СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЖЕНИЕМ ПРИ ПРОГРАММНЫХ ИСПЫТАНИЯХ МЕХАНИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ Российский патент 2009 года по МПК G05B19/00 

Изобретение относится к системам автоматического управления испытательными машинами и экспериментальными стендами для прочностных усталостных испытаний механических конструкций, в частности авиационных.

Анализ эксплуатационных разрушений и нагруженности конструкций позволяет выделить группы машин, их деталей и элементов, для которых разрабатываются определенные виды программ нагружения (Воробьев А.З., Картамышев А.И., Райхер В.Л., Свирский Ю.А. «Типизированные программы нагружения. Комплексное обеспечение ресурса авиационных конструкций» Сб. докладов научно-технической конференции, кн.5, ЦАГИ, 1984; «Схематизация процессов нагружения», ГОСТ 2307-78, Государственный комитет по стандартам, М., 1978).

В простейшем случае это циклические или многоступенчатые циклические программы, в более сложном - типизированные или псевдослучайные, содержащие большое количество локальных максимумов и минимумов различной величины. Локальные максимумы и минимумы по своим уровням относятся к нескольким подгруппам (например, 40), имеющим детерминированные значения. Чередование экстремумов носит случайный характер.

Подобные программы изменения усилий, нагружающих конструкцию, разрабатывались в США, Германии, Англии, например TWIST, FALSTAFF. В России (в ЦАГИ) разработаны аналогичные программы ПУСК и ПРИМА.

Важным вопросом применения этих программ является точность их задания, а также точность отслеживания средствами автоматического управления экспериментом. Основным требованием с точки зрения накопления усталостных повреждений является точность воспроизведения локальных экстремумов нагрузки, воздействующей на конструкцию.

Известен способ формирования управляющего сигнала при многоступенчатых программах испытаний, заключающийся в формировании заданного закона нагружения путем генерирования периодического сигнала и масштабирования его на входе в следящую систему в соответствии с заданной амплитудой на каждой ступени нагружения. Данный способ и многочисленные программно-задающие устройства, построенные по указанному принципу, подробно описаны в монографии В.И.Литвака («Автоматизация усталостных испытаний натурных конструкций», М., Машиностроение, 1972, стр.102-120). В качестве генераторов периодического сигнала используются низкочастотные электронные генераторы периодических колебаний, фотоэлектрические генераторы и т.д. Недостатком данного способа автоматического управления циклическим нагружением является зависимость точности воспроизведения фактических экстремальных значений параметра нагружения от динамических характеристик следящего привода и объекта испытаний, особенно в диапазоне высоких частот, что приводит к снижению точности воспроизведения экстремальных нагрузок на испытываемую конструкцию и сужению рабочего диапазона частот циклического нагружения. Погрешность нагружения в точках экстремумов изменяется от 2% до 10%, что приводит к большим погрешностям при определении ресурса конструкций по кривым выносливости:

где σ - величина механических напряжений в конструкции в экстремальных точках изменяющегося нагружающего усилия;

m - показатель степени, изменяющийся в пределах от 4 до 10;

N - число циклов нагружения с амплитудой σ до появления трещины.

Наиболее близким к предлагаемому способу управления нагружением при программных испытаниях механических конструкций на усталостную прочность является способ, использованный в изобретении по а.с. №943758 СССР «Устройство для управления циклическим нагружением при прочностных испытаниях». Гуков Б.Ф., Еремеев Ю.М., Свирский Ю.А., Стерлин А.Я., опубликовано 15.07.1982, Бюл. №26, м.кл. G06G 7/26. Достоинством прототипа по отношению к аналогам является возможность коррекции экстремальных значений нагружающих параметров (силы, деформации). В прототипе управление нагружением производится следующим образом. На входе в следящую систему формируют управляющие сигналы путем задания экстремумов циклической программной функции и интерполирование промежуточных точек функции между этими экстремумами. В каждом цикле измеряют разности между максимумами и минимумами программного сигнала и сигнала обратной связи (нагружающего параметра), суммируют эти разности в двух накопителях (один для максимумов и один для минимумов), а затем прибавляют их к соответствующим экстремумам эталонного программного сигнала до тех пор, пока разность между экстремумом эталонного сигнала и экстремумом сигнала обратной связи не станет равной нулю (до точности работы устройства, вычисляющего указанную разность). Математически описанная последовательность действий имеет следующий вид:

где z_i - соответствующее экстремальное значение управляющего сигнала;

х_n - экстремальное значение эталонного сигнала, задаваемого программным устройством;

y_m - фактическое экстремальное значение сигнала обратной связи.

