Устройство для формирования случайных вибраций

СОЮЗ СОВЕТСКИХООИЦИЮМИЕиРЕСПУБЛИК Зау 6 01 М 7/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф-но 1 йодщфГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Ленинаи ордена Октябрьской Революции авиационный институт им,Серго Орджоникидзе(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ. СЛУЧАЙНЫХ ВИБРАЦИ, содержащее генератор "белого" шума, многоканальныйформирователь, многоканальный регулятор уровня, каждый канал которогосостоит из регулируемого усилителяи эадатчика, сумматор, к входамкоторого подключены выходы регулируемых усилителей, последовательносоединенные усилитель мощности,входом подключенный к вьмоду сумматора, возбудитель механическихколебаний с вибродатчиком и блокизмерения, о т л и ч а ю щ е е .с ятем, что, с целью повышения точностиформирования спектра вибраций, в неговведены матричный пересчетный блок,входы которого подключены к выходамзадатчика, а выходы - к управляющимвходам регулируемых усилителейв каждом канале п -канального регулятора уровня, фильтр низких частот,подключенный к выходу генератора"белого" шума, а ь -канальный формирователь выполнен в виде 2 и последовательно соединенных ортогональных.фильтров, вход первого из которыхподключен к выходу фильтра низкихчастот, и ь вычитателей, при этомвыходы ортогональных фильтров попарно, начиная со средних, подключены к входам соответствующих вычитателей, выходы которых соединены ссигнальными входами соответствующихрегулируемых усилителей и -канального регулятора уровня.Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройст.вам для Формирования случайных вибраций.Известно устройство для формирования заданного сигнала, содержащеепоследовательно соединенные источниксигнала, ортогональные Фильтры (линии задержки), набор регулируемыхусилителей и сумматор 1 13.Устройство позволяет формироватьтребуемую Функцию времени, разлагаяее по ортогональной системе функций.Требуемая форма сигнала реализуетсяна выходе регулируемых усилителей,на вход которых поступает сигналс выхода соответствующих ортогональных Фильтров, Коэффициент передачи усилителей соответствует коэффициентам разложения заданной Функциивремени по ортогональному базису.Устройство можно использовать вразличных Формирующих системах, однако оно не располагает средствамидля формирования заданного вибропро 25цесса.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство для формирования случайныхвибраций, содержащее последовательно З 0соединенные генератор белого шумаи многоканальный формирователь,выполненный в виде набора частотноизбирательных фильтров, многоканальный .регуляторов уровня, каждый канал которого включает регулируемыйусилитель, задатчик, выход которогоподключен к управляющему входу соответствующегб регулируемого усилителя, сумматор, к входам которого под" 40ключены выходы регулируемых усилителей, последовательно соединенныеусилитель мощности, вход которогоподключен к выходу сумматора, и возбудитель колебаний, на подвижной45части которого установлен вибродатчик,а также аппаратуру изменения и анализа, подключенную к выходу вибродатчика 2 "1.Известное устройство позволяет 50формировать заданный спектр вибраций, однако наличие большого числачастотно-избирательных фильтров,имеющих неидеальные частотные характеристики, снижают точность Формирования спектра. Кроме того, недостатками являются сложность настройкии высокая стоимость изготовленияфильтров,Цель изббретения - повышение точности Формирования спектра вибраций.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для Формирования случайных вибраций, содержащее генератор "белого" шума, многоканальный Формйрователь, многоканальный регулятор уровня, каждый канал которого состоит из регулируемого усилителя и задатчика, сумматор, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей, последовательно соединенные усилитель мощности, входом подключенный к выходу сумматора, возбудитель механических колебаний с вибродатчиком и блок измерения, введены матричный пересчет-.ный блок, входы которого подключены к выходам задатчика, выходы - к управляющим входам регулируемых усилителей в каждом канале п -канальногорегулятора уровня, Фильтр низких частот, подключенный к выходу генератора"белого"шума, а и-канальный Формирователь выполнен в виде 2 и последо вательно соединенных ортогональных фильтров, вход первого из которых подключен к выходу фильтра низких частот, и и вычитателей, при этом выходы ортогональных фильтров попарно, начиная со средних, подключены к входам соответствующих вычитателей, выходы которых соединены с сигнальными входами соответствую" щих регулируемых усилителей,п -канального регулятора уровня.