Устройство для моделирования широкополосных случайных вибрационных процессов Советский патент 1989 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве специализированной цифровой аппаратуры для воспроизведения требуемого вибрационного состояния изделий и конструкций при испытаниях на вибростендах.

Цель изобретения - повьшение точности системы и сокращение объема вычислений.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит цифроаналого- вый преобразователь 1, вибростенд 2 с закрепленными на нем изделием и датчиком, аналого-цифровой преобразователь 3, формирующий фильтр 4, цифровой спектральный анализатор 5, ис- точник 6 шума, блок 7 управления и блок 8 эталонных значений.

Устройство работает следуюпщм образом.

Перед началом работы в блок эталонных значений, представляюи 1Й собой оперативное запоминающее устройство, с выхода внешнего устройства заносится (N+1) значение.заданной спектральной плотности амплитуд S(K), К 0,N, равномерно заполняющий рабочий диапазон частот t требуемой разрешающей способностью. После этого, в блоке 7 управления через управляющий вход устанавливают единичные значения АЧХ формирующего .фильтра:

/W°(K) 1, К О, N/.

С выхода блока управления 7 отсчеты нулевого приближения АЧХ формирующего фильтра поступают на второй вход 1ЩФРОВОГО спектрального анализатора 5, где из них формируется комплексный массив длиной 2N отсчетов.

е

ел

00 4i О) СО

Дальнейшее функционирование си- ртемы осуществляется по циклической рсеме. С выхода источника 6 шума (на второй вход формирукмдего фильтра 14 поступает последовательность рав- 1овероятных двоичных цифр О и 1. 1ри этом, полагаем, что ноль соответ единш а - знаку

:твует знаку +

I и

С выхода формирующего фильтра 4 ; юследовательность отсчетов у(п), гоступает на вход хщфроаналогового :1реобразоватепя 1, Аналоговый случайный процесс с выхода цифроаналого:юго преобразователя 1 поступает, в )сачестве возбуждающего воздействия ш вибростевд 2, Сигнал с выхода датчика, закрепленного в контрольной точке испытуемого изделия, подается на вход аналого-цифрового преобразова- еля 3, преобразуется в двоичный код и поступает на первый вход хщфрового спектрального анализатора-5, где осу иествляется вычисление состоятельных оценок спектральной плотности амплит д.

I Пусть на первый вход цифрового спектрального анализатора поступает последовательность отсчетов Z(n). По пере поступления входных отсчетов раз- | иваем последовательность Z(n) наг не :11ерекрьшакйцихся последовательностей 5г (п) , Г 1,2,...,R, длиной по 2N отсче 70В. Для каждой из последовательное- ей Zr(n). рассчитьгоаются коэффициен- Ы Фурье, Zr(K) по формуле

: 1 -i(lM-)

ir(K) ,

2N „.о 0,2N-1

(1)

Величина 1г(К), назьшаемая пери- фдограммой, вычисляется по формуле

tr(K) /Zr(K)/, К 0,N

(2)

Оценка спектральной плотности амплитуд S в,х (К) находится по формуле

1

1 Ir(K)

к г«1

(K)/, К

Kfr,

0,N .(3)

Из-за симметрии получающихся отсчетов S jj, (К) вычисление 1г(К) и Б jt, (К) проводится только для К ь О, N.

Оценки S|j,(K), К О, N с второго выхода цифрового спектрального нализатора 5 поступают на первый вход блока 7 управления, на второй вход которого в это же время подаются отсчеты заданной спектральной плотности S j(K), К 0,N.

Блок 7 управления вырабатывает новые значения АЧК формирующего фильтра по следующему алгоритму.

w;: (K)

(К)

34

й

(1 - Ь

,:; ti)

Sj(K) - s;;/,(K)w; (K)/S;;;,(K),

где W(K) - АЧХ формирующего фильт- . ра;

i - номер итерации, ; -г .

С выхода блока управления эта ха- рактеристика поступает на второй 1вход цифрового спектрального анализатора, где формируется комплексный массив длиной в 2N отсчетов для последующего выполнения над ним ОБПФ.

Вещественная часть этого массива образуется по следующему правилу

Мнимая часть комплексного массива полагается равной нулю. Вычисляя от этого мaccивk OБПФ, в вещественной части результата получаем 2N отсчетов весовой функции h(i) с первого выхода цифрового спектрального анализатора 5 эта весовая функция поступает на первый вход формирующего фильтра 4 и записьшается в память фильтра со сдвигом на N отсчетов. Это и есть новая весовая функция формирующего фильтра 4.

Описанная процедзфа коррекции весовой функции формирзтощего фильтра повторяется до тех пор, пока оценка спектральной плотности S ,„ (К) , К 0,N, на выходе аналого-цифрового преобразователя 3 не будет равна заданной S(K), К 0,N, с определенной точностью. Достижение необходимого приближения § 5j,x (К) к S ,(К) означает конец настройки системы и переход к режиму испытаний. В режиме

испытаний выходной сигнал формирующего фильтра 4 через цифроаналого- вый преобразобатель 1 возбуау ает вибростенд 2 в течение необходимого для проведения виброиспытаний времени.

Формула изобретения

Устройство для моделирования широкополосных случайных вибрационных процессов, содержащее цифроаналоговый преобразователь, вибростенд с закреп- леннЕФш на нем 1Гздвпие 1 и датчиком, аналого-цифровой преобразователь, источник шума, формирующий фильтр, блок эталонных значений, выход цифро-аналогового преобразователя соединен с входом вибростенда, выход которого соединен с входом аналого- цифрового преобразователя, отличающееся тем, что, с цепью повышения точности и сокращения объема вычислений, в него введены блок управления и цифровой спектральный анализатор, причем выход источника

шума соединен с вторьм входом формирующего фильтра, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с

первым входом цифрового спектраль- ного анализатора-, первый выход которого соединен с первым входом формирующего фильтра, выход блока эталонных значений соединен с вторым входом блока управления, первый вход - которого соединен с вторым выходом цифрового спектрального анализатора, выход блока управления соединен с вторым входом цифрового спектрального анализатора, вход блока эталонных значений является информационные вхд- дом устройства, причем управляющий вход блока управления является управляющим входом устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве специализированной цифровой аппаратуры для воспроизведения заданного вибрационного состояния изделий при испытаниях на вибростенде. Цель изобретения - повышение точности системы и сокращение объема вычислений. Это достигается введением в цепь обратной связи цифрового спектрального анализатора 5 и блока 7 управления с одновременным использованием для возбуждения вибростенда 2 генератора равновероятной двоичной цифры. 2 ил.