Устройство управления случайными вибрациями Советский патент 1989 года по МПК G01M7/00 

Cp GO sin -n, (3)

Сигнал DJ,, генерируемый на выходе В устройства 11 наложения окон, может быть представлен отрезком реализации

TN N.. „ Л .

12 2 N M - г . I „I

D

n

| А,-«-В„, где . N-1

2:c,sin(- -ii-Kf,;), где ,2NО, где n О, N-1

i B +C , где ,N+N/2-1, 15 После подстановки получим:Предположим, что их полные активные

, мощности равны:

A sin|n+A H-sin(|n-1),r4tfn N/2,N-1 .„.,,(

- ..:1 «г- л,I -

п :. . ir V, . . -/ir .20 n--N/2

/II л V «-i 91(

M-l

. /W i-n. .. ч N „ N

b,.sin(.tfbj). ,

N

О, где , f - 1 + N.2N-1

M-l

. /W-B-n

2:c,sin(- -ii-Kf,;), где ,2N1

n

О, где n О, N-1

.„.,,(

1 «г- л,I -

n--N/2

Й

Изобретение относится к автоматическому регулированию и управлению, в частности к системам управления экспериментальными установками, предназначено для испытаний различных конструкций, приборов и машин на электродинамическом вибрационном стенде полигармонической и случайной вибрацией. С целью повьппения точности испытаний за счет устранения амп- литудной модуляции формируемого вибросигнала в систему управления случайными вибрациями, содержащую вибрационную аппаратуру 1 с закрепленным на ней изделием, аналого-цифровой преобразователь 4, процессор 5 и компаратор 6 спектральной плотности мощности, блок 12 хранения эталонных значений спектральной плотности мощности, генератор 13 случайного сигнала, умножитель 7, преобразователь 8 из частотной области во временную, формирователь 9 crfyчaйнoй функции, формирователь 11 временньЬс интервалов, цифроаналоговый преобразователь 14, дополнительно введены управляемый аттенюатор 14 и генератор 15 демоду- лирующих функций, а в формирователь 11 введен компаратор, анализирующий на равенство нулю. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. а $ (Л

IT. 2NJгде ,N+5 - 1.р jj ,

,25 РА . ,

Предположим, что период функцийравен .. После наложения окна получаем моN/2 , т.е., А А ц . Тогда. дулированные функции:

п-т

с- /

V н N

(-n-J)cos, где п,Ы-1A;, ,

В„

- п

Д В,

Г- 30

2А„в1п(п -f )сов|;где .N.H3 В„ sin | п.

J

Учитывая, что COST -;;-, получим о - г

л - sin rz n.

4

n n N

sin(i-T), где ,N-1 35 Тогда их активные мощности станут N 4 равньми:

1 N- . I. I «:- .0 .

л -|), где ,N+N/2-1

.РА т.е. получаем выходной прЬцесс, мо- 40

дулируемьй функцией синуса (фиг. 5г, . , . / линия 1).. РВ

I 1 2N- 7

Полная мощность такого сигнала Р, - п. равна45

При достаточно большом N активная

N-N/2-( N-Hfe-1 1 „ I мощность за период приблизительно Р N N 21. равна удвоенной актив,ной мощности

(а n. N)i за полпериода: Таким образом, получаем постоян- 50 1 , ную составляющую мощности и состав- р jj ляищую, модулированную синусом удво- . «-о о

енной Х1астоты. .. Р J S

. - тогда ;:ЗУЛЬТИРУ ИЙ ::У« НЫЙ

ются с выхода формирователя 9 случай- процесс в, на отрезке |; N+5.- 1 ные реализации А„, В„, С„, р аспре-1 J

деленные по нормальному закойу: равен:

1 N- . I. I «:- .0 .

А

51А621376

. где ,N-1

DH

(-n-|)(-n- ir), где ,-..

Полная активная мощность равна г 1.2 ,. . ...,,

1:(АпвЦп В„81п(5П-|)).

I:(B,sin( in- ).(n-7))).

1

«4

2f

N ва-N

t

. Таким образом, получаем постоянную составляющую мощности и ее случайную составляющую, модулированную, как и для пе риодического сигнала синусом удвоенной частоты.

Следовательно, для устранения модуляции генерируемого случайного или полигармонического сигнала, сформиро- ванньй из коротких реализаций с помощью наложения окон сигнал необходимо умножать на демодулирующую функцию, вид которой однозначно определяется функцией окна. Так, для приве- денйого выше частного случая с окном

N

Хэннинга первого порядка каждые - отсчетов выходного сигнала необходим перемножать с функцией вида 1/(42/ /Bincln+l) ), , Н/2-1(фиг.5, линия 2).

Система работает следующим обра- .зом.

