Многоканальная цифровая система управления виброиспытательной установкой

(51)М. Кл, 006 В 15/02 3 ееударстекнный квинтет СССР но делам нзобретеннй н еткрытнй(53) УДК 62- -50 (088. 8) Дата опубликования описания 17.07.82(72) Авторы изобретения А. А. Петровский, А. Е, Леусенко, А. Н. 71) Заявител Минский радиотехнический инс МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМ ПРАВЛЕНИЯ ВИБРОИСПЫТАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙИзобретение относит оматичеисполь Недостатками данной системы являклся низкая точность вследствие нестабиль мности элементов системы, в том числегенератора случайного сигнала, низкаятехнологичность изготовления, громоздкость аппаратуры. Кроме того, особуюсложность вызывает реализация фильтровсверхнизких частот и аналоговых фазоврашателей, а также сложность в управленииспектральной плотностью вибропроцессана выходе объекта.Известна цифровая система управленияспектральной плотностью случвибропроцесса, в основу котоалгоритм обратного преобразо к а быт кому управлению и мозовано для управленияными установками. т Известна аналоговая система управле. ния многокомпонентной случайной вибрацней, состоящая из источников случайных сигналов, устройства формирования векторного случайного процесса, устройства анализа, с помошью которого оцениваются элементы матрицы спектральных плотностей и устройств обратной связи, с помощью которых формируются случайные процессы на входе объекта 11;Устройство формирования векторного случайного процесса состоит из форми. руюших устройств, каждое из которых содержит определенное число формируюцкх фильтров, служащих дпя создания 2 узкополосных случайных процессов, и блока формирования случайных процессов с опр енной степенью корреляционной айногорой положенвания фурье ог или многомерныйайса-Пирсона 2Недостатком сиожность возбуждременной реалиционарного случайн емы являетс не ь испытуемый обзацией нормального го процесса, так о в дичеохо ой системе использует ационарный процесс. И проводить испытания дли кий едел ельно О П И С А Н И Е ( )943642ИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУвремя, то просто повже реализация,Недостатком систбольшое время настропрограммы испытаниобъектааНаиболее близкимявляется цифро-впалоленни многокомпонентнцией, содержащая Ииз которых включенго сигнала, а такжеи аналого-цифровые првходы которых подклювуюшим вы:ходам вибустановки, а выходыщим входам цифровогоустройства ЭНедостатком даннния вибрацией являетнастройки на требуемуюрсяснытаний при смероиспытаний, так какзаново определять нулчто связано с большишинного времени. Тасмен программ в провозникает, когда моненый вибропроцесс с тспектральной плотностиво времени.Кроме того, пеставых элементов значитточность системы.Целью изобретенияние времени подготови повышение точностУказанная цель достигв систему введены кппексор памяти, первоперативной памяти,а также в каждом канры и последовательноаналоговые преобразонижних частот, включдами формирующего фильвиброиспытательной умутатора соедИнен свычислительного устроший вход - с первьпмР Ж Жды через первый и втотивной памяти подюпоно к первому и второплексора памяти, уирарого соединен с вторым%ВРРмультиплексоров, первые и вторые входыкоторых соединены соответственно с выфос ) 1+% Р) к(е) 3 94 М 42 4 тоояется одна и та ходами генераторов случайного сигналаи выходами аналого-цифровых преобразоемы является также вателей, а выходы - с соответствуюшимпйки на различные входами формирующего фшьтра, управй одного и того желяющий вход которого порключен к выходу мультиплексора цамяти. к предлагаемому В соответствии с корреляционной тес- говая система управ- рией для широкого класса случайных проой случайной вибра- цессов их структурные модели полностью каналов, в каждом 1 а определяются формирукецими фильтрами, генератор случайно- поэтому задача воспроизведения много- формирующий фильтр мерного векторного случайного вибропроеобразователи, цесса сводится к той или иной структурчены к соответст- ной реализации многомерного формируюроиспытательной 1. щего фильтра.