Способ испытания изделий на случайную вибрацию и многоканальное устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01M7/00 

()т|)ас. 1я.

li.i.UMIlJi,

в про

I Изобретение относится к технике ;IHTO- матизации управления с 1ектра, ха- |)актеристиками вибровоздействия и можег 6ijiTb иепо;1ьзовано в раз.)1. промыт.ценности, выну ска юншх подверженные воздействию liiiOpa иессе , ii)H()ii укеилуагапип.

Цель изобретения рас нс1и 1туемых изде. пп и 11()В1;Ине риброиспытаний за счет возможности вос- ||1роизведения взаимной спектральной плот- iiiocTH векторных впброиропессов на В1)1ходе изделия с перекрестными связями. I На фиг. 1 изображена структурная ( многоканального ycTpoiicTisa для осу- | цествления предлагаемого способа; на фиг. 2 - энюры напряжений генератора (релого Н1ума, формиру1ОИ1его фильтра, пер- и второго режекторных фильтров, Сумматоров первой и второй компонепт., об- ицего для каналов сумматора второй компоненты.

Многокана;1Ы1ое устройство включает в себя общие для всех генераторы 1 | 2 белого Hiy.via, выход1 1 каждого из ко- ч)рых подключены к входам параллельпо соединенных по входам и выходам частот- ых каналов прямой цеги1 замкнутой сис- |емы. Каждьп 1 такой каиа:1 первой ко.м- поненты содержит последовательно соеди- iieHHbie формирующий фильтр 3, режектор- |1ые фильтры 4 и 5, канальный сумматор б, к второму входу которого подк. почен вы- .1;од 1 еиератора 7 1 армопического сигпала, ф к выходу - вход ре1 у. 1ятора 8 соб- (|:твенпой спектральной п.чотпости, подсое- иненного своим выходом к входу o6mei o ,ля всех каналов компонентного суммато- ша 9. Такой же канал второй компоненты (Додержит последовательно соединенные формирующий фильтр 10, режекторные фильтры 1 и 12, канальный сумматор 13, к второму ходу которого подключен выход дополни- |ельного генератора 14 гармонического еиг- ;|ала, нервое звено 15 с регулируемым коэффициентом передачи, обп1нй канальный сумматор 16, второй вход которого подсоединен к второму звену 17 с регулируе- мы.м ко йффипиентом нередачи, еоединенному (;воим входом с выходом кана, |ьного су.м- матора 6, управляемый фазовращатель 18 и регулятор 19 собственной епектра.тьной плотности, выход которого подсоединен к входу общего для всех каналов компонентного сумматора 20. Выходы компонентных сум- м.аторов 9 и 20 соединены с входами изделия 21 по первой и второй компоненте соответственно, а выходы изделия 21 по первой и второй компоненте через датчики 22 и 23 ускорения подключены к г|ара;1лельно соединенным для всех каналов каждой компоненты входам основных 24 и 26 И вспомогательных 25 и 27 спектроанали- з|аторов. Выходы основных спектроанализа- 24 и 26 подсоединены к инфор.ма- Ционным входам регуляторов 8 и 19

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

соос riii Hiiijix СПОК 1 ра. ii.ioi iiocTeu, а также через } прав. 1яемь1е ())азовра1ца re.ut 2Н и 29к нерным входам множп гс.

б. ижов iiO .33. К вг()|)ым входам мпожи- те:П)ПЫх б. юков 3.3 п 30 подк.иочс пы спп- ({шзпые выход| 1 первого 25 п liToporo 27 вс11С)М()гаге.1ьных сиектроана.чизагоров. а к BTO)ijiM входам множите.)1Х блоков .32 и .31 Г1одк. 1ючены К1и1дратурные В1лход1 1 jnix же спектроаналпзаторов 25 п 27. В|,1ходы мно жите.-|ьпых блоков 30 п 33 подсоединепы к входам сумматора 34 спгна.юв обратной связи по модулю взаимной спектра. ib- ной п. ютпости, выход которого соединен с первым входо.м э;1емепта 35 сравнения. Второй вход э. К мента 35 С|1авнен1 я подк.почен к выходу третьего нр(Л )а.п1поза;и1Ю1пего блока 36, а выход через допо.н.чте. 1ьпый уси. 1ите. П) 37 обратпой связик управляюп1ему входу звена 17 с )е1 у. П1руемым коэффипнентом передачи. Лна. югнчно Biiixo- ды .множите;|ьных блоков 32 и .31 подключены к входам сумматора 38 сигма.юв обратной связи по арг уме1ггу взаимной сг1ектра;1ьной н. ютпости, выход KOTopoix) через усилитель 39 обратной связи нодк. по- чен к унрав. 1яюн1ему входу первого ()аз()- вра1цате.1Я 18. Выход первого программпо- задаюнит о блока 40 подсоединен к управ- .мяющему входу первого звена 15 е регулируемым коэффициентом передачи, а второго про1 рамм1Ю-задаюп1е1Ч) б.юка 41 нодсоединеп к управляюииш входам второго 28 и третьего 29 фазоврап1ателей.