При переходе от одной ступени программы к другой накопители очищают и процесс коррекции, описанный в формуле (2), повторяют заново.

В прототипе доказана сходимость процесса коррекции экстремумов и показано, что уже на третьем такте коррекции погрешность экстремального нагружающего усилия не превышает 0,1% при 10% погрешности на первом такте. Коррекция производится непрерывно, поэтому погрешности, возникающие при изменении динамических характеристик объекта испытаний и привода, компенсируются.

Известный способ управления нагружением по циклическим программам с постоянной амплитудой непригоден для коррекции типизированных и псевдослучайных программ по двум основным причинам. Первая причина состоит в том, что известный способ позволяет корректировать экстремумы одинаковой величины, следующие один за другим, однако, если функция не циклическая, корректировка экстремумов невозможна, т.к. в двух накопителях, указанных выше, нельзя сформировать и сохранить корректирующие поправки для нескольких экстремумов разной величины. Вторая причина заключается в том, что известный способ предполагает строго заданную программой длительность генерации каждого участка программы, что невозможно при генерации псевдослучайных программ, т.к. длительность участков псевдослучайных программ связаны с величиной их размаха, который носит случайный характер. Под размахом понимается разность ординат начала и конца участков программы.

Задачей настоящего изобретения является существенное расширение функциональных возможностей способа, использованного в прототипе, а именно создание необходимой последовательности операций, позволяющей корректировать экстремумы всех видов программ ресурсных испытаний от циклических до псевдослучайных. Техническим результатом являются снижение погрешности нагружения в экстремальных точках любого вида указанных выше программ до 0,1% и возможность выбора оптимальной скорости нагружения для участков программ, имеющих случайную величину размаха.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе управления нагружением при программных испытаниях механических конструкций на усталостную прочность, в котором на входе в следящую систему формируют управляющие сигналы, путем задания экстремумов программной функции, интерполяции промежуточных значений функции между экстремумами управляющего сигнала, измеряют разности между программным сигналом и сигналом обратной связи в точках максимумов и минимумов программы, соответственно суммируют между собой разности для максимумов и минимумов, а экстремумы управляющего сигнала, поступающего после интерполяции на вход следящего привода, формируют как сумму экстремумов программного сигнала и соответствующих им накопленных разностей, причем накопление указанных разностей производят до тех пор, пока величина сигнала обратной связи, приходящая с датчика нагрузки, в экстремальных точках не станет равной по величине соответствующим экстремальным точкам программного сигнала, дополнительно вычисляют среднее значение сигнала реализуемой программы, затем от этой величины определяют дисперсии локальных экстремумов программного сигнала. Эти дисперсии разделяют на группу максимумов a_i и группу минимумов b_i. Величины локальных максимумов и минимумов исчисляют от среднего значения сигнала реализуемой программы, если локальный максимум больше среднего значения, ему присваивают знак «+», если меньше - знак «-», знаки локальных минимумов присваивают в обратном порядке, если минимум меньше среднего, ему присваивается знак «+», если больше - знак «-». Внутри каждой группы экстремумы сортируют по величине их отклонения от среднего значения программы на подгруппы, содержащие экстремумы одинаковой величины, каждой подгруппе внутри группы присваивают свой номер i=1…n. Подгруппы максимумов хранят в блоке памяти максимумов, подгруппы минимумов хранят в блоке памяти минимумов. Номера подгрупп, относящихся к разным группам, выбирают так, что восходящие участки программы, имеющие одинаковые ординаты как начала, так и конца участка, имеют один и тот же номер. Сигналы от генератора случайных чисел или детерминированного определителя номера подгруппы поступают в группы а_i и b_i, выбирают из памяти величины этих экстремумов, затем определяют разность между локальными экстремумами обратной связи и соответствующими локальными экстремумами программного сигнала для каждой подгруппы. Эти разности накапливают отдельно для каждой подгруппы в соответствующих этим разностям накопителях, а локальные экстремумы управляющего сигнала формируют как сумму локальных программных экстремумов и соответствующих им накопленных разностей по формулам:

, ,

где Z_{ij max}, Z_{ij min} - соответствующие экстремальные значения управляющего сигнала;

- эталонное значение локального максимума сигнала, задаваемого программным устройством;

- эталонное значение локального минимума сигнала, задаваемого программным устройством;

y_{im max} - фактический локальный максимум сигнала обратной связи;

y_{im min} - фактический локальный минимум сигнала обратной связи;

i - номер подгруппы локальных экстремумов, имеющих одинаковую величину;

j - число корректирующих итераций.