Сигнал, генерируемый вибрационной аппаратурой 1, возбуждает в закрепленном на ней изделии 2 виброколеба- ния, преобразуемые вибродатчиком 3 в электрический сигнал, поступающий на вход аналого-цифрового преобразователя 4. Преобразованный с помощью преобразователя А в цифровую форму сигнал поступает в процессор 5 спект ральной плотности мощности, где происходит преобразование сигнала из временной области представления в частотную с помощью; например, алгоритма быстрого преобразования Фурьеj вычисляется спектральная плотность мощности сигнала, снимаемого с изделия. Вычисленная спектральная плотность мощности сравнивается в компа0

5

0

5

5

0

45 50 55

раторе 6 с эталонным значением, тупающим из блока 12 хранения эталонных значений спектральной плотности мощности. Результат сравнения перемножается в умножителе 7 со случайным сигналом, генерируемым генераторЬм 13 случайного сигнала. Результат умножения преобразуется во временную область представления в преобразователе 8 из частотной области во временную, с ПОМОЩЬЮ, например, алгоритма обратного быстрого преобразования Фурье.

При проведении испытаний на полигармоническую вибрацию короткая реализация, получаемая на-выходе преобразователя 8, поступает в формирователь, где из этой короткой ре1ализа- ции формируется посредством наложения окон непрерывный сигнал.

В сл,учае проведения испытаний на случайную вибрацию короткая реализация с выхода преобразователя в поступает в формирователь 9, где из одной короткой реализации формируется множество реализаций путем придания исходной реализации случайной фазы. Сформированные реализации поступают в формирователь 11, где с помощью окон происходит сопряжение этих коротких реализаций в непрерывный слу- чайньм сигнал. В этом случае выход формирователя 9 рандомизации отключается от цифреаналогового преобразователя 10.

Сформированный в формирователе 11 полигармонический или случайный сигнал преобразуется с помощью цифроана- логового преобразователя 10 в аналоговую форму и поступает на информационный вход управляемого аттенюатора 14, на управляющий вход которого поступает из генератора 15 демодули- рующих функций функция, изменяющая коэффициент передачи аттенюатора 14 таким образом, чтобы устранить амплитудную модуляцию сформированного . сигнала. Сигнал с вьпсода аттенюатора 15 управляет вибрационной аппаратурой 1 .Периодически преобразователь 8 подает скорректированную выборку

информации, которая заменяет ранее хранившуюся в формирователе реализацию, и позволяет генерировать скорректированные серии управляющих вы- борок формирователя 9 в случае испытаний на случайную вибрацию или же формировать полигармонический сигнал из новой единственной короткой реализации в случае испытаний на полигар- моническую вибрацию,

В случае реализации формирователя 11, как показано на фиг,2, выборка либо с выхода преобразователя 8, либо с вых бда-формирователя 9 (фиг, 1 через коммутатор 16 записывается в/ первый 17 и второй 18 блоки памяти. Информация с выхода блока 17 памяти поступает в блок 19 формирования амплитуды, а с выхода блока 18 памяти - в блок 20 формирования амплитуды. Амплитудой сигналов, поступивших в блоки 19 и 20, управляет генератор 23 функций, генерирующий функцию, определяемую видом накладываемого окна. Для рассмотренного вьше примера с окном Хэннинга .первого порядка модулирующая функция -будет иметь

вид sin -п, ,N-1, Причем в блоки

19и 20 формирования амплитуды модулирующие функции с первого и второго выходов генератора 23 функций поступают с разными фазами (в рассматри ваемом примере на второй вход блока

20поступает функция, сдвинутая по фазе на 90 относительно функции, поступающей на второй вход блока 19) Блоки 19 и 20 могут быть умножителями, которые перемножают сигнал из блоков 17 и Т8 памяти на сигнал из генератора 23 функций.

Функции, полученные в результате умножения в блоках 19 и 20, определяются соответственно выражением (1) и (2) для начального момента времени и поступают соответственно на первый и второй входы сумматора 22, где .они .суммируются, образуя непрерывный сигнал, как показано на фиг,5,

Синхронизация работы формирователя 11 осуществляется тактовыми сигналами, постудающими на его синхровход 11, На выходе компаратора 24 появляется сигнал в случае перехода модулирующей функции через ноль на первом выходе генератора 23 функции. Этим сигналом, поступающим на второй выход формирователя 11, происходит пер

. JQ

is 20 25

30

5

0

c

воначальная установка генератора 15 демодулирующих функций (фиг,1) для синхронизации его работы с работой формирователя 11,

Работа формирователя 11 (фиг,2) поясняется графической диаграммой, приведенной на фиг,5, Сигналы, показанные на фиг.,5, представлены в аналоговой форме, Б то время как формирователь 1 1 оперирует с цифровой информацией,.

