Устройство для управления динамическими испытаниями Советский патент 1987 года по МПК G05B15/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для управления виброиспытани- ями различных технических объектов.

Цель изобретения - повышение точности воспроизведения вибраций.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока сравнения спектров; на фиг.З - кусочно-постоянная аппроксимация спектральной плотности мощности в заданных полосах частот и кусочно-линейная аппроксимация исходной спектральной плотност мощности.

-Устройство содержит (фиг.1) циф- роаналоговый преобразователь 1, вибростенд 2, аналого-цифровой преобразователь 3, процессор 4 прямого пре- о бразования Фурье. Функциональный преобразователь 5, блок 6 сравнения спектров, интерполятор 7, умножитель 8, процессор 9 обратного преобразования Фурье и генератор 10 фазы. Кроме того, устройство (фиг.2) содержит первый И, второй 12, третий 13 и четвертый 14 интерфейсы ввода/вывода центральный процессор 15, блоки 16- 20 оперативной памяти.

Устройс тво имеет следующие режимы функционирования.

Режим генерирования случайного процесса по заданному спектру входа S,(k) аналогичен известному устройству и вьтолняется с помощью обратного преобразования Фурье на основе представления Раиса-Пирсона

м-1

(t) ) cos(,

. (О

где k - число уровней дискретизации

по частотам спектральной

плотности мощности; слзгчайные фазы, равномерно

распределенные в интервале

0,21Г.

Для генерир ования стационарного случайного процесса (1) необходимо вычислить коэффициенты преобразован Фурье

лГзТиУсозг,

-к )

далее выполнить обратное преобразование Фурье, в результате чего получается дискретная реализация случайного входного процесса x(t), которая через цифро

аналоговый преобразователь подается на вибростенд. В случае, когда значения S,(k) в (2) равны между собой, на выходе процессора обратного преобразования Фурье генерируется белый шум.

В режиме идентификации величина S,(k) определяет уровень белого щума, который через цифроаналоговый преобразователь поступает на объект. Выходная информация с датчиков преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму и запоминается в блоке памяти выходного процесса. Далее над полученным массивом выполняется быстрое преобразование Фурье, вьиисляются коэффициенты преобразования Ъ,.

По полученным коэффициентам вычисляются периодограмма

(3)

Su(k) al + Ъ,

и АЧХ объекта „,.,. S.(k)

- stlkT

(4)

где SuCk), S,((k) - коэффициенты Фурье

выходного и входного проп ессов

и оценка АЧХ

35

40

45

я

я55

р(еиЬ| W(l) 1 ) w(k),

Р К-ер

(5)

где 1 - номер участка усреднения;

k - номер текутцей ординаты спект. ра;

Р число ординат спектра на участке..

Режим спектрального анализа реализует кусочно-линейную аппроксимацию спектральной плотности мощности. Использование кусочно-линейной интерполяции позволяет, с одной стороны, более точно воспроизводить на вибростенде спектры реальных вибраций за счет повьш1ения точности аппроксимации произвольных кривых, с другой стороны, снижает время выхода системы на режим испытаний (т.е. достижение требуемой погрешности спектра мощности сигнала с объекта) за счет ликвидации разрьшов спектра при переходе от одной полосы частот к другой.

Использование преобразования по интегральным функциям Уолша для кусочно-линейной аппроксимации обусловлено высоким быстродействием подобных преобразователей при достаточно высокой точности аппроксимации.

Спектральный анализ с кусочно- линейной аппроксимацией спектральной плотности мощности производится по следующей схеме: над реализацией выходного процесса y(t) вьшолняется быстрое преобразование Фурье и получают коэффициенты а и Ъ,, вычисля- ется периодограмма по отношению (3 над получением массивом S,.(k) производят преобразование по кусочно-линейным функциям Уолша.

Из полученных N коэффициентов оставляют первые 1, остальные отбрасывают и производят обратное преобразование в базисе кусочно-линейных функций Уолша над оставшимися коэффициентами. Тем самым, мы имеем оцен- ку спектральной плотности мощности Б„(1) выходного процесса на границах заданных полос частот.

Преобразование сигнала в базисе кусочно-линейных функций Уолгаа можно представить в виде Е-1

f(t) J c;P(i,t); (6)

-; i ill f.(t)p (i, t),

где P (i,t) - система дифференциальных функций Уолша.

Поскольку восстановление сигнала происходит по 1 первым коэффициентам, следовательно, предельГ суммирования в (6) устанавливаются от О до 1-1 использование функционального преобразования (6) и (7) позволяет получит кусочно-линейную аппроксимацию спектральной плотности мощности §„(1) выходного процесса, что приводит, в свою очередь, к повьш1ению точности воспроизведения входного возбуждения Sy(l) на вибростенде.

Режим управления использует управление, основанное на известном алгоритме стохастической аппроксимации, а именно, спектр входного процесса на (п+1)-й итерации вычисляется как

1 л п

s7(i) s:ti).,

,, ,(8)

где S|.(l} - заданный спектр плотности

мощности;

S(l) - входной спектр плотности мощности на п-й итерации; s(l) - выходной спектр плотности

мощности на п-й итерации;

п

- в случае равномерного

приближения; п - - номер итерации.

В качестве S°(l) выбирают уровень белого шума, обеспечивающий минимальную разность дисперсий спектра выхода и спектра задания во всем диапазоне используемых частот.

В результате вычисления оценок получаем 1 отсчетов (l) спектра входного процесса. Причем (l) имеет смысл оценки спектральной плотности- мощности на границах заданньк полос частот. Для восстановления N отсчетов спектра S ) (l) необходимо произвести линейную интерполяцию на каждом 1-ом отрезке полосы частот (по р на каждом 1-ом отрезке), а именно

зГ (ю (1)

. п+

а+о-зГ (1)

(k - IP) ,

(9)

где 1 .

