Устройство формирования заданного спектра вибрации

(з 1)з С О М 7/00 ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМПРИ ГННТ СССР1(46) 15,05.91, Бюл, Р 18. (71) Казанский авиационннй институт им. А.Н.Туполева(53) 621.317.39:531.77(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР1073592, кл. С 01 М 7/00, 1985.Авторское свидетельство СССР Р 1201708, кл, С 01 М 7/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЗАДАННОГО СПЕКТРА ВИБРАЦИИ(57) Изобретение относится к вибро Изобретение относится к виброиспытательной технике и может быть использовано для Формирования заданногоспектра вибрации в процессе виброиспытаний.Цель изобретения - повьппение производительности виброиспытаний за счетуменьшения времени определения параметров Формирующих ФильтровНа чертеже приведена блок-схемаустройства формирования заданногоспектра вибрации,Устройство содержит последователь"но соединенные многоканальный формирователь спектра, каждый канал котороговключает в себя источник 1 случайного сигнала, первый управляемый ключ2, регулируемый по добротности и частоте полосовой Фильтр 3, управляемыйусилитель 4 и второй управляемыйключ 5, сумматор 6, вычитатель 7,усилитель Я мощности, возбудитель 9 2испытательной технике и может быть использовано для формирования заданного спектра вибрации н процессе виброиспытаний. Цель изобретения - повыщение производительности виброиспытаний в ,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- Св движной части вибродатчиком 10, кнадратичный детектор 11 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 которогоЮ подключен к вторым входам вычитателя 7 и первого управляемого ключа 2 каждого канала формиронателя спектра, вычислительно-упранляющий блок (ВУБ) 17, с которым соединены управ- фф ляищие входы первых 2 и нторых 5 уп- фф равляемых ключей, полосовых фильтров 3, управляемых усилителей 4 Формирователя спектра и третьего управляемого клича 16,. аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 18, вход которо 1649342го соединен с выходом делителя 12, авыход - с входом ВУБ 17, Д"процессор,содержащий разделенное на Я локальных секций оперативное запоминающееустройство (ОЗУ) 19, управляющий процессорный модуль (ПМ) 20 который посредством магистрали данных магистрали адреса и магистрали управления соединен соответственно с информационным (И) адресным (А) и управляющим (У)"входами первой локальной секции ОЗУ 19, идентичные обрабативающие процессорные модули (ПМ)21.1-21.Х, выполненные каждый в виде 15процессора 22, магистрального коммутатора 23 данных (МКД) и магистрального коммутатора 24 адреса, схему 25сравнения кодов (ССК), схему 26 разделения сигналов (СРС), коммутатор 2027, интеррейс 28 и генератор 29 тактовых импульсов,Устройство работает следующим Об"разом,Осуществляется загрузка управляющей программы .и программы параллельного выполнения алгоритма прямого иобратного дискретного преобразования фурье (ДПФ) в первую локальнуюсекцию ОЗУ 19.из ВУБ 7 через интеррейс 28В режиме "Настройка" все ключи,кроме 16, но команде ВУБ 17 замкнуты, Гармонический сигнал генератора15 сканируется в рабочем диапазоне частот с помощью генератора 14 пилообразного напряжения и поступаетчерез ключ 16, вычитатель 7, усилительЯ.мощности на вход возбудителя 9колебаний. Механические колебания 40. возбудителя 9 колебаний преобразуются в электрический сигнал установленным на изделии вибродатчиком 1 О Навыходе квадратичного детектора 11 будет периодический сигнал с периодом 45Т, равным периоду генератора 14 пилообразного напряжения. Генератор 13функций формирует сигнал с тем жепериодом Т, по форме эквивалентныйзаданному спектру, Сигнал на выходеусилителя 8 после операции деленияпо форме соответствует форме спектра,который необходимо сформировать с помощью фильтров 3 для того, чтобывоспроизвести заданный спектр вконтролируемой точке изделия. Далее этот сигнал поступает на АЦП 18,где он преобразуется в цифровуюформу с частотой выборки, определяемой частотой, генератора 29. ВУБ17 в определенные моменты времениосуществляет подключение АИП 18 куправляющему ПМ 20, В результатевыборка в виде цифрового кода, полученная с выхода АЦП 18, поступаетна управляющий ПМ 20 и далее в соответствии с управляющей программойрассылается в соответствующие локальные секции ОЗУ 19, организуя память данных (ПД) обрабатывающихЖ 21 по закону, заданному программНо. Но окончанию приема выборки управляющий ПМ 20, обращаясь к ОЗУ 19,начинает выполнять БПП)-программувычисления дискретного преобразования Фурье, Одновременно ССК 25 вырабатывается с выхода 1 сигнал, осуществляющий начальный запуск обраба"тывающих ПМ 21,В соответствии с упомянутым. алгоритмом команды из памяти команд (ПК)ОЗУ 19 последовательно поступают навсе ПМ 21, и все активные в данныймомент времени ПМ 21 выполняют каждую иэ этих команд с данными, расположенными в локальных секциях ОЗУ 19.