Устройство для моделирования вибра-циОННыХ пРОцЕССОВ Советский патент 1981 года по МПК G06G7/48 G06F17/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

в.о временную область, приводит в действие и управляет вибрацией среды или аппаратуры. Генератор случайной .фазы генерирует случайный параметр цифрового.сигнала. Этот цифровой фазовый угол используется вместе с результатами сравнения между действительной и желаемой спектральными плотностями мощности для получения случайного цифрового сигнала. Этот сигнал преобразуется в функцию времени с помощью обратного .преобразования Фурье. Результаты обратного преобразования Фурье преобразуются в аналоговый сигнал, который используется для привода и управления среды или аппаратуры.

Таким образом, система позволяет подвергать образец вибрациям, имеющим заданную спектральную плотность мощности или автоспектральную плотность 2 .

Основным недостатком подобной системы является невозможность получения истины случайного процесса, т.ак как алгоритм Раиса-Пирсона, используемый в данной системе, позволяет генерировать псевдослучайный сигнал. Кроме того, для достижения реального масштаба времени работы системы возникает необходимость в увеличении объема выборок преобразуемых БПФ и ОБПФ во временную и- затем в частотную области, что сказывается на точности отработки выходных спектров .

Потребность в получений длительных реализаций случайного процесса приводит к тому, что на выходе системы получается реализация, состоящая из многократно повторяющейся одной реализации псевдослучайного сигнала. Наличие аппаратуры для сглаживания стыков соседних реализаций значительно усложняет аппаратурную реализацию.

Недостатком данной системы является также наличие переходного процесса для установления на выходе требуемой спектральной, плотности мощности. Это объясняется необходимость использования в подобных системах Итерационных методов настройки на Требуемый спектр.

Цель изобретения - увеличение точности задания спектральной плотности Мощности, повышение качества генерируемого случайного процесса и упрощение аппаратурного построения сиетемы.

Для достижения поставленной цели в систему для управления вибрации содержащую последовательно включенны цифроаналоговый преобразователь, вибростенд, аналого-цифровой преобразователь и блок хранения выходных отсчетов , а также блок хранения эталонных значений и блок хранения входных значений, введены источник шума.

формирующий фильтр, коррелометр, блок для решения системы линейных уравнейий и блок изменения весовых коэффициентов, выход блока хранения выходныотсчетов соединен с первым входом коррелометра, выход которого соединён с-первым входом блока для решения системы линейных уравнений, выкод которого через блОк изменения весовых коэффициентов соединен со входом блока хранения входных значений, первый выход которого соединен с первым входом формирукнцего фильтра, выход источника шума подключен ко вторым входам формирующего фильтра и коррелометра, а ко второму и третьему входам блока для решения системы линейных уравнений подключены выход блока эталонных значений и второй выход блока хранения входных значений соответственно.

На чертеже 1;зображена блок-схема системы.

Система для управления вибрациями состоит из вибростенда 1, аналогоцифрового преобразователя 2, блока 3 хранения выходных отсчетов, к 5ррелометра 4, блока 5 для решения системы линейных уравнений, блока 6 хранения эталонных значений, блока 7 изменения весовых коэффициентов, блока 8 хранения входных значений, источника 9 шума, формирующего фильтра 10, цифроаналогового преобразователя 11.

Формирующий фильтр 10, цифроаналоговый преобразователь 11, вибростенд 1, аналого-цифровой преобразователь 2 блок 3 хранения выходных отсчетов, коррелометр 4, блок 5 для решения системы линейных уравнений, блок 7 изменения весовых коэффициентов, блок 8 хранения входных значений и цифровой формирующий фильтр 10 соединены последовательно, а выход источника 9 шума подключен ко вторым входам формирующего фильтра 10 и коррелометра 4, и, кроме того, ко второму и третьему входам блока 5 для решения системы линейных уравнений подключены выходы блока 8 хранения входных значений и блока 6 хранения эталонных значений.

