Итерационный способ управления испытаниями изделий на ударное воздействие

(5) АНИ ЕТ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИД(56) Авторское свидетельство СССРМ 1275395, кл. 6 05 О 19/02, 1985;Авторское свидетельство СССРМ 1133490, кл. 0 01 М 7/00, 1982.Вибрации в технике: Справочник /Подред. М.Д. Генкина. М,: Машиностроение,1981, т, 5, с. 105,(54)ИТЕРАЦИОННЫЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ ИЗДЕЛИЙ НАУДАРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ.Иэобретене относится к испытательнойтехнике и предназначено для использования в машиностроении при разработке систем управления испытаниями изделий навоздействие ударных нагрузок.Известен способ воспроизведенияударных нагрузок, заключающийся в том,что сигнал нагружения формируется путем. умножения случайнго сигнала с заданнымиспектральными характеристиками на некоторый кратковременный модулирующийсигнал заданной формы,Однако данный способ не позволяетвоспроизвести заданную временную зави симость вибропараметра в заданной точкеконструкции.Известен также способ воспроизведения виброударного воздействия, по которо 7 922(57) Изобретение относится к испытатель- ной технике. Целью изобретения является увеличение точности воспроизведения формыударного импульсавиброускорения в заданной точке испытываемого изделия или испытательной оснастки, Способ позволяет достичь указанной цели путем получения на этапе идентификации статистически корректной оценки частотной передаточной функции тракта нагружения с помощью итерационной процедуры экспоненциального сглаживания. Способ позволяет обеспечить защиту объекта от превышения заданного уровня перегрузки на всех этапах управления. Способ может быть рекомендован к использованию при проектирова-. нии автоматизированныхцйфровых систем управления ударными испытаниями. 2 з,п, ф-лы, 1 ил. му предварительно с помощью гармонического сигнала, развертываемого по частоте, определяется передаточная функция тракта нагружения, пересчитывается с помощью преобразования Фурье в импульсную переходную функцию, которая используется для формирования временной зависимости ударного импульса сигнала нагружения,Указанный способ сложен в реализации и не может обеспечить высокую точность воспроизведения ударного процесса вследствие ограниченной точности определения импульсной переходной функции,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ воспроизведения заданной временной зависимости виброускорения при испытаниях на ударное воздействие, по которому управление совершается в два этапа. На первом этапе целевой сигнал виброускорения (эталон), пересчитанкый двойным интегрированием в перемещение, подается при пониженном уровне усиления на вход вибровозбудителя. С выхода датчика виброускорения принимается сигнал обратной связи, после чего определяется комплексный спектр этого сигнала и эталона, Отношение квадрата комплексного спектра эталона к комплексному спектру сигнала обратной связи дает комплексный спектр сигнала нагружения по ускорению для второго этапа, На втором этапе полученный сигнал с помощью обратного преобразования Фурье пересчитывается во временную зависимость сигнала нагружения по ускорению, которая пересчитывается двойным интегрированием в сигнал по перемещению и при номинальном уровне усиления выдается на вибровозбудитель.Недостатком известного способа является невозможность с его помощью обеспечить высокую точность воспроизведения ударного импульса в реальных условиях, т.е. при значительном уровне случайных помех и нелинейных искажений в трактах нагружения и обратной связи, наличии шумов приборови погрешностей измерений.Кроме того, на первом этапе способ . предполагает выдачу. в тракт нагружения эталонного сигнала, что даже при пониженном уровне усиления не гарантирует защиту испытываемого объекта от превышения допустимого уровня по виброускорению, Для пересчета сигнала по ускорению в сигнал по перемещению способ использует двоййое интегрирование, что приводит к большим вычислительным затратам,Цель изобретения - увеличение точности воспроизведения формы ударного импульса виброускорения. в заданной точке "испйтуемого изделия или оснастки.:Указанная цель достигается тем, что согласно способу управления испытаниями на воздействие ударных нагрузок, исйользующему спектральное представление