Подробно это происходит следующимобразом, В системе использована СРС26 связана с управляющим ПМ 20. КогдаПМ 20 приступает к выполнению БПП)программы, он выставляет адрес памяти команд и формирует сигнал "Чтение памяти", который проходит черезСРС 26, разделяясь на два взаимоисключающих сигнала "Чтение команды"(выход 1) и "чтение данных" (выход 3которые, проходя через коммутатор 27,управляют МКД 23 и МКА 24 обрабатывающих ПМ 21, обеспечивая необходимоепрохождение данных из ПК или иэлокальных секций ОЗУ 19, В результатепо сигналу "Чтение команды" происходит переключение МКД 23 на режимчтения команды из ПК, а так как всеПМ 21 работают от одних и тех.же фвзГТИ 29 и подключены посредством МКД23 к ПК ОЗУ 19, происходит.синхронный прием команды в них, По сигналу"Чтение данных" МКД 23 и ЯКА 24, ПМ 21переключаются на режим "Чтение данньи" иэ соответствующих локальныхсекций ОЗУ 19, а сигналы с управляющего выхода ПМ 21 управляют.направ"лением передачи этих данных, т;в,иэ ПМ 21 в ОЗУ 19 или наоборот Таким образом, ЯПЙ-программа из ПКОЗУ 19 выполняется всеми процессо(4) ЮюШ2(Р 2 Дй) ) рами одновременно над различными данными, расположенными в секциях ОЗУ19,Пересылки. данных между секциямиОЗУ 19 осуществляются подключениемуправляющего ПИ 2 О с "горизонтальной" адресацией внутри ОЗУ 19. Навремя выполнения подобных пересылокССК 25 вырабатывает на втором .выходе сигнал, переводящий обрабатывающие ПИ 21 в состояние ожидания, инициируя таким образом работу .то ПК,то управляющей программы,В результате над данными, предварительно распределенными в секциях ОЗУ 19 ПИ 28, осуществляется операция дискретного преобразованияфурье (ДПФ) по ФормулеЙ. - .Р 1201 мХ (1) =Х (и) е(1)Р)еОгде Х (3.) - коэффициенты ДПФ (1=О,1,11);25Х (п) - периодическая последовательность с периодом вН отсчетов (цио)ровой сигнал на выходе АПП 18),причем для осуществления этой операции достаточно иметь один период сиг 30нала на выходе делителя 12,После параллельного вычислениякоэффициентов ДПФ Хр(ь) происходитих параллельное умножение в обрабатывающих процессорах на весовые коэфФициенты, т,е,йХ (1) -Х (1-1) ----КР РдД(г,г)2Х (1) -Х (1-2) ------КИ РЗ Р,г д).кгде Х р(1) - значение сигнала при Я,Х (1-1) - значение сигнала прирасс тройке + ДЯ,;Х (1-2) - значение сигнала приРрасстройке 1 Ю.Таким образом, управляющий ПИ 20 в этот момент имеет информацию о средней частоте Я, полосе пропусканияи коэффициенте передачи К первого канала Формирователя спектра. Зта информация, в соответствии с управляющей программой, через интеррейс где= 3,1415;Р 1 - параметрьР предварительнораспределенные в соответствующих локальных секцияхпамяти 19.Весовые коэффициенты определяются Формулой (2), так как квадрат мо,дуля АЧХ Формирующих Фильтров 3достаточно точно описывается гауссовой кривой2Ф - )о 1КМ= -- - р-, р 2(3тде Ц , 3 - средняя пестоте н полоса пропускания формирующих Фильтров 3;К - коэффициент усиления управляемых усилителей 4,В результате умножения будут получены новые (1-преобразованные)коэффициенты ДПФ Х )(1), над которыми в соответствий с управляющей программой, производится операция обратного Д 11 Ф по ФормулеН-РХ (и) = - ,Х (з.) е (3)в результате которой получится Я "п 1)е 1еобраэованная Функция Формируемогоспектра, в которой выделена самаяузкополосная компонента,Управляющий ПМ 20 по известнымотсчетам сигнала ХР (п) вычисляетполосу пропускания (5 ФормирующегоФильтра 3 и коэффициент усиления Куправляемого усилителя 4 первого канала Формирователя спектра из системы уравнений: 128 поступает в ВУБ 17. Он преобразуетее в, Форму, необходимую для управления,.и устанавливают на ФормирующемФильтре 3 и управляемом усилителе 4первого канала Формирователя эти па"раметры, устанавливает первый управляемый ключ 2 в первое положениеи замыкает второй управляемый ключ 5этого канала, что обеспечивает прохождение сигнала генератора 15 через канал и поступление его на второйвход вычитателя 7, Вычитатель 7 реа 1 ь 49342лизует исключение из Формируемого спектра уже отрегулированную спектральную составляющую. Далее процесс настройки повторяется пока не буЭ5 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 канали формирования спектра, суммируют ся на сумматоре б. 