- и соответствую- Дпя увеличения точности задания тревычислительного буемой спектральной плотности в основуструктуры многомерного формирующего ой системы управле фильтра положен цифровой вариант, пр 3- ся большое время чем однофильтровой, т,е. сложная спектпрограмму виб-ральная плотность мощности аппроксимине программы виб- руется одним цифровым фильтром с проздесь необходимо извольной передаточной функцией. Алгоевое приближение, ритм фильтрации следующий ми затратами ма- укая необходимость У,= ЕЬ,х и:1,й, пессе испытанийлируется случайМ - количество отсчетов весовойкцииф, изменяющийсяфункции30 у - И-ый отсчет выходного пробипьность аналогоц сса1-ый осчет входного процесса.Если использовать в качестве случайи танияз ного сигнала бинарный шум, то как видно из (Ц операция умножения исклкьчается и остается топько операция сло 1оммутатор, мультижищяеый и второй блоки Количество отсчетов весовой функции40 выбирается, исходя из требуемой точности задания спектральной плотности,о е ф Для сокращения времени настройки ватели и фильтры системы управления на требуемую программу виброиспытаний при смене прот и входами б граммы виброиспытаний, когда моделируется многомерный векторный случай- выходом цифрового ный вибропроцесс с требуемой матрицейспектрцьной плотносщ мощности, измевыходом блока няющейся во времени, в структуру сисый и второй выхо- Бо темы введено параллельное корректируюрой блоки опера щее звено, С помощью этого звена чены соответствен- устраняется неравномерность передаточму входам мульти- ной функции объекта, Передаточная функвляюший вход кото- ция объекта %02 и корректора Квыходом блока ы связаны соотношением:(В - круговая частота;6 - время,ПричемЩ 2.)/ =4 для всех значенийй;А - некоторая константа,Вначале производится идентификацияобъекта управления, Определяется РоХзатем по формуле (2) определяетсяКР), а параметры формирующего фильтра рассчитываются по требуемой спектральной плотности.Далее, одним из итерационных алго 1 жтмов управления производится более,точная настройка на заданную программу испытаний, При смене программыиспытаний исследуемого объекта уженет необходимости вновь долго настраиваться, а нужно топько итерационнымалгоритмом уточнить настройку, а этосущественно увеличит производительностьвибрационной системы, за счет сокращения времени настройки, так как определение КЮ производится только однажды перед началом испытаний,На чертеже представлена блок-схемамногоканальной цифровой системы управления виброиспытательной установкой.Система содержит генераторы спучайного сигнала 1, многомерный формирующий фильтр 2, виброиспытательную установку 3, аналого-цифровые преобразователи 4, цифровое вычислительное устройство 5, мультиплексоры 6, цифро-аналоговые п.реобразователи 7, фильтры нижних частот 8, блок синхронизации 9,коммутатор 10, первый и второй блокиоперативной памяти 11 и 12 соответственно, мультиплексор памяти 13.функционирование системы можно условно разбить на два этапа.На первом этапе происходит идентификация объекта, т.е, определяется Фо(1)/а затем К( ), Для этого на объектподается случайный сигнал в виде фбелогоф шума, с выхода объекта сигнал через аналого-цифровые преобразователи 4передается в цифровое вычислительноеустройство 5, где определяется К Я.)Вычисленные коэффициенты передаточнойфункции КФ по разрешающему сигналублока синхронизации 9 через коммутатор10 записываются в первый блок оперативной памяти 11. Далее цифровое вычислительное устройство 5 расчитывает параметры многомерного цифрового формируклцего фильтра 2 по требуемой спектральной плотности и через коммутатор 10 по сигналу из блока управления. 9передает их во второй блок оперативнойпамяти 12. На втором этапе система функционирует следуюпжм образом. Шумовой сигнал с выходов генерато ров по разрешающему сигналу блока синхронизации 9 через мультиплексоры 6 передается в многомерный формируюпшй фильтр 2, туда же через мультиплексор памяти 13 под управлением блока сянхронизации 9 из второго блока оперативной памяти 12 передаются коэффициенты цифрового фильтра и формируется одновыходное значение многомерного формируюшего фильтра 2, которое хранится ввыходном .