Затем определяют размах участка программы, подготавливаемого к генерации, делят опорную частоту на величину, пропорциональную величине размаха этого участка, и с полученной от деления частотой производят во время генерации подготовленного участка выдачу интерполированных промежуточных значений функций управляющего сигнала на вход следящего привода.

Для пояснения изобретения обратимся к фиг.1, 2, 3, 4.

На фиг.1 приведена структура устройства, реализующего способ управления нагружением при программном испытании механических конструкций на усталостную прочность.

На фиг.2 приведены выборки псевдослучайного процесса нагружения. Эти выборки отличаются друг от друга только последовательностью чередования экстремумов. Величины и число экстремумов в этих выборках совпадает, т.к. этого требует сама методика испытаний.

На фиг.3 приведена циклограмма импульсов, обеспечивающих последовательность пересылки информации между элементами устройства, реализующего предлагаемый способ управления усталостными испытаниями, обеспечивающий коррекцию экстремумов воздействий, нагружающих конструкцию.

На фиг.4 приведена таблица состояний основных элементов устройства, показывающая передвижение информации между этими элементами по возникновению импульсов, приведенных на циклограмме фиг.3.

Предлагаемый способ управления необходимо пояснить, начиная с процедуры подготовки исходных данных псевдослучайных программ нагружения (самый сложный случай), т.к. в этих программах последовательность генерации отдельных участков программы недетерминирована. В остальных видах программ эта последовательность строго задана.

Особенность при подготовке исходных данных для работы программного устройства, генерирующего псевдослучайные программы, состоит в следующем. Изначально берут некоторую выборку реального случайного процесса (фиг.2). Определяют среднее значение (математическое ожидание) этой выборки. Затем от этой величины определяют экстремальные отклонения (дисперсии) исследуемого сигнала. Эти отклонения разделяют на две группы. В одну группу сводят дисперсии локальных максимумов генерируемой функции , в другую - дисперсии локальных минимумов (b_i). Величины дисперсий локальных максимумов и минимумов исчисляют от среднего значения, если дисперсия локального максимума больше среднего значения, ей присваивают знак «+», если меньше - знак «-». Локальным минимумам знаки присваивают в обратном порядке, если минимум меньше среднего, ему присваивают знак «+», если больше - знак «-».

Внутри каждой группы эти экстремумы сортируют по величине их отклонения от среднего значения на подгруппы, содержащие экстремумы одинаковой величины, и каждой подгруппе внутри группы присваивают свой номер i=1,…,n. Всем восходящим участкам случайной функции, имеющим одинаковые ординаты начала и конца (минимума и максимума), присваивают один и тот же номер (a₁, b₁; а₂, b₂;…;а_n, b_n), т.е. эти участки детерминированные (фиг.2). Подгруппы максимумов и минимумов хранят в блоках памяти.

Нисходящие участки генерируемой функции в отличие от восходящих, если это псевдослучайная программа, имеют случайный размах, т.к. последовательность восходящих участков выбирают случайным образом. Однако конечные точки нисходящих участков выбирают из конечного множества подгрупп b_i. Для обеспечения постоянства статических характеристик генерируемой псевдослучайной функции необходимо ввести условия, чтобы величина локального максимума предыдущего участка программы всегда была больше величины локального минимума последующего участка.

Генератор случайных чисел последовательно на своем выходе формирует числа, определяющие номера подгрупп. Если появляется номер подгруппы, который нарушает выше приведенное условие, производят повторный опрос генератора случайных чисел. Эту же процедуру производят, если использованы все экстремумы данной подгруппы.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что для каждой подгруппы экстремумов и производят свое измерение разностей между экстремумами программы испытания , и экстремумами сигнала обратной связи у_{i max} и y_{i min}. Эти разности и суммируют ΣΔа_i и ΣΔb_i каждая в своих накопителях, число этих накопителей равно числу подгрупп, содержащих экстремумы одинаковой величины. Коррекцию производят сложением и . Эти скорректированные сигналы в сумме со средним значением программного сигнала являются началом и концом одного восходящего либо нисходящего участка программы. Между этими точками производят интерполяцию сигнала, как правило, по линейной или синусоидальной функции. Интерполированный сигнал подают на вход следящего электрогидропривода. Скорость изменения интерполированного сигнала определяют следующим образом. Выбор величины скорости изменения управляющих сигналов основывается на одном из постулатов методики ресурсных испытаний, утверждающем, что в определенных пределах изменения частоты или скорости приложения нагружающих воздействий не влияют на ресурс конструкции, если при этом строго соблюдается задание экстремумов нагружающей функции. Поэтому время генерации каждого участка можно строго связать с разностью ординат начальной и конечной точек этого участка (размахом участка), то есть:

где τ - время генерации участка программы;

µ - постоянный коэффициент;

А - размах участка.

Коэффициент µ практически определяет постоянную среднюю скорость изменения нагружающего воздействия на каждом участке программы. Эту среднюю скорость выбирают из условия наилучшей работы следящего привода, энергетических возможностей источников энергоснабжения стенда и физической эквивалентности условий испытаний условиям эксплуатации. Например, при ресурсных испытаниях планеров самолетов время генерации отдельных участков программы устанавливают соответствующие частоте нагружения в диапазоне от 0,1 до 1 Гц. При испытаниях образцов материалов и элементов конструкции время генерации участков программы соответствует частотам от 1 до 10 Гц.

Основные операции предлагаемого способа таковы: определяют математическое ожидание и дисперсии программного сигнала, дисперсии разделяют на две группы (максимумов и минимумов), одинаковые максимумы и одинаковые минимумы распределяют на подгруппы i=1…n и заносят в блок памяти. Последовательно определяют размах каждого участка программы, по заданному закону методом интерполяции находят промежуточные между экстремумами точки программы, пропорционально величине размаха участка вычисляют частоту последовательной выдачи точек интерполяции (управляющего программного сигнала) и подают этот сигнал на вход следящего привода, определяют экстремумы нагружающего воздействия (обратной связи), обеспечивают сравнение этих экстремумов с экстремумами соответствующих им подгрупп блока памяти, вычисляют разность между одноименными экстремумами программы и обратной связи, накапливают и хранят эти разности в накопителях, принадлежащих каждой подгруппе памяти экстремумов, накопленные разности складывают с соответствующими программными экстремумами, между скорректированных величин экстремумов проводят интерполяцию и полученный управляющий сигнал подают на вход следящего привода. Следует отметить, что адресное определение и хранение накапливаемых разностей обеспечивают процесс коррекции экстремумов, принадлежащих одной группе, но возникающих в случайной последовательности.

Предлагаемый способ коррекции экстремальных значений функции нагружения (программы испытаний) подробнее поясним на примере работы устройства, схема которого приведена на фиг.1. Это устройство содержит логический элемент «ИЛИ» 1, триггер 2, блок задания 3 номера очередного участка (сегмента) программы, блоки задержек 4, 5, 6, формирователи длины импульсов d", с', d' 7, 8, 9, регистры номеров восходящих участков программы 10, 11, дешифраторы считывания 12, 13, дешифраторы записи 14, 15, блок памяти дисперсий максимумов а_i и соответствующих им корректирующих сигналов в накопителях ΣΔа_i 16, блок памяти дисперсий минимумов b_i и соответствующих им корректирующих сигналов в накопителях ΣΔb_i 17, сумматоры 18, 19, определяющие сумму каждой дисперсии экстремума и соответствующего ей корректирующего сигнала, регистры 20, 21, соответственно запоминающие скорректированные значения локальных дисперсий максимумов и минимумов, сумматор 22, определяющий размах каждого участка программы, блок памяти 23, хранящий среднее значение (математическое ожидание) программного сигнала, сумматоры 24, 25, вычисляющие фактические значения экстремумов, интерполятор 26, вычисляющий промежуточные точки программы между экстремумами, блок памяти 27, хранящий последовательную информацию об очередном восходящем участке программы, блок памяти 28, хранящий последовательную информацию об очередном нисходящем участке программы, ключи 29, 30, обеспечивающие поступление кодов для считывания информации из блоков памяти 27, 28, коммутатор 31, поочередно подключающий выходы блоков памяти 27, 28 на вход следящего привода 32, буферные регистры размаха участка программы 33, 34, рабочие регистры 35, 36, высокочастотный генератор 37 опорной частоты, делители опорной частоты 38, 39, вырабатывающие нужную частоту импульсов в зависимости от размаха участка программы, ключи 40, 41, поочередно подающие частотный сигнал на вход реверсивного счетчика 42, обеспечивающего опрос памятей 27, 28, логический элемент «ИЛИ» 43, подающий сигнал об изменении направления работы реверсивного счетчика на элемент «ИЛИ» 1, экстрематор 44, определяющий локальные максимумы и минимумы обратной связи, сумматоры 45, 46, определяющие разницу между экстремумами эталонного программного сигнала и сигналом экстремума обратной связи. В соответствующий момент времени, когда появляются экстремумы (min, max), ключи 47, 48 соединяют выходы сумматоров 45, 46 с накопителями ΣΔа_i, ΣΔb_i блоков памяти 16, 17. С экстрематора 44 сигнал признака локального максимума c_э через блок задержки 6 в виде сигнала с" подается на разрешающий вход регистра 11 и записывает в него с выхода регистра 10 номер следующего восходящего участка программы N+1. Этот же сигнал через блок задержки 5 подается на вход, разрешающий запись в регистр 10 с блока 3 номера N+2 восходящего участка программы. Время задержки 5 больше времени задержки 6. Кроме того, сигнал с_э открывает ключ 47 и записывает вычисленную сумматором 46 разность Δа_i в накопитель ΣΔа_i блока памяти 16. При достижении сигналом обратной связи локального минимума экстрематор 44 вырабатывает сигнал признака локального минимума d_э, который открывает ключ 48 и записывает вычисленную сумматором 45 разность Δb_i в накопитель ΣΔb_i блока памяти 17.