Способ зак;1ючается в том, что в каждый 113 су.м.мируе.мых узкопо; ОСН151Х некор- ре;п1роваппых с.чучайпых CHI na:ioB до су.мми- ровапия вводят детерминированн1)1е га)мо- нические составляющие с различными частотами, изменяют их амплитуды нронорцио- нально соответствующим весовым коэффициентам узкополоеных некорре. пфоваппых с.чу- чайных сигналов на входе об ьекта, выделяют все гармонические составляюн1ие пз выходного сигнала каждой узкой полосы каждой компоненты и формируют и.з них сигналы обратной связи для управления как собственной спектральной плотностью, так и модулем и аргументом взаимной спектральной плотности вибропроцесса на выходе объекта с неизвестными параметрами. При этом сигнал обратной связи для управления взаимной спектральной плотностью фор.мируют нуте.м перемножения между собой амплитуд совпадающих по частоте выходных гармонических сигна.чов всех компонент, а результаты пере.множения суммируют.

Многоканальное устройство работает следующим образо.м.

Выходной сигнал 1 енератора 1 белог о щу.ма первой компопепты поступает на фор.мирующий фильтр 3 с прямоугольной частотной характеристикой. Выходной с.чу- чайный узкогюлосный сигнал фи.чьтра 3 нро- ходпт пос.чедовате.чьно чере:- режекторпыс

фильтры 4 и 5, подавляющие прохождение этого сигнала в полосах заграждения, которые существенно меньще полосы пропускания формирующего фильтра 3 и не пересекаются между собой (эпюры частотных характеристик на фиг. 2). Выходной щу- мовой сигнал второго режекторного фильтра 5 суммируется в канальном сумматоре 6 с поступающим от генератора 7 гармоническим сигналом, частота которого совпадает с центральной частотой первых ре- жекторных фильтров 4 и 11. Полученный суммарный узкополосный сигнал через регулятор 8 собственной спектральной плотности поступает на компонентный сумматор 9, на выходе которого формируется широкополосный входной сигнал изделия 21 первой компоненты с требуемой спектральной плотностью. Выходной сигнал канального сумматора 6 поступает также через второе, звено 17 с регулируемым коэффициентом передачи на общий канальный сумматор 16, где он суммируется с прощедшим через первое звено 15 с регулируемым коэффициентом передачи выходным сигналом режекторного фильтра 12 второй компоненты, сформированным как и сигнал на выходе режекторного фильтра 5 первой компоненты. Отличие заключается только в том, что частота выходного сигнала генератора 14 совпадает с центральными частотами вторых режекторных фильтров 5 и 12 и отличается от частоты выходного сигнала генератора 7. Выходной сигнал общего канального сумматора 16 через управляемый фазовращатель 18 и регулятор 19 собственной спектральной плотности поступает на компонентный сумматор 20, на выходе которого формируется щирокополосный входной сигнал изделия 21 второй компоненты с требуемой спектральной плотностью. Измеряемые датчиками 22 и 23 ускорения вибросигкалы первой и второй компоненты поступают на основные 24 и 26 и вспомогательные 25 и 27 спектроанализа- торы каждой компоненты. Полосы пропускания спектроанализаторов меньше полос пропускания режекторных фильтров, вследствие чего каждый спектроанализатор выделяет только детерминированную гармоническую составляющую и отпадает необходимость в осреднении (фильтрации) шумового сигнала.Частота настройки основного спек- троайализатора 24 первой компоненты и вспомогательного спектроанализатора 27 второй компоненты совпадает с частотой выходного сигнала генератора 7, а частота настройки вспомогательного спектроанализатора 25 первой компоненты и основного спектроанализатора 26 второй компоненты - с частотой выходного сигнала генератора 14. Полосы пропускания режекторных фильтров 4, 5, И и 12 намного меньще полосы частот, занимаемой узкополосным сигналом на выходе формирующих фильтров 3 и 10, вследствие чего введение режекторных фильтров не приводит к существенному искажению спектральной плотности указанных сигналов. При этом параметры выходного сигнала вспомогательного спектроанализатора 27 второй компоненты определяют весовой коэффициент включения узкополосного сигнала i первой компоненты в суммарный выходной сигнал объекта второй компоненты с учетом перекрестной связи объекта от первой компоненты к второй.