регистре многомерного формирующего фильтра 2. Далее с выходе аналогь-цифровых преобразователей 4 значение случайного процесса с выходеобъекта управления 3 передается по раз,решающему сигналу блока синхронизации9 через мультиплексоры 6 в многомерный формирующий фильтр 2, а также из первого блока оперативной памяти 11 через мультиплексор памяти 13 по разрешающему сигналу блока синхронизации 9 передаются коэффициенты корректора. В данном случае многомерный формирующий фильтр 2 выполняет функцию корректора, охватывающего обрач- ной отрицательной связью объект управления 3, Как корректор, так и цифровой фоРмирующий фильтр работают по алгорррк".у (1), Далее выхопнсе значение корректора вычитается из выхоаного значения многомерного формирующего фильтра 2, и результат передается на цифро-аналоговые преобразователи 7, с . выхода которых процесс через фильтры нижних частот 8 подается на объект управления, выходное значение которого преобразуется в цифровую форму аналого-цифровымн преобразователями 4, которое снова подается на вход многомерного формирующего фильтра 2 и рассмот. ренный процесс функционирования повторяется снова.Значения с выходов аналого-цифровых преобразователей также передаются в цифровую вычислительную машину 5 дпя контроля и управления спектральной плотностью векторного случайного вибропроцесса на выходе объекта. На цифровом вычислительном устройстве 5 производится спектральный анализ, далее вычисленная спектральная плотность сравнивается с требуемой спектральной7 94 плотностью, определяется вектор оййбкц по которому с помощью опре деленного алгоритма управления производится более точная настройка на заданную программу, т.е. уточняются коэффщиенты многомерного формирующего фильтра которые затем через коммутатор 10 поЧ Ртаа Р сываются в второй блок оперативной памяти 12. Уточняющая настройка необходима и при смене программы испытаний.Применение многоканальной цифровой системы управления виброиспытательной установкой позволяет получить высокие технико-экономические показатели и поднять испытания различной сложной аппаратуры автоматики, вычислительной техники, радиотехнических устройств и аппаратуры других типов на качественно новую степе:нь. Формула изобретения 3642 мулыиплексоры и последовательно соединенные цифро-аналоговые преобразователи и фильтры нюкиих частот, включенные между .выходами формирующего 5 Фиьтра и входами виброиспытательнойустановки, вход коммутатора соединенс выходом цифрового вычислительногоустройстВа, управляющий Вход - с первым выходом блока синхронизации, а 10 первый и второй выходы через первыйи второй блоки оперативной памяти подключены соответственно к первому ивторому входам мультиплексора памяти,управляющий вход которого соединен с 15 вторым выходом блока синхронизациии управляющими входами мультиплексоров,первые и вторые входы которых соединены соответственно с выходами генераторов случайного сигнала и выходами 20 аналого-цифровых преобразователей, авыходы - с соответствующими входамиФормиру 9 шего фильтра, управляющий входкоторого подключен к выходу мультиплексора памяти.Многоканальная цифровая система управления виброиспытательной установкой, содержащая 11 каналов, в каждом из которых включен генератор случайного сигнала, а также формирующий ельтр и аналого-цифровые преобразователи, входы которых подключены к соответствующим выходам виброиспытательной установвж, а выходы - к соответствующим, входам цифрового вычислительного устройства, отличающаясятем, что, с целью сокращения времени подготоши к испытаниям и повышения точности системы, в нее введены коммутатор, мультиплексор памяти, первый и второй блоки оперативной памяти, блок синхронизации, а также в каждом канале 2Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Гетманов А. Г. и др. Автоматическое управление вибрационными испытаниями. М., "Энергия", 1978, с. 48.2. Тупик А. А. и др. Цифровые игибрщные способы управления спектральными характеристиками векторных случайных процессов.-Р кн. "Кибернетика ивычислительная техника. Киев, Наукова думка, 1973, вып, 20, с. 110-117.3, Гетманов А. Г, и пр. Способы построения и принципы работы цифро аналоговых систем автоматического управления. - Сб. Методы и средства испытаний изделий, 1977, МДНТП им. Дзержинского, с. 23-29 (прототип)., Косг ект ж едактор Л. Авраменко Т ТирПИ Государствпо делам35, Москва Филиал ППП "Па Подписноего комитета СССРений и открытий5, Раушская набд. 4 жгород, ул. Проектная, 4