Система формирования спектра широкополосных случайных вибраций

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ъ л т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОтнРытии(711 Казанский ордена ТрудовогоКрасного Знамени и ордена Дружбынародов авиационный институтим.А.Н.Туполева(56) 1. Авторское свидетельство СССУ 410328, кл. 6 01 М 7/00, 1971.2. Авторское свидетельство СССРИф 578639, кл. С О 1 М 7/00, 1974(54)(57) СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ СПЕКТРА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ВИБРАЦИЙ, содержащая вибровозбудитель, параллельные каналы формирования, каждый из которых включает прямую цепь с последовательно соединенными генератором белогошума, двухвходовым сумматором, полосовым фильтром и регулируемым усилителем, и цепь положительной обратной связи, включающую последовательно соединенные виброизмерительный преобразователь и регулируемый аттенюатор, выход которого подключен к второму входу двухвходового сумматора, блок сравнения, один из входов которого подключен к задатчику программы, а выход - к управляющим входам регулируемых усилиеля и аттенюатора, и измеритель дисперсии, вход которого подключен к 8011575 7 А 4(51) С 05 Р 19/02// 6 01 выходу регулируемого усилителя, атакже общий для всех каналов сумматор, с вькодом которого соединенвибровозбудитель о т л и ч а ю -щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и надежностив каждыйканал формирования введены последовательно соединенные второй измерительдисперсии, подключенный к выходугенератора белого шума, умножитель,управляемый умножитель, первое вычитающее устройство и последовательносоединенные первый делитель, второй .делитель, второе вычитающее устройство, второй блок сравнения и управ"ляемый ключ, а также источник опорного сигнала, выход умножителя соединен с первым входом первого делителя, второй вход которого соединен свыходом первого измерителя дисперсии,соединенным также с вторым входомпервого вычитающего устройства,выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения, регулируемый усилитель имеет дополнительный выход, соединенный с управляющимвходом управляемого умножителя ивторым входомвторого делителя,второйвходвторого вычитающего устройства сое"динен с первым выходом источникаопорного сигнала, второй выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, второй вход управляемого ключа соединен с выходом регулируемого усилителя, а выход управ"ляемого ключа " с входом общего сумматора.1157527 Изобретение относится к управлению вибрациями, а именно к системам формирования спектра широкополосных случайных вибраций, и может быть использовано при проведении вибраци анных испытаний изделий.Известна система формирования спектра широкополосных случайных вибраций содержащая генератор шума, соединенный с сумматором, и вибровозбудиталь с виброизмерительным преобразователем, соединенным с набором паласовых фильтров. Выходы паласовых фильтров через измерителидисперсии связаныс блокамисравнения, 15 сигналы с блоком сравнения управляют коэффициентами передачи аттенюаторов, на выходы которых поступают сигналы с паласовых фильтров. Выходы аттенюаторов соединены с общим сумматором, 20 что обеспечивает регулировку величины обратной связи 111.Недостатком этой системы является то, что значительная глубина обратной связи, необходимая для обес печения динамического диапазона, порождает жесткие требования к стабильности элементов цепи положительной обратной связи для исключения воэможности самовозбуждения, ЗОНаиболее близкой к изобретению по технической сущности является системаформирования спек;гра случайных вибраций, содержащая вибровозбудитель, параллельные каналы формирования, каждый из которых включает прямую цепь с последовательно соединенными пенератором белого шума, двухвходозым сумматором, паласовым. фильтром и регулируемым усилителем, и цепь положительной обратной связи, включающую последовательно соециненные виброиэмерительный преобразователь и регулируемый аттенюатор, выход которого. подключен к второму входу двухвходоваго сумматора, блок сравнения, один из входов которого подключен к задатчику программы, а выход - к управляющим входам регулируемых усилителя и аттепюатора, и измеритель дисперсии, вход которого подключен к выходу регулируемого усилителя, а также общий для всех каналов сумматор, с выходом которого саединенвыбровозбудитель 21 55Недостаток этой систеггы связан с тем, что в каждом канале формиро,вания на выходе регулируемого усилигтеля.