Система цифрового управления вибрационными испытаниями Советский патент 1986 года по МПК G05D19/02 

Ю

О5

сд ю

со

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к системам управления вибрационными испытаниями.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем создания нестационарного по уровню широкополосного случайного процесса.

На фиг. 1 показана схема системы; на фиг. 2 - временные диаграммы в различных точках системы; на фиг. 3 - различные формы огибаюш,ей выходного сигнала.

Система (фиг. 1) состоит из программаторов 1-5, дешифратора 6, генератора 7, делителя 8 частоты, счетчиков 9 и 10, реверсивного счетчика 11, инвертора 12, мультиплексора 13, цифрового индикатора 14, кнопок 15 и 16, причем все перечисленные блоки образуют блок 17 управления, из цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 18, перемножающих ЦАП 19 и 20, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 21, усилителей 22 и 23, резисторов R, Rz, Rs, R4, образующих блок 24 преобразования сигналов, а также из вычислителей быстрого преобразования Фурье (БЦФ) 25 и 26, элемента 27 сравнения, ЦЗУ 28 заданного спектра тактового генератора 29, образуюш,их блок 30 задания случайного сигнала.

Входы программаторов 1-4 соединены между собой и с информационным входом делителя 8, тактовый вход которого соединен с выходом генератора 7, а выход подключен через счетчики 9 и 10 и реверсивный счетчик 11 к входам сброса в ноль своему и счетчиков 9 и 10. Входы сброса в ноль и записи реверсивного счетчика 11 соединены через соответствуюш,ие кнопки 16 и 15 с обШ.ИМ проводом, информационный выход подключен к цифровому индикатору 14, а информационный вход соединен с выходом программатора 5. Информационный выход счетчика 9 соединен с вторым, а через инвертор 12 с третьим входами мультиплексора 13, у которого пятый и четвертый входы соединены соответственно с общим проводом и логической единицей, первый управляющий вход подключен к информационному выходуьсчетчика 10 и через дешифратор 6 к соответствующим управляющим входам программаторов 1-4, а выход подключен к первому и второму соответственно цифровым входам ЦАЦ 20 и 19. Первый аналоговый вход ЦАП 19 подключен к выходу ЦАП 18 и через резистор R к своему выходу и к инверсному входу усилителя 22, у которого выход является выходом устройства и соединен через резистор R со своим инверсным входом. Вход системы соединен через резистор Rs с вторым аналоговым входом ЦАП 20, с инверсным входом усилителя 23, и через резистор с выходом усилителя 23, с выходом ЦАП 20 и с входом АЦП 21, выход которого подключен через вычислитель БПФ 26 к элементу 27 сравнения, и через вычислитель БПФ 25 к входу

ЦАП 18, а другой вход элемента 27 сравнения соединен с выходом ПЗУ 28 заданного спектра, выход тактового генератора 29 подключен к ПЗУ 28.

Система работает следующим образом.

В начале нажимают кнопку 16 «Стоп, при этом подается сигнал на вход сброса в нуль реверсивного счетчика 11, на его выходе «О появляется сигнал, сбрасывающий делитель 8 и счетчики 9 и 10 в нулевое

состояние. Затем устанавливают на программаторах 1-5 значения соответственно длительности фронта, вершины, среза, паузы, числа импульсов. Эта информация определяет форму огибающей изменения уровня вибрации и число таких изменений (импульсов). Затем нажимают кнопку 15 «Пуск, на вход записи счетчика поступает сигнал, который записывает в счетчик число, равное набранному на программаторе 5. На выходе «О реверсивного счетчика 11 сигнал сброса

0 при этом исчезает. Делитель 8 и счетчики 9 и 10 начинают работать.

В первые моменты времени число на выходе счетчика 10 равно нулю, при этом мультиплексор 13 устанавливается в положение, при котором на его выходе появляются

5 сигналы с его первого входа, т. е. с выхода счетчика 9. Кроме того, нулевые выходные сигналы счетчика 10 устанавливают дешифратор 6 в состояние, при котором его выходные сигналы возбуждают только программатор 1. Число с выхода программаторов 1

0 поступает на вход делителя 8 частоты. При этом последний делит частоту входных импульсов, поступивших с генератора 7, на выходное число, и на выходе его появляется сигнал с периодом повторения

т QI

8 - ;- /7

где fy - частота импульсов генератора 7;

QI-число на выходе программатора 1.

В этом случае счетчик 9 имеет на своем 0 выходе линейно возрастающее число (фиг. 2а), длительность изменения которого равна

Тэ 21 Qmax-г-у

П

5 где Qmax - максимальное число на выходе

счетчика 9.

Этот промежуток времени пропорционален числу, набранному на программаторе 1. Если выбрать 1 мс, то число Qi означает длительность фронта импульса

прямо в миллисекундах. Таким образом, за время от t до ti на выходе блока 17 управления (выходе мультиплексора 13) появляется линейно нарастающий цифровой сигнал.