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 изобретения25Устройство Формирования заданного спектра вибрации, содержащее последовательно соединенные многока- нальный Формирователь спектра, каждый канал которого 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 гармонического 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, полосових Фильтров, управляемых усилителей Формирователя спектра, и аналого-цифровой преобразователь, о т - л и ч а ю ш е е с я тем, что, с цеа лью повищения производительности виброиспытаний, оно снабжено Я-процессором н виде состоящего из локальныхсекций оперативного запоминающегоустройства, управляющего процессор"ного модуля, идентичных обрабатывающих процессорных модулей, выполненныхкаждый н виде процессора магистрального коммутатора данных и магистрального коммутатора адреса, схемой сравнения кодов, схемой разделения сигналон, коммутатором, интерфейсом игенератором тактовых импульсов, причем управляющий процессорный модульпосредством магистрали данных, магистрали адреса и магистрали управления соединен соответственно с информационным, адресным и управляющимвходами первой локальной секции оперативного запоминающего устройства,схема разделения сигналов и схемасравнения кодов связаны между собойинформационной ниной которая подключена к магистрали данных управляющего процессорного модуля, первый ивторой управляющие выходы которогосоединени соответственно с первыми вторим входами схемн разделениясигналов, а третий управляющий входуправляющего процессорного модулясоединен с первими входами локальных секций оперативного запоминающего устройства, первый и второй входыкоммутатора соединены соответственнос перним и вторым входами схемы разделения сигналов, а третий и четвертый входы коммутатора соединены соответственно с вторим и третьим входами схемы сравнения кодов, первый ивторой управляющие входы процессоров обрабатывающих процессорных модулей связаны соответственно с первыми вторым выходами схемы сравнения кодов, первый порт магистрального коммутатора данных первого обрабатывающего процессорного модуля соединенинформационной шиной с магистральюданных управляющего процессорногомодуля, а первый порт магистральногокоммутатора данных каждого из последующих обрабатывающих процессорныхмодулей соединен с третьим портоммагистрального коммутатора данныхпредыдущего обрабатывающего процессорного модуля, второй порт каждогомагистрального коммутатора данныхподключен к магистрали данных соответствующего ему обрабатывающего процессорного модуля, четвертый порткаждого магистрального коммутатора1649342 10 Составитель В.НиколаТехред Л. Олийнык Корректор АаОбр дактор М,Келеме Чаказ 1515 тираж 363 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101,данных связан шиной данных с информационным входом соответствующейему локальной секции оперативногозапоминающего устройства, первыйуправляющий вход каждого магистрального коммутатора данных соединен спервым управляющим выходом процессора соответствующего обрабатывающегопроцессорного модуля, второй управляющий вход каждого магистральногокоммутатора данных соединен с первымвыходом 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 емуобрабатывающего процессорного модуля,третий вход каждого магистральногокоммутатора адреса подключен к второму выходу коммутатора, выход каждого магистрального коммутатора адреса соединен с адресным входом соответствующей.локальной секции оперативного запоминающего устройства,управляющая магистраль процессоракаждого из обрабатывающих процессорных модулей соединена с управляющимвходом соответствующей секции оперативного запоминающего устройства,первый, второй и третий входы интерфейса соединены соответственно с маогистралями данных, адреса и управления управляющего процессорного модуля, четвертый и пятый входы интерфейса соединены с шинами ввода иуправления вычислительно"управляющего блока, выход интерфейса соеди"15нен с шиной вывода вычислительно-управляющего блока, первый, второй,третий и четвертый управляющие входыинтерфейса подключены соответственно к первому, второму и третьему уп 20равляющим выходам вычислительно-управляющего блока и четвертому выходууправляющего процессорного модуля,тактовые входы всех процессорных мо"дулей и схемы разделения сигналов соединены с выходом генератора тактовыхимпульсов,