спектра, что удобно

:для их взаимного сравнении.

Таким образом, предлагаемое устрой ство имеет в цепи обратной связи только одно инерционное звено - блок усреднвнйя

6, который определяет собой алгоритм управления устройством. Быстродействие всего устройства определяется постоян 26 ной времени блока усреднения 6. Эту величину можно сделать достаточно Малой, при этом не возникают условия для возбуждения устройства, так как в цепи управления имеется только одна интегри рующая цепь. Поэтому выход на режим данного устройства осуществляется значи тельно быстрее, чем у прототипа. Кроме того, изменение спектра вибрации в про цессе работы устройства осуществляется 36 практически мгновенно.

Внедрение данного устройства позволяет существенно повысить качество иопытуемых изделий. Кроме того, пред« лагаемое устройство легко осуществляет нестацнонарную вибрацию, когда в ходе испытаний спектр вибросигнала существ венно изменяется в течэние времени, так как данное устройство легко отслеживает все изменения спектра, задаваемые за- 46 датчиком.

40 8 выход которого соединен с информациойным входом управляемого генератора, выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, выходом соединенного cD входом виброустановки, выход которой подключен ко входу аналого-цифро вого преобразователя, выходом связанного с информационным входом фильтра, выход которого подключен к информацион:ному входу первого блока усреднения, отличающееся тем,что, с целью повышения быстродействия устройст-а, в него введены сумматор, второй блгк усреднения, блок деления, мультиплексор, блок регистрации и синхронизатор, выход которого соединен с тактовыми входами управляемого генератора, первого; фильтра и со входом задатчика спектра вибраций, выход которого подключен K первым вхо

:дем блока умножения и блока деления и к первому информационному входу муль,,типлексора, выход которого соединен со входом блока регистрации, выход фильтра подключен ко второму входу блока деления, выход которого соединен с информационным входом второго блока усреднения, уцравляюший вход которого является входом запуска устройства, второй информационный вход мультиплексора соединен с выходом первого блока усреднения, выход второго блока усреднения подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, а второй вход сумматора является информационным входом устройства.

Формула изобретения

4$

Устройство для воспроизведения широ кополосных вибраций, содержащее задач чик спектра вибраций, блок умножения, Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе

1. Методы и средства автоматизапии научных исследований" Вычислительная техника в машиностроении. 1978, % 4, с. 125-128.

2. Патент США Ж 3710082, кл. 6 01 Р 15/34-, опублик 1973 (црототип).

974 349

Составитель Л. Цаллагова

Редактор Н. Горват Техред А.Бабинец Корректор Н. Король

Заказ 8703/66 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фапюал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4