После достижения максимума счетчик 9 сбрасывается в «О, а счетчик 10 устанавливается в положение «Ь. Этот сигуал подключает через дешифратор 6 к входу делителя 8 число с выхода программатора 2, а на выход мультиплексора 13 (выход блока 17) с его второго входа на всех разрядах логические единицы, т. е. максимальное число Qmax- Счетчик 9 производит при этом счет с новой скоростью и на время от 2 до 1з на выходе мультиплексора 13 имеется постоянный сигнал Qi3 Qmax (фиг. 2S).

в следуюш.ий цикл работы счетчика 9 на выходе счетчика 10 имеется число 2. При этом скорость работы делителя 8 задает программатор 3, а на выход мультиплексора 13 поступает в инверсном виде сигнал с выхода счетчика 9. При этом за время от /3 до /4 сигнал на выходе блока 17 падает по линейному закону от Qmax до нуля (фиг. 2а). Длительность следующего цикла работы счетчика 9 задает программатор 4, на выход блока 17 поступает нулевой сигнал с четвертого входа мультиплексора 13 (фиг. 26).

После окончания цикла /4-is (паузы между импульсами) счетчик 10 сбрасывается в «О и уменьшает число, записанное в реверсивном счетчике 11 на одну единицу. Процесс генерирования импульса и пауза повторяются и число в счетчике 11 уменьшается вновь на единицу. Так продолжается до тех пор, пока число на выходе реверсивного счетчика 11 не становится равным нулю на его выходе «О появляется сигнал, останавливающий работу делителя 8 и счетчиков 9 и 10. Процесс работы схемы заканчивается. Вновь можно запустить его, нажав кнопку 15 «Пуск, при этом на выходе блока 17 появляется импульсный сигнал такое количество раз, какое число набрано на программаторе 5. На цифровом индикаторе 14 индицируется число, записанное в реверсивном счетчике 11, т. е. количество импульсов, которое осталось до конца процесса.

Перед началом работы блока 17 запускают блок 30 задания случайного сигнала в работу. При этом начинает работать тактовый генератор 29, его выходные импульсы запускают ПЗУ 28. Входной сигнал блока 30 поступает на вход вычислителя БПФ 26 с АЦП 21. Вычислитель производит в цифровом виде анализ спектра сигнала, поступающего на его вход. Спектр с выхода вычислителя 26 поступает на вход элемента 27 сравнения, на другой вход которого поступает заданный спектр с выхода ПЗУ 28. Элемент 27 сравнения сравнивает оба спектра, результат сравнения с его выхода поступает на вход вычислителя 25, который работает в режиме обратного преобразования Фурье, но его функциональная схема одинакова со схемой устройства вычислителя 26. Вычислитель 25 производит по форме спектра, поступившего на его вход, синтез цифрового случайного сигнала и подает его на вход ЦАП 18. Этот сигнал преобразуется в ЦАП 18 в аналоговый вид и затем через перемножающий ЦАП 19, резисторы Ri, Rz и усилитель 22 поступает на вход виброустановки. Аналоговый сигнал обратной связи

с виброустановки через резисторы з и R, усилитель 23 и ЦАП 20 поступает на вход АЦП 21, преобразуется в нем в цифровой вид и поступает на вход блока 30 задания. Низкий уровень выходного сигнала обеспечивается подбором резисторов R и R. При этом Ri. Кроме того, величина резистора Rz выбирается с учетом лроводимости

«-«-

тах

где Gmax - проводимость перемножающих ЦАП 19 и 20 с аналогового входа до выхода при максимальном сигнале Qmax на цифровом входе.

В данном случае проводимость ЦАП 19 и 20 равна

. QBX

20.7;

где QBX - число на цифровом входе ЦАП. Данная проводимость включена в одном случае параллельно , в другом - 4. В этих условиях коэффициент передачи с выхода ЦАП 18 до выхода системы равен

feD //7 J 4Ql3 , 2

К22 R2(J + ) 7Т -+ : А1Vmax А|

а коэффициент передачи с входа системы до входа АЦП 21 равен

1

1

--ет + )-- 1г-+1Общий коэффициент передачи входных- выходных цепей системы равен

К KiiKiz 7Г 1 К

он не зависит от входного числа Qi3.

