Устройство для управления виброиспытаниями Советский патент 1986 года по МПК G05D19/00 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к цифровым системам управления виброиспытаниями, генерирующим особый класс нестационарных вибрационных процессов, который принято назыв&ть виброударом характеризующийся значительной интенсивностью колебаний по сравнению с остальнымвибрационным фоном для данного участка измерений н небольшой длительностью. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет создания нестационарных вибраций типа виброудар. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для управления виброиспытаниями на фиг, 2 - длаграмма его работы. Устройство состоит из вибростенда 1 с установленным на нем датчиком 2, согласующего усилителя 3, операционного усилителя 4, первого перемножающего цифроаналогового преобразователя 5, аналого-цифрового преобразователя 6, спецвычислителя 7 быстрого преобразования Фурье, компаратора 8, спецвычислителя 9 обратного быстрого преобразования Фурье, цифроаналогового преобразователя 10, второго перемножающего цифроаналогового преобразователя I1, усилителя 12 мощности, генератора 13 тактовых импульсов, элемента И 54, первого 15 и второго 16 программируемых делителей, счетчика адреса 17 RS-триггера 18, постоянного запоми- нающего устройства 19 и резистора 20 В процессе работы аналоговый элек трический сигнал с датчика с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуется в .цифровой код и по ступает на вход ЭВИ общего назначения, которая производит передачу цифровой информации, по которому в спецвычислителе быстрого вычисления Фурье вычисляется спектр по известному алгоритму 1 «/ -л .Х„, --А- . ,l,..,,,N-l. и «.,(1) (2irjN), где X(k) - отсчеты периодической функции в k-e моменты вре мени; Х(п) - спектр периодической функ ции. Спектральная плотность ускорения или знергетический спектр, вычисляется по формуле P(n)X(n)X(n) (. (2) Вычисленные значения спектральной плотности ускорения сравниваются с заданным опорным спектром, и управление спектральной плоскостью ускорения осуществляется по следующему алгоритму 1к)-1.п ()- ()- , (3) где R(n) - опорное значение СПУ на заданной спектральной ли нии; РК-, («) - действительное значение СПУ, полученное в результате k-1 вычисления СПУ; 1|(п) - результирующий коэффициент управления, полученный на операции вычислеt ния. Значения управляющих коэффициентов передаются в спецвычислителе обратного быстрого преобразования Фу- рье, где вычисляется новая временная реализация по алгоритму I(n)W Устройство работает следующим образом. При включении устройства счетчик адреса 17 обнуляется, на выходе RSтриггера 18 устанавливается логическая единица. На выходе запоминающего устройства 19 при обнуленном счетчике адреса записан минимальный код, обеспечивающий ослабление сигнала на выходе перемножающего цифроаналогового преобразователя 11 на 30-40 дБ по сравнению с максимальным значением виброударного процесса. При этом напряжение на выходе перемножающего цифроаналогового преобразователя 11 определяется: где и - напряжение на аналоговом входе; Z - масштаб выходного сигнала, определяемый кодом D, поступающим с запоминающего устройства 19, 0:М.р : 0,999. Напряжение же на выходе операционного усилителя 4 будет

Je,2

вы

т.е. операционный усилитель имеет :усиление в 30-40 дБ.

Таким образом,сгенерированный цифровой широкополосный процесс в спецвыч1 слителе 9 преобразуется в аналоговый сигнал цифроаналогового преобразователя 10 и поступает на аналоговый вход перемножающего цифроаналогового преобразователя 11. Ослабленный на 30-40 дБ сигнал, как указывалось выше, поступает через усипитель мощности 2 на катушку возбуждения электродинамического вибростенда 1. На вибростенде 1 возбуждаются механические случайные колебания. Механические колебания стенда 1 преобразуются датчиком 2 в электрический сигнал и через согласуюпщй усилитель 3 и резистор 20 он поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 4 в цепь обратной связи которого включен перемножающий цифроаналоговый преобразователь 5. Как отмечалось вьше, в начальный момент усиление усилителя 4 велико и составляет 30-40 дБ. Сигнал с усилителя 4 поступает на аналого-цифровой преобразователь 6, преобразуется в цифровой вид и поступает на спецвычислитель 7 быстрого преобразования Фурье БПФ, где происходит анализ вычисление спектральной плотности ускорения по алгоритму (1) и (2). Вычисленные значения спектральной плотности ускорения по каждой спектральной линии поступают в компаратор 8, где вырабатываются управляющие коэффициенты в соответствии с алгоритмом 3. Значения управляющих коэффициентов поступают на спецвычислитель 9, с выхода которого генерируется по алгоритму (2) и (3) скорректированная по результатам анализа временная последовательность. Эта цифровая последовательность поступает в преобразователь 10, где и преобразуется в аналоговый сигнал, поступающий на возбуждение вибростенда. Таким образом, за счет обратной связи на вибростенде формируется широкополосный случайный сиг,нал с заданным спектральным составом очень низкого уровня, ослабленный на 30-40 дБ по сравнению с максимадьным значением виброудара.

