Устройство управления испытаниями на двухкомпанентные случайные вибрации Советский патент 1984 года по МПК G01M7/00 G05D19/02 

Изобретение относится к технике механических испытаний, а именно к автоматизированным системам для испытания изделий на случайные вибрации , и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известно устройство для испытаний изделий на стационарные случайные вибрации, содержащее многоканальный замкнутый контур управления, в прямой цепи которого последовательно включены генератор белого шума, многаканальный выравниватель спектра с полосовым фильтром, элементом сравнения, регулятором и усилителем с регулируемьдм коэффициентом усиления в каждом частотном канале, сумматор а также модулятор для переноса спектра сигналов на промежуточную частоту (100 кГц ) и подключенный к нему источник гармонических сигналов, а в цепи обратной связи - акселерометр усилитель и анализирующие фильтры по числу каналов выравнивателя, подключенные выходами к первым входам элементов сравнения СШ .

Однако в таком устройстве для получения достоверных оценок статистических характеристик воспроизводимых вибраций необходимо осреднение по времени реализаций узкополосного случайного сигнала на выходе анализирующего фильтра каждого канала, что увеличивает время проведения

ИСПЫ-i НИИ.

Известно также устройство для испытаний изделий на нестационарные случайные вибрации, содержащее многоканальный замкнутый контур управления, в прямой цепи которого последовательно включены программаторы, генераторы гармонических сигналов и модуляторы для формирования узкополосных тестовых сигналов, формирующие фильтры, регуляторы в каждом канале, генератор белого шума, сумматор, а также модулятор и демодулятор с подключенным к ним источником гармонических сигналов для переноса спектра, а в цепи обратной связи акселерометр, усилитель, узкополосные фильтры. Такое устройство обеспечивает проведение виброиспытаний при (Существенно нестационарных случайных вибропроцессах 2 .

Однако применение двух таких систем не может обеспечить управление взаимной спектральной плотностью вибраций при двухкомпонентном силовозбуждении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство управления испытаниями на двухкомпонентные случайные вибрации, содержащее в каждом канале формирующие фильтры, контуры управления собственными спектральными плотноетями каждой компоненты, включающие в себя регуляторы, подключенные к их управляющим входам программаторы и анализируквдие фиJJьтpы, и контур управления взаимной спектральной плотностью двух компонент, включающий в себя фаз вращатели, фазовый детектор, усилитель обратной связи, сумматор и звенья с регулируемыми коэффициентами передачи, а также общие для всех частотных каналов компонент сумматоры, акселерометры и генераторы шума, подключенные к входам формирующих фильтров Гз 3 .

Недостатком известного устройства является необходимость получения достоверных оценок как собственных, так и особенно взаимных спектральных плотностей воспроизводимых двухкомпонентных вибраций путем осреднения на длительном интервале времени, что суще-твенно снижает быстродействие системы управления и не обеспечивает возмохшости управления взаимной спектральной плотностью нестационарных случайных вибраций, длительность которых меньше требуемого времени осреднения сигналов на выходах множительных устройств 37.