осуществляется измерение дисперсии сигнала, состоящего из двух компонент: сигнала обратной связи с выхода г-го регулируемого аттенюатора в 1-й полосе частот и сигнала генератора шума в этой же полосе частот, При этом йолезным сигналом, несущим информацию об уровне вибраций в контролируемой точке изделия в 1-й полосе частот, является сигнал обратной связи с выхода 1-го регулируемого аттенюатора, по результату измерения дисперсии которого необходимо осуществлять регулировку коэффициента усиления -го регулируемого усилителя. Управление же коэффициентом усиления 1-го регулируемого усилителяв известном устройстве по результатуизмерения суммарной дисперсии двухсигналов существенно снижает точностьформирования, Кроме того, при необходимости формирования большого динамического диапазона уровня вибрациии при изменении динамической характеристики тракта "вибровозбудитель -изделие" в процессе испытания возможно самовоэбуждение отдельных каналов формирования, за счет приближения к единице значения коэффициента положительной обратной связи, что снижаетнадежность системы. Целью изобртетения является повыигение точности формирования заданного спектра вибрации и надежности системы аЭта цель достигается тем, что в системе Формирования спектра широкополосных случайных вибраций, содержащей внбровоэбудитель, параллельные каналы формирования, каждый иэ которых включает прямую цепь с последовательно соединенными генератором белого шума, двухвходовым сумматором, паласовым фильтром и регулируемым усилителем, и цепь положительной обратной связи, включающую последова - тельно соединенные вибраизмерительный преобразователь и регулируемый аттенюатор, выход которого подключен к второму входу двухвходового сумматора,ч блок сравнения, один из выходов которого подключен к эадатчику програггмы, а выход - к управляющим входам регулируемых усилителя и аттенюатора, и измерительдисперсии, вход которого подключен к выходу регулируемого усилителя, а также общийдля всех каналов сумматор, с выходом которого соединен виброноэбудитель, в каждый иэ каналов формирования введены последовательно соединенные второй измеритель дисперсии, подключенный к выходу генератора белого шума, умножитель, управляемый умножитель, первое вычитающее устройство и последовательно соединенные перный делитель, второй делитель,вто- О .рое вычитающее устройство, второй блок сравнения и управляемый ключ, а также источник опорного сигнала, выход умножителя соединен с первым входом первого делителя, второй вход 5 которого соединен с выходом первого измерителя дисперсии, соединенным также с вторым входом первого вычитающего устройства,. выход которого соединен с вторым входом перво го блока сравнения, регулируемый усилитель имеет дополнительный выход, соединенный с управляющим входом управляемого умножителя и втооым входом втооаго делителя. втооой вход 25 второго вычитающего устройства, соединен с пеовым выходом источника опорного сигнала, второй выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, второй вход 30 управляЕмого ключа соединен с выходом регулируемого усилителя, а выход управляемого ключа - с входом общего сумматора.Введение упомянутых элементов35 позволяет учесть при измерении спектра неуправляемую составляющую, вносимую генератором белого шума, и исключить самовозбуждение системы за счет контроля коэффициента поло-40 жительной обратной связи в каждом канале формирования и отключения канала при превышении коэффициентом допустимого значения.На фиг. изображена блок-схема 45 предлагаемой системы; на фиг.2 -спектрограммы, поясняющие работу системы, где С - спектр сигнала на выходе генератора белого шума, амйлитуднц-частотная характеристи ка АЧХ1-го полосового фильтра;С - спектр сигнала на входе регулируемого аттенюатора; С - спектр сигнала на выходе 1-го двухвходового сумматора; С, - спектр сигнала 551на выходе -го полосового фильтра;С - спектр сигнала иа выходе -го Рурегулируемого усилителя. В каждом канале формирования генератор 1 белого шума, служащий источником широкополосных сигналон, соединен через двухвходовый сумматор 2 с полосовым фильтром 3, выход которого связан с соответствующим Регулируемым усилителем 4. Общий сумматор 5 служит для суммирования сигналов регулируемых усилителей 4, а выход его связан с входом вибровозбудителя 6. Виброиэмерительный преобразователь 7, установленный на столе вибровозбудителя 6, через регулируемый аттенюатор 8 соединен с, вторым входом двухвходового сумматора 2 каждого канала. Выход регулируемого усилителя 4 соединен с первым измерителем 9 дисперсии, а управляющие входы регулируемых усилителя 4 и аттенюатора 8 соединены с выходом первого блока 10 сравнения, один иэ входов которого подключен к задатчику программы (на блок схеме .