673774

Так рак на выходе RS-триггера 18 в исходном состоянии находится логическая единица, то тактовые импульсы с генератора 13 черезэлемент 5 И 14 и программируемый делитель 15 поступают на счетчик адреса 17. Возрастающая кодовая последовательность со счетчика 17 поступает на адресные шины запоминающего устройства 19,

10 где записана в цифровом виде желаемая форма виброударного процесса, например трапеция или треугольник. Считываемые коды запоминающего устройства 19 поступают на цифровые

5 входы перемножающих цифроаналоговых преобразователей 11 и 5. При этом напряжение на выходе перемножающего цифроаналогового преобразователя 11 возрастает, а усиление операцион20 ного усилителя 4, в цепь обратной связи которого включен перемножающий цифроаналоговый преобразователь 5, падает обратно пропорционально коду D. Таким образом, на стенде гене25 рируется виброударный процесс с формой, записанной в запоминающем устройстве 19. Так как произведение коэффициентов передачи перемножающего цифроаналогового преобразователя 11 и

30 операционного усилителя 4, в цепи обратной связи которого включен перемножающий цифроаналоговый преобразователь 5, остается неизменным в процессе формирования виброудар5 ного процесса, то замкнутая система, включающая в себя блоки 6-8, осуществляющие анализ и сравнение спектрального наполнения виброудара, работают при одном и том же уров0 не сигнала. Таким образом, несмотря на то, что на стенде генерируется нестационарный (пиброударный) процесс, устройство работает при неизменном уровне сигнала и поддер5 живает заданный спектральный состав виброудара.

Как только счетчик адреса 17 переполнится, импульс переноса установит выход триггера 18 в нуль, и эле0 мент И 14 перестанет пропускать счетные импульсы на счетчик адреса 17. Элемент И 14 вновь откроется по истечении времени, определяемого программируемым делителем.16, ко5 торый устанавливает (задает) частоту виброударов. Программируемый делитель частоты.15 задает длительность виброударного процесса.

$

Таким образом, устройство управ«ения виброиспытаниями наряду с генерированием широкополосного случайного вибропроцесса позволяет производить и испытания на виброударные

нагрузки с заданной спектральной плотностью ускорения.

Формула изобретения

УстройЬтво для управления виброиспытаниями, содержащее последовательно соединенные; усилитель мощности, вибростенд, датчик, согласующий усилитель, а также последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, спецвычислитель быстрого преобразования Фурье, компаратор, второй вход которого соецинен с выходом задатчика сигналов

опорного спектра, второй спецвычислитель обратного быстрого преобразования Фурье и цифроаналоговый преобразователь, отличающеес я тем, что, с целью расширения области, применения устройства за счет обеспечения испытаний на виброудар, оно содержит операционный усилитель, два перемножающих цифроаналоговых преобразователя, постоянное запоминающее устройство, счетчик ад673776

реса, два программируемых делителя частоты, генератор тактовых импульсов, RS-триггер и элемент И, при этом первый перемножающий цифро5 аналоговый преобразователь включен в цепь обратной связи операционного усилителя, который входом подключен через резистор к выходу согласующего усилителя, а выходом - к входу

to аналого-цифрового преобразователя, второй перемножающий цифроаналого- вый преобразователь включен между цифроаналоговым преобразователем и усилителем мощности, цифровые вхо15 ды перемножающих цифроаналоговых преобразователей объединены и подсоединены к информационным шинам постоянного запоминающего устройства, а адресные шины постоянного за20 поминающего устройства соединены с выходом счетчика адреса, вход которого через первый программируемый делитель частоты и элемент И подсоединен к выходу генератора такто25 вых импульсов, а выход переноса счетчика адреса соединен с R-входом RSтриггера, выход которого подключен к второму входу элемента И, а S-вход RS-триггера через второй программи30 руемый делитель частоты подсоединен к выходу генератора тактовых импульсов.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности,к устройствам для вибрационных испытаний. Цель изобретения - расширение области применения систем за счет обеспечения испытаний на виброударные воздействия. Устройство содержит последовательно соединенные вибростенд, датчик, согласующий усилитель, операционный усилитель (ОУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), спецвычислитель быстрого преобразования Фурье (БПФ), компаратор, спецвычислитель обратного БПФ, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП|, перемножающий 11ДП, усилитель мощности и вибростенд. Кроме того, перемножающий ЦДП включен в цепь обратной связи ОУ, цифровые входы ИДИ объединены и подключены к информационным шинам постоянного запоминающего устройства (ПЗУ, адресные шины которого соединены с выходом счетчика адреса, вход которого через программируемый делитель частоты и элемент И соединен с выходом генератора тактовых импульсов (ГТИ), а с (О выход переноса счетчика адреса соединен с R-входом RS-триггера, выход (Л которого подключен к второму входу элемента И, а S-вход RS-триггера через второй программируемый делитель частоты соединен с выходом ГТИ, Устройство генерирует случайный широкополосный вибропроцесс ослабленного уровня на минус 30 дБ, автомат; to тически корректирует неравномерность О5 амплитудно-частотной характеристики, а затем значительно увеличивает урооо вень вибрации во времени по закону, определяемому цифровой информацией, занесенной в ПЗУ. При этом длительность виброударного импульса и частота повторения импульсов задается программируемыми делителями частоты. 2 ил.