Реализация формирователя на основе ортогональных фильтров позволяет исключить частотно-избирательные (полосовые) фильтры прототипа, имеющие неидеальные частотные характеристики. Выполнение же ортогональных Фильтров на основе ВС-элементов, имеющих незначительные аппаратурные погрешности, позволяетповысить, точность Формирования,Кроме того, точность Формирования в предложенном решении может бытьповьппена увеличением числа ортогональных фильтров, т,е. увеличением числа членов разложения, причемдобавление новых членов не меняет значения ранее полученных членов ряда. В известных же системах на основе полосовых фильтров увеличение числа фильтров не обеспечивает повьппения точности. В предложенном техническом решении в качестве ортогональных фильтров использованыЗаказ 6300/33 Тираж 822Подписное ВНИИБИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Сигналы, огибающая которых соответствует полиномам Чебышева, реализуются на выходе вычитателей 3. На чертеже показаны первый и и -каналы формирователя 4. К входам вычитателя5 3 канала подключены выходы фильтра 21 и 2 г к входам вычитателя первого канала - вьмоды фильтров 2 , и 2 ,1 и т.д. Как уже отмечалось, импульсный отклик каждого канала формирователя 4 соответствует разности функции Лагерра соответствующего порядка, преобразование же Фурье от разности Функций Лагерра дает полином Чебышева. Вес калщого полинома Чебышева устанавливается с помощью коэффициента передачи регулируемого усилителя 6, соответствующего канала регулятора уровня (на чертеже не показано). Таким образом, импульсный отклик канала Формирователя связан с Функцией Лагерра, аппроксимирующей требуемую функцию времени (реализацию случайного процесса), а передаточная функция канала формирователя 4 соответствует полиному Чебьппева, аппроксимирующему требуемую характеристику к(,), Взвешенное суммирование сигналов, соответствующих полиномам Чебышева, дает требуемый спектр 30 сигнала. Вес (коэффициент передачи регулируемого усилителя 6) устанавлиевается по сигналу, поступающему на управляющий вход усилителя 6 с матричного пересчетного блока 7, с помощью которого осуществляется переход от спектра Чебышева к спектру фурье. На входы матричного блока 7 поступают отсчеты полиномов Чебыше ва, взятые для значений частот .ш=й 40 с выходов вычитателей 3 и отсчеты эталонного спектра, которые хранятся в задатчике 8. С выходов блока 7 сигналы, пропорциональные требуемым коэффициентам усиления усилителей 45 6, поступают на управляющие входы усилителей 6, с выкода которьм сигналы проходят на сумматор 9 и далее через усилитель 10 мощности на вход 1 возбудителя 11 колебаний, возбуждая вибрации требуемого уровня. Сигнал с вибродатчика 12 поступает на вход аппаратуры 13 измерения и анализа.Повьппение точности воспроизводимых вибраций при использовании ортогональным фильтров обеспечивается тем, что сами фильтры, выполненные, например, на ВС-элементах, в принципе могут не иметь аппаратурной погрешности, В этом их отличие от систем на основе гауссовских фильтров, не являющихся ортогональными.Управление спектральными характеристиками сигнала возбуждения реализуется на основе перехода от спектра Чебышева к спектру Фурье. При таком переходе результаты анализа более наглядны и легче сопрягаются с системами, в которык традиционно используется аппарат фурье разложения.Если система ортогональным функций полная .(как в данном случае), то среднеквадратичную ошибку можно сделать сколь угодно малой. Известные системы с гауссовскими Фильтрами таким качеством не обладают. Устройство, взятое в качестве базового (СУВУ-ШСВ), обеспечивает Формирование спектральной плотности мощности с погрешностью 357. Эта максимальная погрешность имеет место в областях сопряжения фильтров и обусловлена завалом частотных характеристик фильтров. Предложенное устройство не имеет указанной погрешности, что и вызывает повышение точности Формирования спектра по сравнению с базовым устройством на 20- 253, Оценка же других составляющих . погрешности, присущих как базовому, так и предложенному устройствам, позволяет заключить, что предложенное устройство позволяет обеспечить формирование спектральной плотности мощности с погрешностью.103.