Управляющий сигнал, генерируемый формирователем 11, формируется из одной выборки, поступающей из преобразователя 8 (фиг,1) или из серии выборок, полученных из формирователя 9, На фиг,5 показан первый случай, когда управляющий сигнал формируется из серии выборок, полученных путем многократного повторения единственной выборки с периодом N, причем каждая последующая выборка сдвинута на полпериода относительно предыдущей. Для сглаживания стыков между выборками каждую выборку перемножают с функцией (например, функция синуса), поступающей из генератора 23 функций (фиг,2), получая огибающую (линия 3), показанную на фиг,5, Затем серия выборок складывается по описанному правилу, образуя выходной . сиг нал (фиг,5, линия 1),

При использова&ии окна Хэннинга первого порядка модулирующая выходной

сигнал функция на отрезке

|.-|-

5

будет иметь вид, показанный на фиг,5 (линия 2),

Аналогично формируется управляющий сигнал - в случае поступления серии выборок из формирователя 9 (фиг,1),

Амплитуда модулированного выходного сигнала, поступающего в аттенюатор 14 с выхода цифроаналогового преобразователя 10 (фиг,1), изменяется под управлением генератора 15 демодулирующих функций таким образом, чтобы устранить амплитудную модуляцию. Тем самым повышается точность формирования внбросигнала, а,следовательно, и точность испытаний.

Формула изобретения

1, Устройство управления случайными вибрациями, содержащее аналого- во-цифровой преобразователь, процессфр спектральной плотности мощности, кфмпаратор спектральной плотности мощности, умножитель, преобразователь сигнала из частотной области во вре- , формирователь случайной функции, цифроаналоговый преобразова- , формирователь временных интер- , блок хранения зталонных значений спектральной плотности мощности, генератор случайного сигнала, информационный вход аналого-цифрового преобразователя соединен с измерительным входом устройства, выход аналого- цифрового преобразователя соединен а информационным входом процессора Спектральной плотности мощности, вы- которого соединен с первым входом i|oMnapaTopa спектральной плотности

10

15

ратор демодулирующих функций, первый и второй входы которого соединены с вторым и третьим выходами формирователя временных интервалов, выход генератора демодулирующих функций соединен с управляющим входом управляемого аттенюатора, информационный вход которого соединен с выходом циф роаналогового преобразователя, а выход цифрового аттенюатора соединен с выходом управляющего воздействия устройства.

2, Устройство по П.1, отличающее ся тем, что формирователь временных интервалов содержит первый и -второй блоки памяти, первый и второй блоки формирования амплитуКОМПаратира v;iici ii- cij o «w ...-

Мощности, второй ВХОД которого соеди-,20 №, сумматор, генератор функции, комi .., мутятоп. rrpriTiwvt и ИТОЛОЙ ВХОПЫ КОТО-

25

30

мутатор, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами формирователя, а выход соединен с информационными входами первого и второго блоков памяти, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго блоков формирования амплитуды, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого соединен с первым выходом формирователя, синхровход которого соединен с-третьим выходом формирователя и с тактовыми выходами первого и второго блоков памяти и генератора функций, первый выход которого соеди- нен с вторым выходом первого блока формирования амплитуды, а второй выщ е е с я тем, что, с цельк повыше- ход - с вторым входом второго блока ния точности испытаний за счет устра- формирования амплитуды, компаратор., . нения амплитудной модуляции формируе- 0 вход которого.соединен с первым выхо- мого вибросигнала, в устройство вне- дом генератора функций, а выхоД сое- дены управляемый аттенюатор и гене. динен с вторым выходом формирователя.

Йен с выходом блока хранения эталон- Аых значений спектральной плотности йовдности, а выход соединен с первым ходом умножителя, второй вход кото- соединен с выходом генератора Ьлучайного сигнала, выход умножителя Соединен с входом преобразователя Сигнала из частотной области во временную, выход которого„соединен с . первыми входами формирователя слу- чайной функции и формирователя вре- Йенных интервалов, второй вход кото- jporo соединен с выходом формирователя случайной функции и информационным входом цифроаналогового преобразова- теля, тактирующий вход которого сое- динен с первым выходом-формирователя временных интервалов, отличаю целью повыше0

5

ратор демодулирующих функций, первый и второй входы которого соединены с вторым и третьим выходами формирователя временных интервалов, выход генератора демодулирующих функций соединен с управляющим входом управляемого аттенюатора, информационный вход которого соединен с выходом циф роаналогового преобразователя, а выход цифрового аттенюатора соединен с выходом управляющего воздействия устройства.

2, Устройство по П.1, отличающее ся тем, что формирователь временных интервалов содержит первый и -второй блоки памяти, первый и второй блоки формирования амплитуФиг. 2

{дб/ходЗ)

От hD3,10

Фи.3

2N