Устройство для воспроизведения широкополосных вибраций

.В оков,4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ВИБРАЦИЙ к области выожет бытьи вибрациями Известно цифровое устройство для уа 5равления вибрапионными испытаниямитехнических обьектов, содержащее виброустановку, выход которой соединен черезаналогсь-цифровой преобразователь (АЦП),процессор, цифроаналоговый преобразовадтель (ЦАП) с входом виброустановки.При этом сигнал с выхода виброустановкипреобразуется в АЦП в цифровой вид,затем цифровой сигнал подвергается сцелью определения спектра в процессоребыстрому преобразованию фурье (БПф),полученный результат усредняется и сраж:нивается с заданным спектром с целью. обеспечения управления устройством. Алгоритм управления имеет следующую проце вляетвремени,е БПФ= х +фи 1Изобретение относитсячислительной технике ипользовано для управления" - вектор управляемых параметров входного воздействия на виброустанов ку на и -м шаге управления;1 вектор ошибок на и -м шаге; щ - матричный оператор, конкретны вид которого зависит от алгоритма упрмь. ленинМатричный оператор Юи может описывать алгоритм Кестена и алгоритм Ньютона, Сигнал, полученный в результате операции управления, подвергается обравному быстрому преобразованию фурье (ОБПф), преобразуется с помощью ЦАП в аналоговый вид и подается на вход виброустановки. Таким образом, осущестьь вляется процесс автоматического поддержания на стенде виброустановки заданно , го спектра вибрации Ц. Недостатком етого устройстся то, что в цейи обратной связместо две операции, которые пров течение длительного отрезкаето усреднение полученных послспектров и осуществление алгоритма уьравления устройством. Поэтому скорость выхода устройства на рабочий режим незначительна. Кроме того, наличие двух долгодлящихся процессов в цепи обратной связи устройства эквивалентно наличию двух интегрирующих цепей в системе автоматического управления, что может привести систему к самовозбужденищНаиболее близким к предлагаемому яв-О ляется устройство для воспроизведении широкополосных: вибраций, содержащее последовательно соединенные блок умножения, синтезатор, ЦАП, виброустановку АЦП, память анализатора спектра вибра цииусреднитель, 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 ЛПП 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- В тоте анализа, а затем сравниваются в блоке сравнения с заданным спектром вибрации. Результат сравнения записывается в память. После этого осуществляется с помощью генератора случайнойфазы, блока умножения, синтезатора спек тра вибрации, выходной памяти и 1 ИП синтез случайного широкополосного ана. логового сигнала с управляемым спектром, который подается на вход виброустановки, возбуждая вибрацию с заданным спектром:Сравнение спектров заданного и анализируемого осуществляется по алгоритмуЛ 5- результат сравнения на частотее50- задаваемый уровень спектральнойплотности ускорения;5 - анализируемый уровень спектральной плотности ускорения;К - номер шага управления 1.Недостатком известного устройства является то, что в цепи обратной связи системы имеют место два процесса, длящнеся во времени значительньй отрезок, Первый из них-устреднение мгновенных значений спектра, которое для повышения точности аналюа 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.Целью изобретения является повышение быстродействия и устойчивости устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее задатчик спектра вибраций, блок умножения, выход которого соединен с информационным входом управляемого генератора, выход которого подключен ко входу,цифроаналогового .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 мультиплек-сора, выход которого соединен со 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 кпервому входу сумматора, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, второй вход сумматора является информационным входом устройства.974349 5 0 40 4550 55 5На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит пифро-аналоговый преобразователь 1, внброустановку 2,аналого-цифровой преобразователь 3,фильтр 4 блоки усреднения 5 и 6, блок деления 7, задатчик спектра вибрации 8,сумматор 9, блок умножения 10, управляемый генератор 11, синхронизатор 12,мультиплексор 13, блок регистрации 14. Устройство работает следующим обра эом.