сигналов нагружения и обратной связи, управление разбивают на два этапа, причем на первом этапе для определеня характеристик обьекта используют тестирующие сигналы при пониженном уровне усиления, вычисляют с ихпомощьЮ уточненный сигнал нагружения, на втором этапе полученный сигнал выдают в тракт нагружения при номинальйом усилении,На первом этапе производят итерационную оценку частотной передаточной функции тракта натружения, для чего используют процедуру экспоненциальногосглаживания с переменным коэффициентом усреднения, а именно вычисляют взвешенную нормированную сумму оценки передаточной функции по предыдущим итерациям и отношения комплексного спектра сигнала обратной связи для данной итерации к комплексному спектру сигнала нагружения для данной итерации, причем, комплексный спектр сигнала нагружения для следующей итерации вычисляют как отношение комп 10 лексного спектра эталонного сигнала к оценке передаточной функции, полученной для всех итераций с текущей включительно,после чего по ней с помощью обратного 15 прф.образования Фурье вычисляют временную функцию, которую выдают в тракт. нагружения, причем процедуру вычисления спектральной плотности сигнала нагружения осуществляют для каждой спектральной компоненты независимо, а 20 коэффициент усреднения оценки переда- точкой функции берут одинаковым для всех частотных полос разрешения тотном диапазоне в качестве временной функции сигнала нагружения для итеоации выбирают функцию, имеющую равномерный спектр, например одиночный короткийимпульс малой амплитуды. 30 Могут быть использованы различныезависимости коэффициента усреднения отномера итерации,В простейшем случае коэффициент усреднения выбирают постоянным из диапазона 0.1 и не зависящим от номера итерации, а число итераций определяют как произведение величины, обратной коэффициенту усреднения, и некоторой величины, лежащей в диапазоне 1,10 и выбираемой в 35 Ф 40зависимости от уровня помех.При наличии ограничений на точностьвоспроизведения заданной формы временной зависимости виброускорения ко эффициент усреднения для первойитерации берут равным 1 и в дальнейшем изменяют обратно пропорционально номеру итерации, а итерационный процесс первого этапа продолжают да тех пор, пока 50 величина среднеквадратичного относитель ного уклонения временной зависимостивиброускорения с датчика обратной связи от эталонного не станет меньше заданной величины,55Предлагаемый способ осуществляютследующим образомНа первом этапе для каждой итерациии в каждой частотной полосе разрешения вычисляют текущую среднюю по многим Для получения равномерной точности28 оценки передаточной функции во всем часитерациям оценку передаточной функциитракта возбуждения;К (+1) (1-А( К + А(й) Яо(й)/Я (й) (1) где К(й) - оценка передаточной функции повсем итерациям до М-й включительно;ЯфЧ) - комплексный спектр сигнала обратной связи на этапе Й-й итерации;Ян(й) - комплексный спектр сигнала нагружения для й-й итерации;А(й) - коэффициент усреднения;й - номер итерации.Комплексный спектр сигнала нагружения Я,(й) для каждой итерации определяютс помощью прямого преобразованияФурье,., Отношение Яо(й)/Ян(М) представляетсобой оценку передаточной функции для Ий итерацииКомплексный спектр сигнала нагружения для И+1-й итерации определяют из выраженияЯ(8+1) = Я/К(8+1),(2)где Я- компексный спектр целевой функции(эталона); Ян(й) - комплексный спектрсигнала нагружения для И+1-й итерации.Из (2) следует, чтоЯ.(и) - ЯВ(М) (3)Исключая с помощью (2) и (3) К иК(И+1) из (1) и вводя индекс, задающий номер частотной полосы разрешения, получают итерационную формулу управления длявычисленйя сигнала нагружения нэ любойитерацйи первого этапа, удобную для реализации в устройстве;Я.(и+1.,М) ==Ян(И,М)У(1+А(й) (Я.(И,М)I Я(М)-1, (4)М = 1,21,где М - номер частотной полосы разрешения; .Е. - количество разрешаемых частотныхполос,Таким образом, среднюю по многимитерациям оценку передаточной функции впроцессе управления явно не вычисляют,хотя в любой момент она может быть получена из выражения (3).Временную последовательность сигнала нагружения для каждой следующей итерации получают из комплексного спектра, Ян(1 ч+1) с помощью обратного преобразования фурье,После завершения первого этапа сформированный сигнал нагружения выдают втракт нагружения при номинальном усилении.