а параметры выходного сигнала вспомогательного спектроанализатора 25 первой компоненты определяют составляющую взаимной спектральной плотности, обусловленную узкополосным некоррелированным сигналом

5 г наличием перекрестной связи в объекте со второй компоненты на первую. Выходные сигналы основных спектроанализаторов

24и 26 в значительной части определяют собственные спектральные плотности первой и второй компоненты выходного сигнала

0 объекта.

В каждом спектроанализаторе происходит выделение синфазной комплексной амплитуды (амплитуды а и начальной фазы Ф Ас а е ) гармонического сигнала

5 соответствующей частоты и квадратурной комплексной амплитуды (амплитуды а и начальной фазы ф, сдвинутой на -S-)

Акв ае , что необходимо для определения обоих указанных параметров 0 а и ф. В результате перемножения синфазных составляющих выходных сигналов спектроанализаторов 24 и 27 в множительном блоке 30, а спектроанализаторов

25и 26 - в множительном блоке 33 и суммирования выходных сигналов этих

5 множительных блоков на выходе сумматора 34 должен формироваться сигнал P|, пропорциональный действительной части взаимной спектральной плотности PI . Аналогично в результате пел ремножения синфазных составляющих выходных сигналов спектроанализаторов 24 и

26с квадратурными составляющими выходных спектроанализаторов 27 и 25 в множительных блоках 31 и 32 соответственно и сложения результирующих сигналов на вы5 ходе сумматора 38 должен формироваться сигнал Р2 пропорциональный мнимой части взаимной спектральной плотности; Р2 . Однако синфазные составляющие выходных сигналов спектроанализаторов 24 и 26 пропущены в устройстве

0 через управляемые фазовращатели 28 и 29, обеспечивающие сдвиг указанных сигналов по фазе на величину аргумента в взаимной спектральной плотности, задаваемого от второго программно-задающего блока 41. Вследствие этого выходные сигналы

5 сумматоров 34 и 38 оказываются смещенными на величину в:

Р, Р, k|S,2|cos(e-e; Р2 Р2е k,(Si2(sin(e -в).

где в - аргумент взаимной спектральной плотности на выходе объекта.

Если в в, то выходной сигнал сумматора 38 равен нулю, а его отклонение от нуля используется- для управления с помощью усилителя 39 обратной связи и управляемого фазовращателя 18 аргументов взаимной С11е тралъной плотности. При этом же условии выходной сигнал сумматора 34 оказывается пропорциональным модулю взаимной спектральной плотности, а его отклонение от задаваемого с помощью третьего программно-задающего блока 36 требуемого значения модуля взаимной спек10

чальные фазы и частоты всех гармонических составляющих, которые выделяют из узкой полосы соответствующей компоненты выходного сигнала испытуемого изделия, сигналы, изменяющиеся пропорционально взаимной спектральной плотности выходного процесса, формируют путем перемножения между собой комплексных амплитуд совпадающих по частоте выходных гармонических сигналов всех компонентов, результаты перемножения суммируют и из полученной комплексной величины выделяют модуль взаимной спектральной плотности (ВСП) для управления весовыми коэффициентами, с которыми суммируются некоррелированные

I тральной плотности используется как ошибка узкополосные случайные процессы, и аргу- I отклонения (на выходе элемента 35 сравне-мент ВСП для управления фазовыми сдвига ния) для управления этим модулем (с помощью усилителя 37 обратной связи и второго звена 17 с регулируемым коэффициен- I том передачи).

Формула изобретения

20

ми между этими процессами.

