Многоканальный испытательный стенд Советский патент 1993 года по МПК G01M7/00 G05B19/00 

Изобретение относится к области техники испытаний на прочность, ресурс, надежность натурных конструкций, в частности строительных и авиационных, в условиях, приближающихся к эксплуатационным.

Цель изобретения - расширение области применения многоканального испытательного стенда, повышение точности воспроизведения условий реальной эксплуатации испытуемого объекта и, следовательно, повышение достоверности результатов испытаний.

На фиг.1 приведена структурная схема многоканального испытательного стенда; на фиг.2 - структурная схема одного из возможных вариантов функционального преобразователя.

Стенд содержит несколько каналов - ведущих 1 и ведомых 2 - возбуждения испытательных воздействий (на фиг. 1 показан один ведущий и два ведомых канала). Каждый из каналов имеет контур управления, содержащий: возбудитель 3 воздействий (например, силовой гидроцилиндр, гидромотор, электромеханизм), действующий на испытуемый объект 4: датчики 5 и 6 возбуждаемого воздействия, осуществляющие отрицательную обратную связь в контуре управления; регуляторы 7 и в воздействий, включающие в себя устройство сравнения заданного и фактического значений, возбуждаемых воздействий и формирователь сигнала управления.

00

ю

&

ю

00

определяющий закон регулирования в канале, усилитель 9 мощности, исполнительный орган 10, воздействующий на возбудитель 3 в соответствии с выходными сигналами регулятора и представляющий собой, например, электрогидравлический преобразователь (сервоклапан) в случае использования гидравлических возбудителей

Ведомые каналы 2 отличаются от ведущего 1 наличием функциональных преобразователей 11, которые входом связаны с дополнительными выходами датчика 5 ведущего канала, а выходом - с задающим входом регулятора 8.

Программно-задающий блок 12 выполняется общим для всех каналов и с элементами, используемыми для ввода задания в каждый из каналов. Блок 12 связан выходами с управляющими цепями функциональных преобразователей 11 (для программного изменения функции преобразования сигнала датчика 5 ведущего параметра в задающий сигнал ведомого канала 2) и непосредственное задающим входом регулятора 7 ведущего канала.

В ведомых каналах 2 контур управления всегда замкнутый (с обратной связью по ведомому параметру): в ведущих каналах 1 контур может быть как замкнутым, так и разомкнутым

Функциональный преобразователь 11 может быть выполнен с использованием (см. фиг.2) аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 13, арбитра 14, регистра 15, запоминающего устройства (блока памяти) 16 оперативного или постоянного с возможностью многократного перепрограммирования, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 17, интегратора 18, нормирующего устройства 19. Блок 16 памяти и арбитр 14 связаны с микропроцессором 20, используемым в программно-задающем блоке 12.

В варианте функционального преобразователя, показанном на фиг.2, изображен АЦП. выполненный как АЦП с накоплением (со ступенчатым пилообразным напряжением) в виде собственно АЦП 21 со счетчиком и цифроаналоговым преобразователем, схемы совпадения 22, генератора 23 тактовых импульсов и источника 24 опорного напряжения. Принцип работы такого АЦП состоит всравнении выходного напряжения Uex(t) с последовательно нарастающим эталонным напряжением U3(t). представляющим собой сумму квантов, которые определяют погрешность преобразования Ступенчатое напряжение Уэ формируется с помощью цифроаналогового преобразователя и двоичного счетчика последовательно изменяющего свое состояние начиная от

момента обнуления соответствующего началу операции преобразователя. В момент времени совпадения через К шагов эталонного напряжения со входным схема совпадения

22 вырабатывает импульс, останавливающий счетчик путем подачи запирающего сигнала на схему 22, пропускающую на счетчик импульсы тактового генератора 23. Этот момент времени соответствует окончанию операции пре,образования и формированию сигнала Готовность данных, используемого в качестве условия возможности записи в регистр 15 и разрешения для работы арбитра 14 (регистр 15 необходим для того, чтобы на

5 время преобразования АЦП адресные данные на входе блока 16 не изменялись и всегда соответствовали намеченному результату работы АЦП в каждый момент завершения преобразования).

0Функциональное назначение арбитра

14 состоит в определении, когда и какие адресные данные (от АЦП 13 или от микропроцессора 20) должны выставляться в блоке 16 памяти. Арбитр 14 представляет собой

5 селектор, управляемый схемой 22 АЦП 13 и сигналами микропроцессора 20. определяющими, о соответствии с реализуемой программой, момент перемены функциональной зависимости, реализуемой преобразовате0 лем 11 (например, после отсчета заданного количества циклов нагружения или после завершения установленного интервала времени), и характер этой функциональной зависимости. Селектор подключает к блоку

5 16 либо выход АЦП, либо выход микропроцессора 20.

Арбитр 14 может быть выполнен в виде селектора, на информационные входы которого направляются Сигналы от схемы совпа0 дения 22 и от микропроцессора 20.