На чертеже изображена структурнаясхема устройства для осуществления предлагаемого способа.5 образователь 4, усилитель 5, вибровозбуди 10 30 35 15 20 25 Устройство для управления испытаниями на воздействие ударных нагрузок содержит блок 1 управления, блок 2 памяти, процессор 3 ОБПФ, цифроаналоговый претель 6, усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8. коммутатор 9, процессор 10 БПФ, блок 11 памяти, блок 12 деления, сумматор 13, блок 14 умножения,сумматор 15, блок 16 деления, регистры 17 - 19 и счетчик 20, причем входами устройства являются первый вход блока 1 управления, информационный вход регистра 18, второй информационный вход коммутатора 9 и вход занесения счетчика 20, а первый - девятый выходы блока 1 управления подключены соответственно к управляющим входам блока 2 памяти, процессора 3 ОБПФ, усилителя 5, усилителя 7, коммутатора 9, процессора 10 БПФ, блока 11 памяти, регистра 18 и счетчика 20, причем выход переполнения последнего подключен к второму входу блока 1 управления.Кроме того, выход блока 2 памяти подключен к входу делимого блока 16 деления и к информационному входу процессора 3 БПФ, выход которого подключен к входу цифрового преобразователя 4, выход которого подключен к информационному входу усилителя 5, выход которого подключен к входу вибропреобразователя б, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 8, выход которого подключен к первойу информационному входу коммутатора 9; выход которого подключен к информационному входу процессора 10 БПФ, выход которого подключен к второму информациойному входу блока. 2 памяти, входу делимого блока 12 деления и к информационному входу блока 11 памяти,выход которого подключен к входу делителя блока 12 деления, выход которого подключен к первому входу сумматора 13, к второму входу которого подключен;выход регистра 17, э его выходподключен к первому входу блока 14 умножения, к второму входу которого подключен"выход регистра 18, а его выход подключен к йервому входу сумматора 15, к второму входу которого подключен выход регистра 19, а его выход подключен к входу делителя блока 16 деления, выход которого подключен к первому информационному входу блока 2 памяти,Устройство реализует способ по алгоритму, описываемому. формулой (4), и работает следующим образом,Регистры 17 и 19 являются постоянными запоминающими устройствами, причем первый содержит положительную единицу, а второй - отрицательную,Предварительно по командам от устройства управления в счетчик 20 загружается количество итераций первого этапа, в регистр 18 загружается соответствующее значение постояной усреднения. После это го в процессор БПФ через коммутатор 9 загружается массив кодов временной выборки целевого сигнала (эталона). Завершив преобразование, процессор 10 БПФ выдает полученный массив кодов комплек сного спектра эталона, который заносится в блок 11 памяти, где и сохраняется в течение всего первого этапа. Затем через коммутатор 9 в процессор 10 БПФ загружается массив кодов временной выборки 15 сигнала нагружения для первой итерации, спектральнзя плотность этого сигнала эа гружаетсч в блок 2 памяти. По команде от устройства управления усилитель 5 переходит в состояние с пониженным коэффи циентом усиления; а усилитель 7 - с повышенным, причем если коэФфициент усиления первого уменьшается в К раз, то коэффициент усиления второго во столько же раз повышается; Коммутатор 9 переклю чается в состояние, при котором цифровые коды поступают на выход с первого информационного входа, после чего устройство готово к работе.По команде оператора устройство начинает выполнять циклическую процедуру " первого этапа. Каждый итерационный цикл управления начинается с того, что по команде блока 1 управления массив комплексного спектра сигнала нагружения переписывает . ся из блока 2 памяти в процессор 3 ОБПФ.По завершении преобразований массив сигнала нагружения по одному отсчету выдается на цифроаналоговый преобразователь 4, с выхода которого аналоговый 40 сигнал, ослабленный усилителем 5, поступает на вибровозбудитель б. Сигнал обратной связи с датчика виброускорения (не показан) усиливается усилителем 7 и преобразуется аналого-цифровым преобраэова телем 8 в непрерывную последовательность кодов, поступающих через коммутатор 9 на вход процессора 10 БПФ, который прийимает массив отсчетов сигнала обратной связи.