Вибростенд 1 служит для преобразования электрического сигнала в механическое воздействие, а также для механического воздействия на исследуемый объект. Цифроаналоговый 11

и аналого-цифровой 2 преобразователи предназначены для преобразования цифровой информации в аналоговую и ана-« логовой в цифровую соответственно. Блок 3 хранения выходных отсчетов, блок 6 хранения эталонных значений

и блок 8 хранения входных значений представляет собой идентичные оперативные запоминающие устройства, служащие для хранения цифровой информации. Коррелометр 4 предназначен для

определения взаимокорреляционной

фуыкиии между случайным процессом, получаемым на выходе источника 9 шума, и выходным случайным процессом с произвольным спектром на выходе блока 3. Блок 5 для решения системы линейных уравнений представляет собо специализированное вычислительное устройство, выполняющее функцию решения следующей системы линейных уравнений. Формирукядий фильтр 10 представляет собой простейшее арифмети сеское устройство, реализующее алгоритм работы цифрового нерекурсивного фильтра, т.е. блок 10 представляет собой простейшее суммирующее устройство, осуществляющее вычислени весовых коэффициентов или их инверсий.

Функционирование устройства происходит следующим образом.

Перед началом работы в блок 8 хранения входных значений заносятся значения весовых коэффициентов, соответствующих желаемой спектральной плотности мощности. Эти же значения весовых коэффициентов записываются в память процессора 5 .и блок 6 хранени эталонных значений, так как в установившемся режиме на выходе системы необходимо получить желаемую спектральную плотность мощности, которой, соответствуют весовые коэффициенты..

После включения системы на вход цифрового формирующего фильтра 10 поступают отсчеты шума,- т.е. значения 1 или -1, которые после умножения на соответствующий коэффициент суммируются в блоке 10. После 2 тактов суммирования на выходе цифрового формирующего фильтра 10 получается первый отсчет выходного случайного процесса. Многократно повторяя описываемую процедуру, на выходе блока 10 получаем отсчеты дискретного случайного процесса заданной спектральной плотностью мощности. Цифроаналоговый преобразователь 11 преобразует дискретный случайный процесс в аналоговую форму и подает на.вибростекд 1. Необходимо заметить, что вибростенд 1 имеет такие устройства, как усилитель мощности, акселерометр, преобразователь электрических, колебаний в механические и наоборот. Аналого-цифровой преобразователь 2 преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму в виде последовательности дискретных отсчетов выходного случайного процесса, которые записываются в блок 3 хранения выходных отсчетов. По мере того, как находится необходимый объем отсчетов в блоке 3 или же в реальном масштабе времени, коррелометр 4 вычисляет значения взаимокорреляционной функции.

Оценки взаимокорреляционной функции определяют значение весовой функции системы формирующий фильтр - вибростенд. Выходными значениями коррел

k ieTpa 4 являются оценки взаимокорреляционной функции. После определения всех значений взаимокорреляционной функции получается полная система уравнений. Решение этой системы является процессом идентификации, в результате которого определяется весовая функция вибростенда с исследуемым, объектом.:

После окончания процесса идентификации в систему уравнений подставoляются значения весовой функции, храняющёйся в блоке б, которой соответствует требуемый вид спектральной плотности мощности, который необходимо получить на выходе системы. В дан5ном случае система решается относительно весовых коэффициентов формирующего фильтра 10, причем коэффициентами системы уже будут являться значения весовой функции, определенной на этапе идентификации. После ре0шения системы получаются весовые, коэффициенты фильтра, использование которых позволяет получить на выходе системы требуемый вид спектральной плотности мощности.

5

Блок 7 изменения весовых коэффициентов осуществляет плавное изменение коэффициентов цифрового формирующего фильтра с целью избежания перерегулирования в процессе настрой0ки системы.

С целью поддержания требуемого значения спектральной плотности мощности обр.атная связь в системе не

5 разрывается и поэтому процесс перерасчета весовых коэффициентов беспрерывно продолжается. Вполне естественным режимом предложенного устройства является возможность изменения желаемой спектргшьной плотнос0ти мощности, т.е. соответствующий ей коэффициентов в течение работы системы. Это особенно полезно, когда возникает необходимость подвергать образецвозбуждению, моделирующему

5 изменяющуюся во времени вибрацию среды.

Точность задания спектральной плотности мощности в известном уст.ройстве определяется, в конечном

0 счете, объемом запоминающих устройств количество информации которых принципиально увеличить до, значительной величины невозможно, и, кроме того, длительностью переходного процесса, в течение которого реальный вид

5 спектральной плотности мощности будет отличаться от желаемой.

Точность задания спектральной плотности мощности повышается за

0 счет уменьшения или почти полного отсутствия переходного процесса. Уже в процессе однократного решения системы уравнений процессором определяются коэффициенты, которые предопределяют соответствие реальной