Целью изобретения является упрощение и сокращение времени испытаний

Поставленная цель достигается тем, что устройство управления испытаниями на двухкомпонентные случайные вибрации, содержащее в каждом канале формирующие фильтры, контуры управления собственными спектральными плотностями каждой компоненты, включающие в себя регуляторы, подключенные к их управляющим входам программаторы и анализирующие фильтры, и контур управления взаимной спектральной плотностью двух компонент, включающий в себя фазовращатели, фазовый детектор./ .усилитель обратной связи, сумматор и звенья с регулируемыми коэффициентами передачи , а также общие для всех частотных каналов компонент .cy 1мaтopы, акселерометры и генера-Горы шума, подключенные к входам формирующих фильтров, в каждом частотном канале снабжено тремя программаторами, двумя модуляторами и генератором гармонического сигнала, выход которого подключен к вторым входам модуляторов, первый вход модулятора первой ког/тоненты подключен к выходу сумматора, соединенного входами с выходами звеньев с регулируемыми коэффициентами передачи, сигнальные входы которых подключены к выходам формирующих фильтров, а их управляющие входы - к выходам третьего и четвертого программаторов, выход модулятора первой компоненты подключен к сигнальному входу первого фазовращателя соединенного выходом рогулятора контура управления собственной спектральной плотностью первой компоненты первыйВХОД модулятора второй компоненты подключен к выходу второго формирующего фильтра, а выход - к входу регулятора собстственной спект Рсшьной плотностью второй компоненты выход пятого программатора подключен к управляющему входу второго фазовра щателя, второй вход которого подключен к выходу анализирующего фильтра, а выход через фазовый детектор и уси литель обратной связи соединен с вто рым входом первого фазовращателя. Причем в качестве четвертого программатора используется нелинейный преобразователь аналогового сигнала. В качестве звена с регулируемым коэффициентом передачи используется цифровое управляемое сопротивление, а в качестве четвертого программатор используется дешифратор. На чертеже изображена блок-схема одного частотного канала обеих компонент совместно с элементами, общими для. всех каналов устройства. Устройство управления испытаниями содержит общие для устройства генера торы 1 и 2 шума, выходы которых соединены с входами формирующих фильтров 3 и 4 каждого канала, и последовательно включенные для каждой из компонент третий 5 и четвертый б про грамматоры взаимной спектральной плотности, звенья 7 и 8 с регулируемыми коэффициентами передачи, вторые входы которых подсоединены к выходам формирующих фильтров 3 и 4, сумматор 9, модулятор 10 первой компоненты, а также модулятор 11 второй комп ненты, первый вход которого подсоеди нен к выходу формирующего фильтра 4. Вторые входы модуляторов 10 и 11 под ключены к выходу генератора 12 гармо нических сигналов. Выход модулятора 11 непосредственно, а выход модулято ра 10 через первый фазовращатель 13 подключены соответственно к входам регуляторов 14 и 15 контуров управления собственными спектральными плотностями соответствующих компонент, вторые входы которых подключены к программаторам 16 и 17, а выход - к входам сумматоро в 18 и 19. Выходы общих для всех частотных каналов сумматоров 18 и 19 подключены к соответствующим входам объекта 20, а выходы объекта - к акселерометрам 21 и 22, к выходам которых подключены анализирующие фильтры 23 и 24 каждого частотного канала. Выход анализирующего фильтра 24 второй когтоненты через второй фазовращатель 25, управляющий вход которого подсоединен к выходу пятого программатора 26, подсоединен к второму входу фазового детектора 27, первый вход которого подсоединен к выходу анализируювдего фильтра 23 первой компоненты, а выход через усилитель 28 обратной связи подключен к управляющему входу фазовращателя 13. Устройство работает следующим образом. Статистически независимые случайные сигналы с выходов генераторов 1 и 2 белого шума через формирующие фильтры 3 и 4, имеющие одинаковую полосу пропускания, и звенья 7 и 8 с регулируемыми коэффициентами передачи поступают на сумматор 9, на выходе которого формируется шумовой модулируюций сигнал первой компоненты. В качестве модулирующего сигнала второй компоненты используется сигнал на выходе формирующего фильтра 4. Эти шумовые сигналы модулируют гармонические сигналы, поступающие с выхода генератора 12 в модуляторах 10 и 11, на выходах которых формируются узкополосные сигналы спектральные составляющие управляемого тестового вибропроцесса соответствующих компонент. Они представляют собой сумму двух чисто случайных шумовых сигналов, разделенных в частотной области интервалом частот сЛи; и детерминированного гармонического сигнала, расположенного в частотной области в центре указанного интервала. Полученные мудулированные сигналы поступают для первой компоненты через первый фазовращатель 13, а для второй компоненты - непосредственно на регуляторы 14 и 15 контуров управления собственными спектральными плотностями. Регуляторы 14 и 15 изменяют уровни сигналов в каждом частотном канале в соответствии с заданными программаторами 16 и 17 прграммами. При этом для управления уровнями этих сигналов используются только детерми нированные сигналы обратных связей, поступающие с узкополосных анализирующих фильтров 23 и 24. С выходов регуляторов 14 и 15 узкополосные сигналы со спектральными плотностями5.,и S-,,,постоянными в частотной области и изменяющимися во времени, поступают на входы сумматоров 18 и 19, в которых формируются первая и вторая компоненты управляемого тестового вибропроцссса, возбуждающие соответствугацие вибраторы объекта управления. Требуемое изменение во времени средней в полосе частот лш оценки функции когерентности ) каждой шумовой составляющей на входе объекта видно из выражения S,2(a.,-tldw ujj+duj Wj-fdw S,,(ui,t)du. oi-V)oi(i)o(|(t|( oi(t)4pV)o.J{t)c.2(t)() : oc(i) где5 O.SjJJr собЬтвенные и взаимная ) спектральные плотности; ditliO.U) - законы изменения во времени собственных спектральных плотностей oC(t} /j(t) - коэффициенты передачи звеньев 8 и 7; d - дисперсия сигналов на выходе формирунвдих филь ров 3 и 4; со. - нижняя граничная,частота i-ro частотного интервала, зависящая, в частности от сС (t). При отсуствии перекрестных связей в объекте и при воспроизведении требуемых собственных спектральных плот ностей на его выходе функция когерентно-оти, - а следовательно, и модуль взаимной спектральной плотности сохраняют свои значения и на выходе объекта управления. Измерение фазы нестационарной вза имной спектральной плотности осущест вляется с помощью фазового детектора 27, на один вход которого с анализирующего фильтра 23 поступает детерми нированная составляющая первой компо ненты выходного сигнала объекта 20, а на второй - аналогичная составляющая второй компоненты, -пропущенная через второй фазовращатель 25, упра ляемый от программатора 26 и обеспечивающий дополнительный фазовый сдвиг на 90°. При отклонении фазового сдвига между сравниваемыми детер минированными составлякнаими, а следова:срльно, и соответствующими узко полосными случайными сигналами от заданного на выхрде фазового детектора 27 появляется сигнал расссогла сования, который после усиления уси лителем 28 в цепи обратной связи поступает на первый фазовращатель 13 Обеспечивая уменьшещ1е этого отклонения. для обеспечения независимости собственной спектральной плотности ервой компоненты от взаимной спектальной плотности желательно осущестлять изменения коэффициента передаи/i(t) звена 7 в соответствии с усовием ol(t)+/b(t| Con5t 6. то может быть достигнуто заданием ) , как и ot(tl с помощью програматора, имеющего дискретную память цифроаналоговоый преобразователь (ЦАП I. Так как требования к точности воспроизведения /i{t) невелики, то программатор может быть заменен нелинейным преобразователем, реализующим зависимость /l(i)V8-o М Реализация программатора существенно упрощается, если в качестве звена с регулированным коэффициентом передачи использовать цифровое, управляемое сопротивление, так как при этом не требуется наличия ЦАП. Кроме того, дискретная память программатора может быть заменена дешифратором, что в сочетании с цифровым управляемым сопротивлением обеспечивает наиболее оптимальный вариант реализации устройства для задания ft { Отказ от измерения взаимных спектральных плчотностей нестационарного случайного тестового вибропроцесса, требующего значительного времени осреднения, и управление в темпе с процессом взаимными спектральными плотностями двухкомпонентного вибропроцесса по детерминированным составляющим тестового вибропроцесса позволяет существенно повысить быстродействие системь управления виброиспытаниями и обеспечить проведение виброиспытаний при кратковременных существенно нестационарных двухкомпонентных случайных вибровоздействиях;Использование устройства обеспечивает пробедение нового класса вибрационных испытаний - управление нестационарными случайными вибропроцессами при,двухкомпонентном силовозбуждении, чем достигается более полное приближение тестовых (испытатель ныхГ вибровоздействий к натурным виброперегрузкам. Это позволяет уменьшить число дорогостоящих натурных испытаний, ускорить доводку разрабаWVliDl i f jf ,C--г-I-. . -гывярмых изделий новой техники,позытываемых изделий новой техники,повысить их надежность. Кроме того, сокращение времени виброиспытаний, достигаемое за счет повышения быстродействия системл управления, позволяет уменьшить выработку ресурса изделий.