Способ реализуют следующим образом. Перед запуском системы все ее элементы приводят в начальное состояние, которое таково. В блок памяти 27 записывают все промежуточные значения (например, 100 ступеней) первого участка программы от до . В блок памяти 28 записывают ноль. В регистре 20 хранят информацию о величине дисперсии максимума а₁, а в регистре 21 информацию о дисперсии минимума b₂. В сумматоре 22 содержат информацию а₁+b₂. В буферном регистре 33 записана величина а₁+b₁ в буферном регистре 34 - величина а₁+b₂. В рабочий регистр 35 записывают сумму а₁+b₁, которую подают на один из входов делителя 38, на второй вход делителя подают частотный сигнал от генератора 37 опорной частоты. На выходе делителя 38 опорную частоту делят пропорционально величине а₁+b₁. В рабочем регистре 36 записан ноль. Ключи 29, 30, 40, 41 закрыты. В регистр 10 записывают номер второго восходящего участка N₂ программы, в регистр 11 - номер первого восходящего участка N₁ программы. С выхода а_i блока памяти 16 на сумматор 18 подают величину а₁, являющуюся дисперсией максимума первого участка программы, с выхода накопителя ΣΔa_i блока памяти 16 на другой вход сумматора 18 подают нулевой сигнал. С выхода сумматора 18 на вход регистра 20 подают сигнал а₁+0. С выхода b_i блока памяти 17 на сумматор 19 подают сигнал b₂, являющийся дисперсией минимума второго участка программы, с выхода накопителя ΣΔb_i блока памяти 17 на другой вход сумматора 19 подают нулевой сигнал. С выхода сумматора 19 на вход регистра 21 подают сигнал b₂+0. В соответствии с состоянием регистров 20 и 21 на входе максимума интерполятора 26 будет величина первого локального максимума программ , подаваемая с выхода сумматора 24, где S - среднее значение сигнала генерируемой функции, хранящееся в блоке памяти 23. На входе минимума интерполятора 26 будет величина подаваемая с выхода регистра 25. На выходе блока 3 задания номера участка находится номер второго восходящего участка программы N₂. В регистре 10 находится номер второго восходящего участка программы N₂. В регистре 11 хранится номер первого восходящего участка программы N₁.