синхронно с выдачей массива сигнала 50 нагружения процессора 3 ОБПФ, причем синхронность обеспечивается управляющими сигналамй из блока 1 управления. По завершении ввода процессор 10 БПФ вычисляет комплексный спектр сигнала обрат ной связи для текущей итерации. Послеэтого по сигналам от блока 1 управления одновременйо и синхронно блоки 2 и 11 памяти и процессор 10 БПФ начинают по-штучно выдавать отсчеты соответствующих комплексных спектров на входы блоков 12 и 18 деления, Блоки 12-16 производят обработку одновременно поступающих троек отсчетов и для каждой такой тройки вычисляет по формуле 4) один отсчет комплексного спектра сигнала нагружения для следующей итерации, после чего этот отсчет записывается в блок 2 памяти на место только что прочитанного. По завершении вычисления всех отсчетов блок 1 управления выдает сигнал, по которому счетчик 20 уменьшает содержащийся в нем код на единицу и, если этот код стал нулем, устанавливает сигнал переполнения, Блок 1 уп авления аннулирует этот сигнал и, если он отсутствует, переходит к следующей итерации, Циклический процесс управления, таким образом, замыкается.Если в конце очередной итерации блок 1 управления обнаруживает сигнал переполнения от счетчика 20, то усилители 5 и 7 переводятся в состояние с номинальным усилением, выполняется еще одна итерация, в процессе которой на вибровозбудитель подается сигнал. нагружения номинального уровня, после чего управление заканчивается и устройство переходит в исходное состояние;Предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает улучшение точности воспроизведения заданной временной зависимости виброускорения в любой заданной точке испытуемого обьекта эа счет того, что обеспечивает последовательную многократную коррекцию сигнала нагружения, позволяющую существенно уменьшить влияние помех и погрешностей измерений, а также обеспечивает защиту испытуемого обьекта от превышения заданного уровня нагружения на этапе идентификации, Кроме того, он не требует связанного с большими вычислительными затратами пересчета сигнала нагружения по ускорению в сигнал по перемещению,Формула изобретения 1, Итерационный способ управления испцтайиями изделий на ударное воздействие, заключающийся в том, что определяют характеристики тракта нагружения и с их учетом определяют уточненный сигнал нагружения, затем в заданной точке обьекта воспроизводят полученный сигнал при номинальном усилении в тракте нагружения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения"точности воспроизведения заданной формы сигнала в точке контроля, определение характеристикитракта нагружения, а именно частотной передаточной функции, производят итерационно,причем оценку частотной передаточнойфункции для (8+1)-й итерации вычисляют вкаждой частотной полосе разрешения каквзвешенную нормированную сумму отношения комплексного спектра сигнала обратной связи для й-й итерации ккомплексному спектру сигнала нагружения .для М-й итерации и оценки частотной передаточной функции, вьчисленной по Йпредыдущим итерациям, причем коэффи Оциент усреднения выбирают одинаковым,для всех частотных полос разрешения, ауточненный сигнал нагружения для (И+1)-йитерации определяют Фурье-преобразованием отношения комплексного спектра эталонного сигнала к средней оценкечастотной передаточной функции тракта нагружения в каждой частотной полосе разрешения. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что коэффициент усреднения берут постоянным из диапазона 0.1 и не зависящим от номера итерации, а количество итераций определяют как произведение величины, обратной коэффициентуусреднения, и некоторой величины, лежащей в диапазоне 1.10 и выбираемой произвольно.3, Способ по п,2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что коэффициент усреднения для йервой итерации берут равным 1 и в дальнейшем изменяют обратно пропорционально номеру итерации, а итерационный процесс первого этапа продолжается до тех пор; пока величина среднеквадратичного относительного уклонения временной зависимости виброускорения с датчика обратной связи от эталонного не станет меньше заданной величины,.водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2495 ВНИИПИ Го Составитель О, НосовТехред М.Моргентал Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5