обозна чен стрелкой с индексом Б ), К генератору 1 белого шума подключена цепь из последовательно соединенных второго измерителя 11 дисперсии, умножителя 12, управляющего умножителя 13 и первого вычмтывающего устройства 14, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя 9 дисперсии, а выход - с вторым входом первого блока 1 О сравнения. К выходу умно - жителя подключена цепь из последонательно соединенных первого делителя 15, второй вход которого соедцнен с выходом первого измерителя 9 дисперсии, второго делителя 16, второй вход которого соединен с дополнительным выходом регулируемого усилителя 4; соединенного также с управляющим входом управляемого умножителя 13, второго вычитающего устройства 17, второго элемента 18 сравнения и управляемого ключа 19, второй вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя 4, а выход - с соответствующим входом общего сумматора 5. Вторые входы второго вычитающего устройства 17 и второго блока 18 сравнения соединены, соответственно с первым и вторым входами источника 20 опорного сигнала.Система работает следующим образом.Сигналы с. выходов генераторов 1 белого шума через двухвходовые суь- маторы 2 и полосовые фильтры Э по1157527 9го поступает сигнал с выхода измерителя 9 дисперсии, дисперсия которого соответствует 1-му формируемому узкополосному сигналу на выходе прямой цепи при положительной обрат нои связи. В первом делителе 15 осуществляется операция деления сигнала, поступающего на второй вход, на сигнал, поступающий на первый вход, в результате чего получается значение Кос- коэффициента усиления канала формирования при положи- тельной обратной связи, С выхода первого делителя 15 сигнал, соответствующий значению К в данный момент 15 времени, поступает на первый вход второго делителя 16, на второй вход которого поступает сигнал с дополнительного выхода регулируемого усилителя 4, соответствующий коэффициен ту усиления К прямой цепи канала формирования. В результате операции деления на выходе второго делителя 16 имеем сигнал, соответствующий отношению К/Кр, который поступает на пер вый вход второго вычитающего устройства 17, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода источника 20 опорного сигнала, соответствующий условной единице в приня-ЗО том масщтаое единиц.На выходе второго вычитающего устройства 17 получается сигнал, соответствующий значению 1 - К/К, ,который поступает на первый вдох блока 18 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с второго выхода источника 20 опорного сигнала, соответствующий значению 0,9-0,99,Конкретная величина сигнала выби- о рается в зависимости от типа испытуемого иэделия и номера канала формирования 1,зависит от инерционностей цепей измерения дисперсии узкополосных сигналов). В случае превышения сигнала на первом входе второго блока 18 сравнения соответствующего значению 1 - К/К , над сигналом на втором входе, на выходе появляется сигнал рассогласования, который указывает на возможность самовозбуждения данного ,канала Формирования (т,е. запас по устойчивости крайне мал, он определяется разностью между единицей и значением сигнала на втором входе блока 18 сравнения, например 0,05 ), С выхода блока 18 сравнения сигнал рассогласования поступает на управляющий вход управляемого ключа 19. При этом происходит отключение выхода регулируемого усилителя 4 от соответствующего входа общего сумматора 5 и тем самым исключается самовозбужденне данного канала.Практическая реализация изобретения не вызывает принципиальных труД- костей. Генераторы шума, полосовые фильтры, регулируемые усилители, аттенюаторы, сумматоры, вычитающие устройства, измерители дйсперсии, ум ножители могут быть выполнены на базе операционных усилителей серии К 140, В качества блока сравнения может быть использована микросхема типа 523 СА 1. Управляемый умножитель может быть выполнен на базе микросхемы 525 ПС, а управляемый ключ - на базе микросхемы 143 КТ 1. Использование изобретения позволяет с высокой точностью формировать спектры широкополосных случайных вибраций что способствует получению достоверных результатов испытания.)157527ИИПИ Закан ЕЕУ 47 рак 863 Поднисное лиал ППП "Патент", Укгород, ул.Проектна