Стенд для испытания конструкций

(5 Ц 5 6 01 М 7/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ДЕТЕЛ ЬСТВУ ТОРСКОМУ преобразователя 7 паГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Специализированный проектный конструкторско-технологический институт по разработке и внедрению автоматизированных систем для оборудования с программным управлением(56) Ионова Н,ЮСоломашенко Н.Г. - Принципы построения АСУТП стендовых испытаний сельскохозяйственных машин, их узлов и агрегатов. - Тракторы и сельхозмашины, 1988, М 6, с. 27.Авторское свидетельство СССР М 1283569, кл. 6 01 М 7/00, 1987.(54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ(57) Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для прочностных испытаний конструкций. Целью изобретения является повышение точности управления и адекватности стендовых испытаний эксплуатационным. Цель достигается тем, что в стенд для испытания конструкций, содержащий последовательно соединенные усилитель 4.мощности, исполнительный орган 5, силовозбудитель 6 и контур обратной связи, включающий преобразователь 7 параметра нагружения, настраиваемый регулятор 2, блок 3 динамического анализа и ЭВМ 1, причем первый вход настраиваемого регулятора 21739239 раметра нагружения и с входом ЭВМ 1, остальные входы настраиваемого регулятора 2 соединены с выходами ЭВМ 1, выход настраиваемого регулятора 2 соединен с входом блока 3 динамического анализа, с первым входом усилителя 4 мощности и с входом ЭВМ 1, второй вход усилителя 4 мощности соединен с выходом ЭВМ 1, второй и третий входы блока 3 динамического анализа подключены к выходу преобразова-. теля 7 параметра нагружения и к выходу ЗВМ 1 соответственно, а его выход соединен с входом ЭВМ 1, вводятся последовательно соединенные импульсный генератор 23 и счетчик 24 адреса со схемой управления Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для прочностных испытаний конструкций,Рассматриваемая проблема касается вопроса организации процесса выдачи уставок управления, измерения параметров и формирования процесса нагружения в контуре автоматизированного электрогидравлического стенда,Известны стенды с двухуровневой системой управления 1, организованные по принципу разделения функций управления и измерения между двумя уровнями управления, однако подобное исполнение стенда неэкономично и снижает его надежность. Известен также стенд для испытания конструкций, содержащий последовательно соединенные усилитель мощности, исполнительный орган, силовозбудитель и контур обратной связи, включающий преобразователь параметра нагружения, настраиваемый регулятор, блок динамического анализа и электронно-вычислительную машину (ЗВМ), первый вход настраиваемого регулятора соединен с выходом преобразователя параметра нагружения и с входом ЗВМ, другие входа настраиваемого регулятора соединены с выходами ЭВМ, выход настраиваемого регулятора соединен с входом блока динамического анализа, с первым входом усилителя мощности и входом ЭВМ, второй вход усилителя мощности соединен с выходом ЭВМ, другие два входа блока динамического анализа подключены к выходу преобразователя параметра нагружения и к выходу Э ВМ соответственно, а его выход соединен с входом ЗВМ. 5 10 15 20 25 30 35 чтением, цифроаналоговый преобразователь 22, подключенный к настраиваемому регулятору 2 и ЭВМ 1, вход импульсного генератора 23 соединен с выходом ЭВМ 1, которая дополнительно содержит два буфера 19 и 20 данных, информационные входы и входы управления записью которых подключены к информационным и управляющим шинам ЭВМ 1, адресные входы подключены к шинам управления ЭВМ 1 и выходу счетчика 24 адреса со схемой управления чтением, а выходы буферов 19 и 20 данных объединены и подключены к входу цифроаналогового преобразователя 22, 2 Недостатком известного стенда является понижение точности воспроизведения. закона нагружения при повышении частотывоспроизводимого закона из-за ограниченных временных возможностей средств управляющей вычислительной техники и, какследствие, уменьшение количества дискретных точек сигнала управления, приходящихся на один период закона нагружения.Кроме этого, вследствие максимальной занятости процессора ЭВМ организацией последовательной выдачи уставокуправления, практически невозможна реализация случайного процесса нагружения,требующего участия процессора ЭВМ вбольшом количестве вычислительных операций по формированию реализаций конечной длины в заданном спектре нагрузок, чтоснижает адекватность стендовых испытаний эксплуатационными.