При возрастании числа Qi3 от нуля до Qmax блок 30 задания продолжает работать в прежнем режиме, так как входные и выходные его сигналы не изменяются. Однако коэффициент передачи /(22 измеряется от

-fj до 1. при этом уровень сигнала на

А1

выходе системы изменяется значительно, на виброустановке возникают вибрации значительной величины, сигнал обратной связи (Увх имеет форму, показанную на фиг. 2(3, т. е. уровень вибрации на виброустановке повторяет форму цифрового сигнала Qu. Таким образом, система управляет виброустановкой так, что при заданном спектре

широкополосной случайной вибрации меняется общий уровень ускорения также по заданному закону. При этом можно отдельно программировать длительности фронта нарастания ускорения вершины, спада и паузы между отдельными импульсами. Можно

задать любой из данных промежутков равным нулю, при этом формы огибающих ускорения могут быть многообразны: трапецеидальная, треугольная, прямоугольная. пилообразная, с паузой между отдельными импульсами или без нее (фиг. 3). Число таких импульсных процессов также программируется, причем на цифровом табло 14 видно значение оставшихся до конца импульсных процессов. При необходимости остановить испытания можно в любой момент, нажав кнопку 16 «Стоп, при этом система сразу выходит на низкий уровень выходного сигнала. При однократных испытаниях на программаторе 5 набирают число 1, при этом после каждого нажатия кнопки 15 «Пуск происходит генерирование одного импульсного процесса. Система позволяет реализовать новый вид испытаний, когда уровень вибрации является нестационарным, изменяемым во времени, а спектр широкополосного случайного процесса является постоянным. Данные испыния позволяют исследовать свойства изделия в условиях, максимально приближенных к реальным, когда на изделие постоянно воздействуют переменные нагрузки со сложным спектром случайного ускорения. Формула изобретения Система цифрового управления вибрационными испытаниями, содержащая блок задания случайного сигнала, включающий последовательно соединенные первый вычислитель быстрого преобразования Фурье (БПФ), элемент сравнения и второй вычислитель БПФ, а также последовательно соединенные тактовый генератор и постоянное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, причем вход первого вычислителя БПФ является входом блока задания случайного сигнала, а выход второго вычислителя БПФ является выходом блока задания случайного сигнала и соединен с первым входом блока преобразования сигналов, являющимся также входом первого цифроаналогового преобразователя, входящего в блок преобразования сигналов, первым выходом которого является выход аналого-цифрового преобразователя, подсоединенного к входу блока задания случайного сигнала, блок преобразования сигналов содержит также второй и третий цифроаналоговые преобразователи, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем создания нестационарного по уровню широкополосного случайного процесса, в систему введены блок управления, включающий дешифратор, пять программаторов, последовательно соединенные генератор, делитель частоты, первый и второй счетчики, реверсивный счетчик и цифровой индикатор, а также две кнопки, инвертор и мультиплексор, выход которого является выходом блока управления, а его управляющий вход соединен с вторым выходом второго счетчика и с входом дешифратора, четыре выхода которого соединены с соответствующими входами первых четырех программаторов, выходы которых соединены между собой и с вторым входом делителя частоты, третий вход которого соединен с входами первого и второго счетчиков и с вторым выходом реверсивного счетчика, у которого входы сброса в «О и вход записи подключены через соответствующие кнопки к общему проводу, а информационный вход реверсивного счетчика подключен к выходу пятого программатора, информационный выход первого счетчика подключен к второму входу, а через инвертор - к третьему входу мультиплексора, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с логической единицей и общим проводом, а в блок преобразования сигналов введены дополнительно два усилителя, четыре резистора, а второй и третий цифроаналоговые преобразователи выполнены перемножающими и их первые входы объединены и являются вторым входом блока преобразования сигналов, который соединен с выходом блока управления, инверсный вход первого усилителя, охваченного обратной резистивной связью, подсоединен к выходу первого цифроаналогового преобразователя, также охваченного обратной резистивной связью, выход первого усилителя является выходом системы, вход системы через третий резистор соединен с инверсным входом второго усилителя и с вторым входом второго перемножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, с выходом второго усилителя и с выходом четвертого резистора, вход которого соединен с инверсньш входом второго усилителя.

Фиг.1

Устройство относится к испытательной технике, а именно к системам управления вибрационными испытаниями. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем создания нестационарного по уровню широкополосного случайного процесса. Система содержит пять программаторов, дешифратор, генератор, делитель частоты, два счетчика, реверсивный счетчик и цифровой индикатор, а также инвертор, мультиплексор и две кнопки, эти блоки составляют блок управления, а также блок задания сигналов, состояший из тактового генератора, постоянного запоминаюш,его устройства, устройства сравнения и двух вычислителей быстрого преобразования Фурье, а также блок преобразования сигналов, включающий два цифроаналоговых преобразователя, выполненных перемножающими, аналого-цифровой преобразователь, два усилителя и четыре резистора. Введение блока управления, а также дополнительно в блок преобразования сигналов двух усилителей, $ четырех резисторов позволяет реализовать новый вид испытаний, когда уровень вибраС/) ции является нестационарным, изменяемым во времени, а спектр широкополосного случайного процесса является постоянным. 3 ил.

/ /