Многоканальный испытательный стенд работает следующим образом. При включении стенда сигнал программно-задающего блока 12. определяющий заданный харак5 тер изменения значений ведущего параметра, в устройстве сравнение регулятора 7 сопоставляется с сигналом отрицательной обратной связи, вырабатываемым датчиком 5 и характеризующим фактическое значе0 ние ведущего параметра. Из сигнала рассогласования, вырабатываемого в устройстве сравнения, в регуляторе 7 формируется управляющий сигнал (например, по ПИД-чако- ну). который после усиления в усилителе 9

5 мощности воздействует на исполнительный орган 10 таким образом, что возбудитель 3 отрабатывает заданное значение воспроизводимого воздействия

При разомкнутом контуре управления ведущим параметром применяемом в случаях, когда такое управление позволит более точно моделигювать реальные эксплуатационные режимы работы испытуемого объекта 4. управляющий сигнал является функцией только задания.

Одновременно с началом работы ведущего канала 1 на входы регуляторов 8 ведомых каналов 2 начинают поступать сигналы задания, формирующиеся в функциональных преобразователях 11 по заданному блоком 12 закону из сигналов датчика 5 ведущего параметра. Регуляторы 8 обеспечивают отработку этих сигналов задания так же. как регулятор 7 в ведущем канале 1.

При необходимости функция преобразования сигнала датчика 5 ведущего параметра в задающий сигнал ведомых каналов 2 может изменяться по командам блока 12 от этапа к этапу реализуемой программы.

Функциональный преобразователь 11 по схеме фиг.2 при этом работает следующим образом. Аналоговый сигнал датчика 5 поступает на АЦП 13, работающий в режиме периодического запуска, где преобразуется в код. Данные с АЦП 13 по сигналу готовность данных загружаются в регистр 15, выход которого подсоединен к адресным иниям блока 16 памяти; в ячейках этого элемента находятся данные, описывающие выходной сигнал в соответствии с реализуемой в данный момент функцией преобразования ведущего параметра о задание для отработки ведомых параметров. Данные из блока 16 поступают в ЦАП 17, с выхода коорого через интегратор 18 и нормирующий преобразователь 19 направляются на задающий вход регуляторов 8 ведомых параметров.

Для оперативного изменения реализуемой функции преобразования сигнала датчика 5 используются арбитр 14 и средства вязи (адресная шина и шина данных) с микропроцессором 20 устройства 12, при помо- щи которых изменяется содержимое ячеек памяти блока 16.

Сели в ходе испытаний функция преобразования должна оставаться неизменной, о функциональный преобразователь может ыть полностью автономным и в качестве лока 16 памяти используется устройство запоминающее постоянное, которое заранее программируется известным способом.

Изобретение может быть использовано при создании стендов для ресурсных испыаний изделий машиностроения, авиастрония, строительной индустрии и др.

Формула изобретения

Многоканальный испытательный стенд, содержащий программно-задающий блок. 5 ведущий и ведомые каналы возбуждения испытательных воздействий, каждый из которых состоит из возбудителя воздействий, вход которого соединен с исполнительным органом, а выход - с входом датчика возбуж0 даемого воздействия, первый выход которого соединен с первым входом регулятора, выход которого через усилитель мощности подключен к исполнительному органу, второй вход регулятора ведущего канала соединен с

5 задающим выходом программно-задающего блока, второй выход датчиков возбуждаемого воздействия соединен с объектом испытания. от л ича ющийсятем.что в каждый ведомый канал введен функциональный преобразова0 тель ведущего параметра, группа информационных входов которого соединена с соответствующей группой выходов задания программно-задающего блока, а второй вход - с соответствующим выходом датчика

5 возбуждаемого воздействия ведущего канала, выход функционального преобразователя ведущего параметра соединен с вторым входом регулятора того же ведомого канала, причем функциональный преобразователь

0 состоит из аналого-цифрового преобразователя, источника опорного напряжения, выход которого соединен с входом опорного напряжения цифроаналогового преобразо- .вателя арбитра, первая группа информзци5 онных входов которого соединена с группой информационных входов функционального преобразователя, вторая группа информационных входов - с группой выходов аналого-цифрового преобразователя, вход

0 разрешения арбитра соединен с выходом Конец преобразований аналого-цифрового преобразователя и с входом записи регистра, группа информационных входов которого подключена к группе информаци5 онных выходов арбитра, а группа разрядных выходов - к адресным входам блока памяти данных, группа информационных входов которого соединена с группой информационных входов функционального преобразователя,

0 разрядные выходы блока памяти данных соединены с группой входов цифроаналогового преобразователя, вход-с выходом источника опорного напряжения, выход - с входом интегратора, выход которого через норми5 рующий элемент соединен с выходом функционального преобразователя.

изобретение относится к области техники испытаний на прочность, ресурс, надежность натурных конструкций. Новым в изобретении является то, что в многоканальном испытательном стенде, содержащем программно-задающее устройство. ведущие и ведомые каналы возбуждения испытательных воздействий, каждый из которых состоит из возбудителя воздействий, управляемого исполнительным органом и связанного с датчиком возбуждаемого воздействия, и регулятора, программно-задающее устройство выполнено с использованием микропроцессора, датчик возбуждаемых воздействий ведущих каналов выполнен с дополнительными выходами по числу ведомых каналов и в каждый ведомый канал введен функциональный преобразователь ведущего параметра с управляющими цепями, соединенными с программно-задающим устройством, выходом соединенным со входом- регулятора и входом подключенным к дополнительному выходу датчика ведущего канала. 2 ил. сл