По сигналу «Пуск» триггер 2 переходит в состояние «d». Сигнал «d» соединяет выход блока памяти 27 через коммутатор 31 с входом следящего привода, а также открывает ключи 29, 40, в результате чего сигнал опорной частоты, поделенный на величину а₁+b₁, с выхода делителя 38 через ключ 40 поступает на вход реверсивного счетчика 42. Коды с выхода реверсивного счетчика через открытый ключ 29 поступают на управляющие входы блока памяти 27. С выхода блока памяти 27 интерполированные промежуточные значения первого участка программы (ступени) поступают через коммутатор 31 на вход следящего привода 32, тем самым производится генерация первого участка программы. Этот процесс продолжается до тех пор, пока реверсивный счетчик не достигнет состояния переполнения, а из блока памяти 27 не будет выбрана вся хранящаяся в ней информация вплоть до величины - максимума первого участка программы. Сигнал переполнения с выхода реверсивного счетчика 42 через элементы «ИЛИ» 43, 1 поступает на вход триггера 2 и переводит его в состояние «с». Сигнал «с» открывает ключи 30, 41, коммутатор 31 подключает к входу следящего привода выход блока памяти 28, и происходит генерация второго участка программы (а₁, b₂) с частотой опроса блока памяти 28, определяемой величиной а₁+b₂, записанной в рабочем регистре 36. С выхода рабочего регистра 36 величина а₁+b₂ поступает на один из входов делителя 39, на другой вход делителя 39 поступает опорная частота с генератора 37. С выхода делителя 39 через ключ 41 поделенная частота поступает на вход реверсивного счетчика 42. Этот процесс будет продолжаться до обнуления реверсивного счетчика 42, т.е. достижения величины . Сигнал обнуления счетчика 42 через элементы «ИЛИ» 43, 1 переводит триггер 2 в состояние «с». В процессе генерации первого участка программы до появления сигнала «с» по сигналу «d» (в начале программы сигнал «ПУСК») в устройстве происходят следующие подготовительные операции для генерации последующих участков программы.

1. Сигнал «d» в формирователе длины импульсов 9 преобразуют в импульсный сигнал «d'», по сигналу «d'» на дешифратор считывания 12 с регистра 10 передают номер второго восходящего участка N₂. Согласно номеру «i» восходящего участка N₂ из блока памяти 16 выбирают значение а_i - дисперсию максимума второго восходящего участка (эталонная величина) (для простоты пояснения примем i=2), т.е. выбирают величину а₂. Эту величину подают на вход сумматора 18, на другой вход сумматора из накопителя ΣΔа₂, входящего в состав памяти 16, подают величину, равную нулю, т.к. для коррекции еще не получено никакой корректирующей величины. С выхода сумматора 18 величину а₂+0 по сигналу «d'» записывают в регистр 20. По сигналу «d'» информацию a₁+b₂ из буферного регистра 34 переписывают в регистр 36.

2. По импульсному сигналу «d"», вырабатываемому формирователем длины импульсов 7, на вход максимумов интерполятора 26 с сумматора 24 подают ординату максимума (ордината минимума на входе минимумов интерполятора была уже введена в процессе подготовки прибора к работе). При поступлении ординаты интерполятор вычисляет все промежуточные значения программного сигнала на интервале (а₂, b₂) и при появлении сигнала «с'» записывает их в память 27. Сумматор 22 по сигналу «d'» вычисляет величину а₂+b₂ и по сигналу «d"» записывает эту информацию в буферный регистр 33. В конце первого восходящего участка по сигналу «с'» информацию а₂+b₂ из буферного регистра 33 записывают в рабочий регистр 35. Таким образом, в памяти 27 записана информация , в регистре 35 - величина а₂+b₂, т.е. в процессе генерации первого восходящего участка программы подготавливают информацию для генерации второго восходящего участка программы, который с учетом нисходящего участка (а₁, b₂) будет третьим в программе (фиг.2). Такую последовательность подготовки информации сохраняют в течение всей работы устройства.

3. По сигналу «d"» блок задания 3 номера участка программы подготавливает номер третьего восходящего участка программы N₃ (с учетом нисходящих участков программы это будет пятый участок). Если генерируются детерминированные программы испытаний, то этот номер выбирают из заданной последовательности, если генерируется псевдослучайная программа, то этот номер определяют генератором случайных чисел. После процедуры определения номера восходящего участка программы N₃ его подают на информационный вход регистра 10, однако в него не записывают до поступления управляющего сигнала «с'"».