Синхронизатор 12 управляет работойвсего устройства. Появление очередногокйпульса на его выходы приводит к анализу-ой составляющей спектра в фильтре 4, к усреднению ее с предыдущимисоставляющими спектра в блоке усреднения, 5, к выдаче на выход блока деления7 заданного уровня м-ой спектральной составляющей к усреднению по экспоненмальному 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 управляющий вход блока усреднения 6 подаетсясигнал, при этом на выходе Слока усреднения 6 записывается постоянное число О. Это число вычитается из числа 9 всумматоре 9, на выходе которого сигнал становится равным нулю, что обеспечивает нулевой сигнал на выходе блока умножения, 10, При этом на внброустановку 2 через управляемый генератор 11 иЦАП 1 подается нулевой сигнал, вибрация на столе виброустановки отсутствует.В результате этого все амплитуды частотных составляющих спектра на выходефильтра 1 равны нулю. При этом нулевые значения спектральных амплитудделятся в блоке делений 7 на значенияамплитуд заданного спекгра, в результате чего на вход блока усреднения 6 по,ступают нулевые сигналы на всех частотных составляющих спектра. При снятии сигнала с управляющего входа блокаусреднения 6 на его выходе происходитв процессе очередного анализа спектравибрации уменьшение сигнала, имеющиетенденпию в дальнейшем происходить позакону падающей экспоненты, Это приводит к появлению на выходе сумматора9 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 ЦАП 1 на 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-за наличия отрицательной обратной связи на выходе блока усреднения 6 образуется для каждой частотной составляющей спек- тра сигнал, несколько меньший числа 9. .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 эадатчиков 8,результат деления усредняется блоком . усроднения 6. В результате того, что выходные сигналы усреднителя для всехчастотных составляющих спектра приблизительно равны между собой (все несколько меньше числа Я), то и результатыделения блока деления 7 для всех частот-ных составляющих спектра также равны между собой. А это означает, что устройство поддерживает,на выходе фильтра 4спектр сигнала по форме, совпадающий сспектром, заданным в задатчике 8. Так как фильтр 4 является линейной системой, то устройство поддерживает на виброустановке спектр вибрации, задаваемыйзадатчиком 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 навыходе блока умножения 10 для каждой частотной составляющей ам,плитуда сигнала изменяется пропорционально 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 3 нение спектра, снимаемого с выхода филь тра 4, и подается через мультиплексор 13 усредненные значения спектра на блок регистрации 14. На его экране можно наблюдатьподавая управляющий сигнал 16 на вход мультиплексора 1 3, то изобретение спектра вибрации, то изображение формы задаваемого спектра, что удобно для их взаимного сравнения.Таким образом, предлагаемое устрой И ство имеет в цепи обратной связи только одно инерционное звено - блок усреднения 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" 2 З рующая цепь. Поэтому выход на режим данного устройства осуществляется значков 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 осуществЛяйгнестацнонарную вибрацию, когда в ходе испытаний спектр вибросигнала существ.венно изменяется в течение времени, так как данное устройство легко отслеживает все изменения спектра, задаваемые за датчиком,40 8выход которого соединен с информациойвым входом управляемого генератора, выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, выходом соедивенного со входом виброустановки, выход которой подключен ко входу аналого-цифро вого преобразователя, выходом связанного с информационным входом фильтра, выход которого подключен к информационному 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 и второго блоков усреднения; фильтра и со входом задатчика спектра вибраций, выход которого подключен к первым вхо :дем блока умножения и блока деления и к первому информационному входу мультиплексора, выход которого соединен со входом блока регистрации, выход фильтра подапочен ко второму входу блока деления, выход которого соединен с информационным входом второго блока усредневи, 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 блокв умножения, а второй вход сумматора является информационным входом устроРства. Формула изобретения 4Устройство для воспроизведения щиро кополосных вибраций, содержащее задаъчик спектра вибраций, блок умножения,Источники информапии,принятые во внимание при экспертизе1. методы и средства автоматизапиинаучных исследований Вычислительнаятехника в машиностроении. 1978, % 4,с, 125-128.2. Патент США Ж 3710082,кл. Ь 01 Р 15/34, опублик 1973974 349 Реда Подписноеитета СССР 3/66 Тираж 914 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Жнаб., д. 4/5 ул. Проектная, 4 файал ППП Патент, г. У Составитель Л. Цаллагова