целая часть;

30

40

„ ь

55

45

Полученные (k) являются исходной информацией для режима генерирования входного воздействия.

Устройство работает следующим образом.

На первом шаге в блок 16 оперативной памяти вводятся значения S(l) уровня шума, которые далее выводятся на интерполятор 7,- где восстанавливаются отсчеты S(k), перемножаемые со случайными фазами и подаваемые в процессор 9 обратного преобразования Фурье. Коэффициенты Фурье (2) посту-- пают в блок 17 оперативной памяти коэффициентов S(k) входного процесса блока 7 сравнения спектров, а в блок 19 оперативной памяти коэффициентов S(k) выходного процесса поступает отклик системы на входное воздейст- вие. Далее вьгчисляются амплитудно- частотные характеристики объекта W(k) (4), которые сглаживаются (5), тем самым мы имеем оценку амплитудно- частотной характеристики W(l). После осуществления кусочно-линейной аппроксимации функциональным преобразователем. 5 периодограммы (3) в блок 6 сравнения спектров вводится оценка спектральной плотности мощности выходного процесса и запоминается в

513

блоке 18 оперативной памяти выходног

если невязка

процесса,В

. , , случае,

Su(l) - 8„(1)/ больше заданной по

Г

Л

грешности, вьиисляется новое значени спектра входа (9), которое поступает на. интерполятор 7 и далее на вибростенд. Таким образом контур управления замкнут. При условии, когда не-, вязка меньше заданной погрешности, поправка в (9) задается равной нулю и на выход блока 6 поступает спектр входа S|j(l). Работа устройства начинается с режима идентификации. Для этого в блок 16 оперативной памяти входного спектра блока 6 записываются значения S (l) уровня белого

шума.

вычисляются значения

которые поступают далее в интерполятор 7, где восстанавливается спектр входа (9), Лялее на выходе умножителя 8 формируются коэффициенты Фурье (2), которые поступают на третий вход блока 6 сравнения спектров, а также отображаются во временную область в процессоре 9 обратного преобразования Фурье, на выходе которого имеем дискретные отсчеты стационарного случайного процесса (l), подаваемые через цифроаналоговый преобразователь 1 на вибростенд 2, С датчиков,, установленных на объект испытания, снимается отклик y(t), который преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму и поступает на вход процессора 4. В процессоре 4 вычисляется периодограмма (3), по ступающая в функциональный преобразователь 5, а спектральные коэффициенты Лу, и Ъ выходного процесса поступают на первый вход блока 6 сравнения спектров. Функциональный преобразователь 5 осуществляет кусочно-линейную аппроксимацию (6) - (7) периодограммы (З), т.е, восстановленное (6) значение Su(l) дает оценку спектральной плотности могщости выходного процесса на границах заданных полос частот (фиг,3б), которая поступает на второй вход блока 6, в котором формируется оценка спектра входа К(1, Сформированная -оценка входа поступа на вход интерполятора 7, где происходит восстановление спектра входа. После вьпюлнения первой итератдии, а

л

S,

,(k)

спектименно вычисления оценки ONV

ра выхода по описанной процедуре, в

блоке 6 формируется оценка спектра входного процесса второй итерации (в), в том числе, если вектор невязки /S (l) - Sj(l) , где - . задаваемая погрешность. Если вектор невязки оказывается меньше , то

считается, что система вышла на рабочий режим. На этом процесс наст- ройки закончен и йожно переходить к режиму виброиспытаний, т,е, на вход вибростенда подает Sj((k).

5 Таким образом, предлагаемое

устройство позволяет повысить точность воспроизведения на вибростенде реальных вибраций за счет кусочно- линейной аппроксимации исходной

0 спектральной.плотности мощности, что не позволяет делать известное устройство. Кусочно-линейное представление спектров позволяет при одной и той же точности задания с кусочно-посто5 янным спектром сократить объем обрабатываемой информации почти в 3 раза, что приводит к сокращению времени обработки информации на каждой из итераций, и в конечном итоге сокра0 тить время выхода системы на рабочий режим,

Формула изобретения

Устройство для управления динамическими испытаниями, содержащее генератор фазы, выход которого через последовательно соединенные умножи- тель, процессор Обратного преобразо0 вания Фурье, цифроаналоговый преобразователь, вибростенд, аналого-циф. ровой преобразователь, процессор прямого преобразования Фурье подключен к первому входу блока сравнения

45 спектров, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ение точности воспроизведения вибраций, введены интерполятор и функциональньй преобразователь, вход которого под-.

5Q ключен к выходу процессора прямого преобразования Фурье, а выход - к второму входу блока сравнения спектров, соединенному третьим входом с выходом умножителя, а выходом 55 через интерполятор с вторым входом умножителя,

5

Обшай шина.

16

П

16

Фи2.г

а

W(K)

19

го

I

,s

Составитель В.Башкиров Редактор О. Головач Техред Л. Сердюкова Корректоре. Черни

Заказ 6281/46 Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.П ектная,4

ФагЪ

tt)K

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для управления виброиспытаниями различных технических объектов. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения вибраций. Устройство для управления динамическими испытаниями содержит циф- роаналоговый преобразователь 1, вибростенд 2, аналого-цифровой преобразователь 3, процессор 4 прямого преобразования Фурье, функциональный преобразователь 5, блок 6 сравнения спектров, интерполятор 7, умножитель 8, процессор 9 обратного преобразования Фурье, генератор 10 фазы. Устройство позволяет повысить точность воспроизведения на вибростенде реальных вибраций за счет кусочно-линейной аппроксимации исходной спектральной плотности мощности. 3 ил. а 9 (Л со 05 СП О Фиг.1