Сигнал обратной связи от следящего привода поступает на вход экстрематора 44. Этот сигнал при устойчивой работе системы регулирования (следящего привода) отстает по фазе от программного сигнала (фиг.3), т.е. локальный максимум программного сигнала появляется раньше локального максимума сигнала обратной связи y_{max 1}, поэтому, чтобы вычислить поправку , на первом шаге коррекции локального максимума программы из блока памяти 16 на прямые входы сумматора 46 подают величину (S - среднее значение программного сигнала, которое подают из памяти 23), на инверсный вход сумматора 46 - сигнал y_{max 1} с выхода max экстрематора. Для подачи величины а₁ на один из прямых входов сумматора 46 предназначен дешифратор записи 14, управляемый информационным сигналом, поступающим с регистра 11. Так как определение величины Δa₁ происходит на участке программы (а₁, b₂), то, чтобы правильно определить - номер участка программы, записанный в регистр 11, всегда отстает от номера, записанного в регистре 10. В момент появления максимума сигнала обратной связи y_{max 1}, который приходит на инверсный вход сумматора 46, экстрематор вырабатывает импульсный сигнал, открывающий ключ 47 и, тем самым, передающий , в ячейку накопителя ΣΔa₁ памяти 16. Кроме того, импульсный сигнал c_э с экстрематора 44, соответствующий моментам появления локальных максимумов, через задержку 6 в виде сигнала «с"» поступает на управляющий вход регистра 11 и записывает в него с регистра 10 номер следующего участка N₂ программы.

Кроме регистра 11, импульсный сигнал с_э через дополнительную задержку 5 в виде сигнала «с"'» поступает на управляющий вход регистра 10 и с блока задания 3 номера участка программы записывает в регистр 10 номер участка программы, на единицу опережающий номер участка, записанного на регистр 11, т.е. в регистре 10 будет записан номер N₃. Следует пояснить, что индексы 1, 2, 3,…, у номера N показывают порядковый номер только восходящих участков программы (нисходящим участкам блок задания 3 номеров не присваивает).

В процессе генерации второго участка программы (а₁, b₂), о котором говорилось выше, достигается первый минимум - . При этом реверсивный счетчик 42 выдает сигнал обнуления, который через элементы «ИЛИ» 43, 1 переводит триггер 2 в состояние «d». По сигналу «d» на вход следящего привода подключают блок памяти 27, в котором уже записана вся информация об участке (а₂, b₂) (см. выше подготовительные операции для генерации последующих участков программы, п.2). Этот же сигнал «d» открывает ключи 29, 30, в результате чего начинается генерация участка (а₂, b₂) с частотой развертки этого участка, определяемой величиной а₂+b₂, записанной в регистре 35 (см. выше п.2). В результате фазового запаздывания сигнала обратной связи (как упоминалось выше) первый локальный минимум обратной связи y_{min 1} появится на участке (а₂, b₂) позже программного минимума . Так как в это время в регистре 11 хранится информация о номере второго восходящего участка N₂, то на два входа сумматора 45 поступают сигналы b₂ и S, дающие в сумме величину , а на третий вход - величину y_{min 1}, на выходе сумматора появляется разность . По импульсному сигналу экстрематора d_э, говорящему о достижении минимума сигнала обратной связи, открывают ключ 48, и Δb₂ записывают в накопитель ΣΔb₂ памяти 17, т.е. вычисляют первый корректирующий сигнал программы для экстремума b₂.

Вышеописанные действия проводятся для всех экстремумов программы. Таблица состояний основных элементов в процессе работы устройства приведена на фиг.4. Для однотипных экстремумов, имеющих одну и ту же величину, поправки Δa_i, Δb_i, в накопителях суммируют так, что для каждой подгруппы, содержащей одинаковые локальные экстремумы, выполняют операции, математически имеющие следующий вид:

, ,

где Z_{ij mах}, Z_{ij min} - соответствующие экстремальные значения управляющего сигнала;

- эталонное значение локального максимума сигнала, задаваемого программным устройством;

- эталонное значение локального минимума сигнала, задаваемого программным устройством;

y_{im max} - фактический локальный максимум сигнала обратной связи;

y_{im min} - фактический локальный минимум сигнала обратной связи;

i - номер подгруппы локальных экстремумов, имеющих одинаковую величину;

j - число корректирующих итераций.

Технический эффект предлагаемого изобретения состоит в том, что при реализации любых видов программ ресурсных испытаний от детерминированных циклических до псевдослучайных погрешность фактического нагружения испытываемых конструкций в точках локальных экстремумов программ за два-три такта коррекции каждого экстремума снижается до 0,1%, тем самым увеличивается точность определения ресурсных характеристик испытываемого объекта более чем на 20%.