Цель изобретения - повышение точности управления и адекватности стендовыхиспытаний эксплуатационным.Поставленная цель достигается тем, чтостенд позволяет освободить процессорЭВМ от последовательной выдачи в реальном масштабе времени уставок сигнала управления и увеличить время наформирование случайного процесса нагружен ия.На фиг.1 приведена структурная схемастенда; на фиг.2 - укрупненный алгоритмработы стенда,Стенд содержит ЭВМ 1, настраиваемыйрегулятор 2, блок 3 динамического анализа,усилитель 4 мощности, исполнительный орган 5, силовозбудитель 6, преобразователь7 параметра нагружения.ЭВМ 1 содержит процессор 8, подключенный шиной 9 адреса к дешифратору 10 адреса и адресному коммутатору 11 и соединенный шиной 12 данных и шиной 13 управления с буфером 14 данных, многоканальным модулем 15 цифроаналогового преобразователя, модулем 16 аналого-цифрового преобразователя, модулем 17 ввода- вывода дискретных сигналов. Блок 18 памяти соединен с буфером 14 данных и адресным коммутатором 11, а также посредством шины 12 данных и шины 13 управления - с первым и вторым входами буфера 19 данных и с первым и вторым входами буфера 20 данных.Силовозбудитель 6, исполнительный орган 5, усилитель 4 мощности и преобразователь 7 параметра нагружения соединены последовательно. Первый вход настраиваемого регулятора 2 соединен с выходом преобразователя 7 параметра нагружения и с входом ЭВМ 1, остальные входы настраиваемого регулятора 2 соединены с выходами ЭВМ 1, а его выход через блок 3 динамического анализа подключен к первому входу модуля 17, к первому входу усилителя 4 мощности и второму входу модуля 16. Второй вход усилителя 4 мощности соединен с выходом ЭВМ 1. Второй и третий входы блока 3 динамического анализа соединены с выходом преобразователя 7 параметра на. гружения и с выходом ЭВМ 1 соответственно. Силовозбудитель 6 соединен с испытываемой конструкцией 21, Стенд также содержит цифроаналоговый преобразователь 22, импульсный генератор 23 и счетчик 24 адреса со схемой управления чтением. Вход цифроаналогового преобразователя 22 соединен с выходами буферов 19 и 20 данных, а выход - с вторым входом настраиваемого регулятора 2. Вход импульсного генератора 23 соединен с вторым выходом модуля 17, а выход - с входом счетчика 24 адреса со схемой управления чтением. Первый выход счетчика 24 адреса со схемой управления чтением соединен с адресными входами буферов 19 и 20 данных. Второй выход счетчика 24 адреса со схемой управления чтением соединен с третьим входом буфера 20 данных, а третий выход счетчика 24 адреса со схемой управления чтением - с третьим входом буфера 19 данных.Стенд работает следующим образом, Управление испытаниями осуществляется.от ЭВМ 1, являющейся задатчиком программы нагружения, Программа проведения испытаний содержится в ячейках блока 18 памяти, Обмен информацией между блоком 18 памяти и процессором 8 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55(чтение команды, запись или чтение чисел) осуществляется путем подачи с процессора 8 кода адреса по шине 9 адреса на адресный коммутатор 11.Адресный коммутатор 11 возбуждает определенную ячейку блока 18 памяти, информация о которой при подаче соответствующей команды (" Чтение", "Запись" ) по шине 13 управления через буфер 14 данных, шину 12 данных поступает в процессор 8. Обмен информацией между блоком 18 памяти и процессором 8 осуществляется в процессе формирования реализации определенной длины, предназначенной для последующей обработки,Обмен информацией между процессором 8 и модулями 15 - 17 отличается от описанного лишь тем, что код адреса модуля поступает на дешифратор 10 адреса и наличием сигнала "Готовность" на одном из входов модуля 17, который прерывает программу проведения испытаний.Сформированная реализация (по мере формирования) нагружения конструкции при подаче процессором команды "Запись" путем подачи с процессора 8 кода адреса по шине 9 адреса на адресный коммутатор 11, последующего прохождения через блок 18 памяти и буфер 14 данных, поступает в буфер 19 данных до полного его заполнения, Окончание заполнения информацией (таблицей нагружения, состоящей из ординат функции нагружения) буфера 14 данных завершается подачей процессором 8 .через модуль 17 сигнала начала работы (нагружения конструкции) на импульсный генератор 23.