2. Многоканальное устройство для испытания изделий на случайную вибрацию, включающее в себя общие для всех каналов два генератора белого щума, каждый из которых подсоединен своим выходом к параллельно соединенным по входу канальным, формирующим фильтрам соответствующей компоненты, генератор гармонического сигнала, два звена с регулируемыми коэффициентами передачи, подсоединенные своими выходами к входам общего канального сумматора, два управляе.мых фазовращателя, канальные регуляторы собственных спектральных плотностей, сигнальный вход

1. Способ испытания изделий на случайную зибрацию, заключающийся в том, что узкополосные входные случайн)1е сигналы формируют Б виде суммы некоррелированных случайных сигналов, весовые коэффициенты I которых изменяют в соответствии с за- данной программой, в каждый суммарный Iузкополоснь й сигнал на входе испытуемого

0

чальные фазы и частоты всех гармонических составляющих, которые выделяют из узкой полосы соответствующей компоненты выходного сигнала испытуемого изделия, сигналы, изменяющиеся пропорционально взаимной спектральной плотности выходного процесса, формируют путем перемножения между собой комплексных амплитуд совпадающих по частоте выходных гармонических сигналов всех компонентов, результаты перемножения суммируют и из полученной комплексной величины выделяют модуль взаимной спектральной плотности (ВСП) для управления весовыми коэффициентами, с которыми суммируются некоррелированные

узкополосные случайные процессы, и аргу- мент ВСП для управления фазовыми сдвига0

ми между этими процессами.

2. Многоканальное устройство для испытания изделий на случайную вибрацию, включающее в себя общие для всех каналов два генератора белого щума, каждый из которых подсоединен своим выходом к параллельно соединенным по входу канальным, формирующим фильтрам соответствующей компоненты, генератор гармонического сигнала, два звена с регулируемыми коэффициентами передачи, подсоединенные своими выходами к входам общего канального сумматора, два управляе.мых фазовращателя, канальные регуляторы собственных спектральных плотностей, сигнальный вход

Изобретение относится к технике автоматизации управления спектральными характеристиками Бибровоздействия и может быть использовано в различных отраслях промышленности, выпускающих изделия, подверженные воздействию вибраций в процессе эксплуатации. Цель изобретения - расширение класса испытуемых изделий и повышение качества виброиспытаний, - достигается путем принципиальной возможности воспроизведения взаимной спектральной плотности векторных вибропроцессов на выходе изделия с перекрестными связями. Сигнал генератора 1 белого шума проходит режекторные фильтры 4, 5, суммируется с гармоническим сигналом, поступающим от генератора 7, и подается на компонентный сумматор 9, на выходе которого формируется входной сигнал изделия 21 первой компоненты с требуемой спектральной плотностью. Выходной сигнал обшего канального сумматора 16 поступает на компонентный сумматор 20, на выходе которого формируется входной сигнал изделия 21 второй компоненты с требуемой спектральной плотностью. Измеряемые датчиками 22, 23 ускорения вибросигналы первой и второй компоненты поступают на спектроанализаторы 24, 25, 26, 27 каждой компоненты. Полосы пропускания анализаторов меньше полос пропускания ре- жекторных фильтров, вследствие чего каждый спектроанализатор выделяет только детерминированную гармоническую состав- ляюшую, в результате отпадает необходимость в осреднении шумового сигнала 2 с. п. ф-лы, 2 ил. (/ С

изделия вводят гармоническую составляю- одного из которых через первый управляе; щую, которую выделяют из выходного сиг- 1нала испытуемого изделия каждой компо- 1 ненты, и используют ее амплитуду, а так- |же сдвиг фаз .между гармоническими сос- 1тавляющими для формирования сигналов, изменяющихся пропорцио)1ально собственной спектральной плотности и аргументу взаимной спектральной плотности вибрации Iиспытуемого изделия и воздействующих на дисперсию узкополосных сигналов и фазовый сдвиг между компонентами вибросигнала

35

мый фазовращатель соединен с выходом общего канального сумматора, а выходы обоих соединены с канальньми входами соответствующих компонентных сумматоров, подключенных своими выходами к входам первой и второй компонент испытуемого изделия, два основных спектроанализатора, подключенных своими входами через датчики виброускорений к выходам первой и второй компонент испытуемого изделия, а канальными выходами - к информационным

на входе испытуемого изделия, отличающий- 40 входам регуляторов собственных спектралься те.м, что, с целью расширения клас- :Са испытуемых изделий и повышения качества виброиспытаний, в каждый из суммируемых узкополосных некоррелированных случайных сигналов отдельных компонент

ных плотностей соответствующих каналов каждой компоненты, множительный блок, один из входов которого через второй управляемый фазовращатель подсоединен к канальному входу первого основного спектродо суммирования вводят детерминированные 45 анализатора, три программно-задающих блогармонические сигналы различных частот, изменяют их амплитуды, весовые коэффициенты, с которыми они суммируются, и фазовые сдвиги между ними пропорционально