Изобретение относится к области систем автоматического управления испытательными машинами и стендами для прочностных испытаний механических конструкций. Технический результат заключается в снижении погрешности нагружения в экстремальных точках программ до 0,1% и возможности выбора оптимальной скорости нагружения для участков программ, имеющих случайную величину размаха. Он достигается тем, что управляющие сигналы на входе в следящий привод формируют путем задания экстремумов программной функции, интерполируют промежуточные между экстремумами значения функции, измеряют разности между фактической нагрузкой в локальных экстремумах и их программными величинами для каждой подгруппы одинаковых локальных экстремумов. Эти разности накапливают в нескольких накопителях, число которых равно числу подгрупп, а экстремумы управляющего сигнала, поступающего на следящий привод, формируют как суммы накопленных разностей для каждой подгруппы локальных экстремумов и соответствующих локальных экстремумов программы. Определяют размах каждого участка программы и частоту поступления всех промежуточных интерполированных значений функций этого участка на вход следящего привода, причем определяют как результат деления опорной частоты на величину, пропорциональную размаху участка. 4 ил.

Способ управления нагружением при программных испытаниях механических конструкций на усталостную прочность, в котором на входе в следящую систему, преобразующую управляющий сигнал в силовое воздействие на конструкцию, формируют управляющие сигналы путем задания экстремумов программной функции, интерполяции промежуточных значений функции между экстремумами управляющего сигнала, измеряют разности между сигналом программной функции и сигналом обратной связи в точках максимумов и минимумов программной функции, соответственно суммируют между собой разности для максимумов и минимумов, а экстремумы управляющего сигнала формируют как сумму экстремумов программной функции и соответствующих им накопленных разностей, причем накопление указанных разностей производят до тех пор, пока сигнал обратной связи в экстремальных точках не станет равным по величине соответствующим экстремальным точкам программной функции, отличающийся тем, что вычисляют среднее значение сигнала реализуемой программной функции, затем от этой величины определяют дисперсии локальных экстремумов сигнала программной функции, эти дисперсии разделяют на группу максимумов а_i и группу минимумов b_i, величины дисперсий локальных максимумов и минимумов исчисляют от среднего значения сигнала реализуемой программной функции, если локальный максимум больше среднего значения, его дисперсии присваивают знак «+», если меньше - знак «-», знаки дисперсий локальных минимумов присваивают в обратном порядке, если минимум меньше среднего, его дисперсии присваивают знак «+», если больше - знак «-», внутри каждой группы экстремумы сортируют по величине их отклонения от среднего значения сигнала программной функции на подгруппы, содержащие дисперсии локальных экстремумов одинаковой величины, каждой подгруппе внутри группы присваивают свой номер i=1…n, подгруппы дисперсий максимумов хранят в блоке памяти максимумов, подгруппы дисперсий минимумов хранят в блоке памяти минимумов, номера подгрупп, относящихся к разным группам выбирают так, что восходящие участки программной функции, имеющие одинаковые ординаты как начала, так и конца участка имеют один и тот же номер, сигналы от генератора случайных чисел или детерминированного определителя номера подгруппы поступают в блоки памяти дисперсий максимумов и минимумов в группы а_i и b_i, выбирают из них величины дисперсий этих экстремумов, складывают их со средней величиной, затем определяют разность между локальными экстремумами обратной связи и соответствующими локальными экстремумами сигнала программной функции для каждой подгруппы, эти разности накапливают отдельно для каждой подгруппы в соответствующих этим разностям накопителях, а локальные экстремумы управляющего сигнала формируют как сумму локальных экстремумов программной функции и соответствующих им накопленных разностей по формулам:
, ,
где
Z_{ij max}, Z_{ij min} - соответствующие экстремальные значения управляющего сигнала;
- эталонное значение локального максимума сигнала программной функции, задаваемого программным устройством;
а_i - дисперсия сигнала локального максимума программной функции;
- эталонное значение локального минимума сигнала программной функции, задаваемого программным устройством;
b_i - дисперсия сигнала локального минимума программной функции;
S - среднее значение сигнала программной функции;
y_{im max} - фактический локальный максимум сигнала обратной связи;
y_{im min} - фактический локальный минимум сигнала обратной связи;
i - номер подгруппы локальных экстремумов, имеющих одинаковую величину;
j - число корректирующих итераций,
при этом определяют размах последующего участка, подготавливаемого к генерации, как сумму его дисперсий, делят опорную частоту на величину, пропорциональную величине размаха этого участка и с полученной от деления частотой производят во время генерации подготовленного участка выдачу на вход следящей системы всех интерполированных значений функций управляющего сигнала, включая ординаты его начала и конца.