Точность отработки программы нагружения повышается тем, что перед проведением испытаний определяются оптимальные параметры настройки регулятора 2, для чего снимаются амплитудно-фазовая и амплитудно-частотная характеристики объекта "Стенд - испытываемая конструкция". Для этого на третий вход регулятора 2 с первого выхода модуля 17 подается сигнал на выключение регулятора, а на второй вход усилителя 4 мощности поступает сигнал специальной формы с пятого выхода модуля 15, который с помощью исполнительного органа 5 и силовозбудителя 6 преобразуется в усилие, которое воздействует на испытываемую конструкцию 21, Сигнал реакции стенда через преобразователь 7 поступает на первый вход модуля 16. Э ВМ 1, используя специал ьные программы, формирует специальные программы-сигналы, соответствующие величине коэффициентов настройки регулятора 2 (усиление, величинадифференциальной и интегральной составляющих), Эти сигналы с второго, третьего и четвертого выходов модуля 15 подаются на четвертый, пятый и шестой входы настраиваемого регулятора 2 соответственно, что обеспечивает его настройку на конкретный объект с определенными динамическими характеристиками. Затем снимается сигнал отключения настраиваемого регулятора 2, присутствующий на его третьем входе, про-. водится подробный запуск и производится коррекция настройки регулятора 2. Если в схеме стенда применяются несколько силовозбудителей, настройка регулятора каждого канала нагружения осуществляется с учетом влияния остальных каналов (не показаны).После настройки регулятора 2 ЭВМ 1 приступает к управлению испытаниями по данной программе нагружения. При этом процессор 8 через модуль 17 (его второй выход) подает сигнал включения на вход импульсного генератора 23. Импульсный генератор 23, предварительно настроенный на определенную частоту, начинает формировать импульсы, которые с выхода импульсного генератора 23 синхронно поступают на вход счетчика 24 адреса со схемой управления чтением.Первым заполняется информацией о реализации нагружения конечной длины буфер 19 данных, поэтому счетчик 24 адреса со схемой управления чтением после поступления первого сигнала от импульсного генератора 23 передает на адресный вход буфера 19 данных адрес первой ячейки памяти буфера 19 данных, Сигнал, поступающий с третьего выхода счетчика 24 адреса со схемой управления чтением на третий вход буфера 19 данных, является сигналом "Чтение", поэтому из ячейки, адрес которой поступил от счетчика 24 адреса со схемой управления чтением, на адресный вход буфера данных 19, на цифроаналоговый преобразователь 22 поступает код сигнала (ординаты нагружения), который, преобразуясь цифроаналоговым преобразователем 22 в аналоговый вид (напряжение 0 - 10 В или ток 0 - 5 мА), поступает на второй вход настраиваемого регулятора 2. Данный сигнал соответствует амплитуде заданного параметра нагружения, он сравнивается с сигналом обратной связи, поступающим с выхода преобразователя 7 на первый вход настраиваемого регулятора 2, Настраиваемый регулятор 2 вырабатывает сигнал рассогласования, поступающий с его выхода на первый вход усилителя 4 мощности и первый вход блока 3 динамического анализа. Усиленный усилителем 4 мощности сигнал рассогласования поступает на исполнительный орган 5, воздействующий на силовозбудитель 6, который имитируетэксплуатационные нагрузки на конструк 5 цию 21.После выработки первого импульсаимпульсный генератор 23 вырабатываетвторой импульс, счетчик 24 адреса со схемой управления чтением формирует следу 10 ющий, увеличенный на единицу адрес и избуфера 19 данных на цифроаналоговый преобразователь 22 поступает код, соответствующий второй ординате функциинагружения. Данная операция продолжает 15 ся до отработки информации, содержащейся в буфере 19 данных(выработки счетчиком24 адреса со схемой управления чтениемпоследнего адреса буфера 19 данных). Вовремя чтения данных из буфера 19 данных20 процессор 8 формирует вторую реализациюнагружения конечной длины и описаннымвыше способом заполнят буфер 20 данных(аналогично заполнению буфера 19 данных).Емкость буферов 19 и 20 данных одинакова,25 запись и чтение происходят с одинаковойдискретностью, поэтому к моменту выработки данных из буфера 19 данных буфер 20данных уже заполнен информацией о следующей реализации нагружения. Когда счет 30 чик 24 адреса со схемой управлениячтением формирует на своем первом выходеадрес первой ячейки памяти буфера 20 данных, сигнал "Чтение" с третьего выходасчетчика 24 адреса со схемой управления35 чтением снимается, а на его втором выходепоявляется аналогичный сигнал "Чтение",поступающий на третий вход буфера 20 данных. Начинается управление по данным, содержащимся в памяти буфера 20 данных, а40 буфер 19 данных описанным выше образомзаполняется следующей реализацией нагружения конечной