ка, выход первого из которых подсоединен к управляющему входу первого звена с регулируемым коэффициентом передачи, а выход второго программно-задаюц.1его блока - к

требуемым среднеквадратичным значениям управляющему входу второго управляемого

узкополосных случайных сигналов на входе

испытуемого изделия, степени их корреляции и фазовым сдвигам между этими узкополосными сигналами с помощью сигналов

фазовращателя, усилитель обратной связи, подключенный своим выходом к управляющему входу первого управляемого фазовращателя, отличающееся тем, что, с целью расширения класса испытуемых изделий и

управления, которые получают в результате

сравнения заданной программы и сигналов, повышения качества виброиспытаний, оно

изменяющихся пропорционально собствен-содержит дополнительный генератор гармо:ной и взаимной спектральной плотностямнического сигнала, подключенные к каждому

:вибрации испытуемого изделия, для полу-канальному входу формирующего фильтра

чения которых используют амплитуды, на-обеих компонент последовательно соединен

мый фазовращатель соединен с выходом общего канального сумматора, а выходы обоих соединены с канальньми входами соответствующих компонентных сумматоров, подключенных своими выходами к входам первой и второй компонент испытуемого изделия, два основных спектроанализатора, подключенных своими входами через датчики виброускорений к выходам первой и второй компонент испытуемого изделия, а канальными выходами - к информационным

входам регуляторов собственных спектральных плотностей соответствующих каналов каждой компоненты, множительный блок, один из входов которого через второй управляемый фазовращатель подсоединен к канальному входу первого основного спектроанализатора, три программно-задающих блока, выход первого из которых подсоединен к управляющему входу первого звена с регулируемым коэффициентом передачи, а выход второго программно-задаюц.1его блока - к

управляющему входу второго управляемого

фазовращателя, усилитель обратной связи, подключенный своим выходом к управляющему входу первого управляемого фазовращателя, отличающееся тем, что, с целью расширения класса испытуемых изделий и

ные два режекторных -фильтра н канальный сумматор, второй вход которого подсоединен к выходу соответствующего генератора гармонического сигнала, а выход - к входу соответствующего звена с регулируемым коэффициентом передачи, два дополнительных спектроанализатора, входы которых подключены к датчикам вибросигналов, три дополнительных множительных блока, сумматор сигналов обратной связи по модуг лю взаимной спектральной плотности, входы которого соединены с выходами основного и первого вспомогательного множительных блоков, элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом этого сумматора, а второй - с выходом третьего программно-задаюплего блока, дополнительный усилитель обратной связи, подключенный своим входом к выходу элемента сравнения, а выходом - к управляющему входу второго звена с регулируемым коэффициентом передачи, сумматор с игналоа обратной связи по аргументу взаимной спектральной плотности, входы которого подключены к выходам второго и третьего доа

J

ППП

ППП

Ж

ППП

/

Редактор А. Ревин Зака: 1972/41

Составитель К. Тавлнноз

Техред И. ВересКорректор Н. Король

Тираж 847Нидиненое

ВНИИПИ 1 осударствеиного комитета СССР по де,1г1,% изобретений и о1крытий

113035, Москва. Ж -35. Рауик-кая иаб.. д. 45 Производетвеино-по.чиграфм еское иредприятие. г. . ж1()р()д. i. П)()ектная. 4

0

0

полнительных множите.чьных о. шков, а выход - к входу усилителя обратно связи, дополнительный управ, 1яемый фазовраа а- тель, сигнальный вход которого соединен с выходом второго основного сиектроанализа- тора, управляющий вход - с выходом второго программно-задающего блока, а выход - с входами, первого и второго дополнительных множительных б, юков, ири этом вход второго, звена с регулируемым коэффициентом передачи соединен с входом канального регулятора собственной спектральной плотности, выход второго управляемого фазовращателя соединен с первым входом третьего дополнительного множительного блока, второй вход которого соединен с квадратурным выходом второго дополнительного спектроанализатора, второй вход основного множительного блока соединен с синфазным выходом этого же спектроаналпзатора, вторые входы первого и второго доиолнительных множительных блоков соединены соответственно с синфазным и квадратурным /.ыходами первого дополнительного спектроанализатора.

UJ

О)

0}

- CL)

ои

фи.2