1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ НА ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ СЛУЧАЙНЫЕ ВИБРАЦИИ, содержащее в каждом канале формируннцие фильтры, контуры управления собственными спектральными плотностями каждой компоненты, включающие в себя регуляторы, под-, ключенные к их управляющим входам . программаторы и анализирующие фильтры, и контур управления взаимной спектральной плотностью двух компонент, включающий в себя фазовращатели,- фазовый детектор, усилитель обратной связи, сумматор и звенья с регулируемыми коэффициентами передачи, а также общие для всех частотных каналов компонент сумматоры, акселерометры и генераторы шума, подключенные к входам формирующих фильтров, отличающееся тем. что, с целью упрощения и сокращения времени испытаний, в каждом частотном канале оно- снабжено тремя программаторами, двумя модуляторами и генератором гармонического сигнала, выход которого подключен к вторым входам модуляторов, первый вход модулятора первой компоненты подключен к выходу сумматора, соединенного входами с выходами звеньев с регулируемыми коэффициентами передачи, сигнальные входы которых подключены к выходам формирукхцих фильтров, а их управляющие входы к выходам третьего и четвертого программаторов выход модулятора первой компоненты i подключен к сигнальному входу первого фазовращателя, соединенного выСЛ С ходом с входом регулятора контура управления собственной спектральной плотностью первой компоненты, первый вход модулятора второй компоненты подключен к выходу второго формирующего фильтра, а выход - К- входу регулятора собственной спектральной плотностью второй компоненты, выход пятого программатора подключен к уп равляющему входу второго фазовраща х теля. Второй вход Которого подключен со ( к выходу анализирующего фильтра, а выход через фазовый детектор и усилитель обратной связи соединен с втО оо рым входом первого фазовращателя. 4 2.Устройство ПОП.1, ОТЛИч ающееся -тем, что в качестве , четвертого программатора используется нелинейный преобразователь анало1 ового си.гнала. 3.Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве эвена с регулируемым коэффициентом используется цифровое управляемое сопротивление, в качестве четвертого программатора используется дешифратор.