длины,Принцип работы блока 3 динамическогоанализа состоит в следующем. На третий45 вход блока 3 с первого выхода модуля 15ЭВМ 1 после проведения контрольных испытаний и установки уточненных значенийнастроек регулятора 2 подается сигнал, соответствующий допустимому отклонению50 сигнала рассогласования. После этого ЭВМ1 прекращает опрос сигнала рассогласования (второй вход модуля 16) и возобновляетего лишь в случае прихода на вход модуля17 сигнала с выхода блока 3, свидетельству 55 ющего об отклонении разницы междусигналами рассогласования и обратной связи навеличину, превышающую заданное допустимое отклонение. Сигнал обратной связипоступает с выхода преобразователя 7 навторой вход блока 3, где сравнивается с1739239 10 50 55 сигналом рассогласования, приходящим на первый вход блока 3 динамического анализа от выхода настраиваемого регулятора 2. Результат сравнения блоком 3 сравнивается с заданным допустимым отклонением (третий вход блока 3). При возникновении на выходе блока 3 сигнала, поступающего на вход модуля 17 ЭВМ 1 начинает опрос первого входа модуля 16, соединенного с выходом преобразователя 7. Э В М 1 анализирует полученную информацию, происходит изменение настроек регулятора 2, корректируя по специальным программам скорость и амплитуду нагружения и выдавая соответствующие сигналы на четвертый, пятый и шестой входы регулятора 2 с второго, третьего и четвертого выходов модуля 15.Периодически, путем опроса первого входа модуля 16, на который поступают сигналы с выхода преобразователя 7, контролируется форма отрабатываемой программы нагружения, т,е, воспроизводимость заданной программы. Если после проведения коррекции настроек регулятора 2 последующий анализ сигналов на первом и второй входах модуля 16 свидетельствуют о "возвращении" процесса в заданный точностной режим нагружения и сигнал на входе модуля 17 отсутствует, то испытания продолжаются, если же результаты анализа отрицательны и сигнал на вход модуля 17 продолжает поступать, что означает неисправность оборудования стенда или нарушение состояния (разрушение) конструкции, ЭВМ 1 производит постепенную разгрузку стенда.Таким образом, в процессе работы стенда осуществляется контроль точности, достоверности и воспроизводимости процесса нагружения, а также повышается точность отработки закона нагружения при повышении его частоты за счет возможности выдачи сигналов управления (уставок управления) с частотой, выше возможности операционных систем современных отечественных ЭВМ, при этом процессор ЭВМ разгружается от функций выдачи уставок уп 10 15 20 25 30 35 40 45 равления и получает возможность формировать реализации нагружения, в том числе и по случайному закону с заданными спектральными характеристиками, что повышает адекватность стендовых и эксплуатационных испытаний конструкций. ф ормула изобретения Стенд для испытания конструкций, содержащий последовательно соединенные усилитель мощности,. исполнительный орган, силовозбудитель и контур обратной связи, включающий преобразователь параметра нагружения, настраиваемый регулятор, блок динамического анализа и ЭВМ, первый вход настраиваемого регулятора соединен с выходом преобразователя параметра нагружения и с входом ЭВМ, другие входы настраиваемого регулятора соединены с выходами ЭВМ, выход настраиваемого регулятора соединен с входом блока динамического анализа, с первым входом усилителя мощности и с входом Э ВМ, второй вход усилителя мощности соединен с выходом ЭВМ, другие два.входа блока динамического анализа подключены к выходу преобразователя параметра нагружения и к выходу ЭВМ соответственно, а его выход соединен с входом ЭВМ, о т л и ч а ю щ и й с я тем., что, с целью повышения точности управле ния и адекватности стендовых испытани;", эксплуатационным, он снабжен последовательно соединенными импульсным генератором и счетчиком адреса со схемой управления чтением, цифроаналоговым преобразователем, подключенным к настраиваемому регулятору,. двумя буферами данных, вход импульсного генератора соединен с выходом ЭВМ, информационные входы и входы управления записью буферов данных подключены к информационным и управляющим шинам ЭВМ, адресные входы подключены к шинам управления ЭВМ и выходу счетчика адреса со схемой управления чтением, а выходы двух буферов данных объединены и подключены к входу цифроаналогового преобразователя.1739239 Составитель К,ТавлиноТехред М.Моргентал едакт ап орректор Н,Турховская роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 1 Э 3 Т Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5