Многоканальная цифровая система управления виброиспытательной установкой Советский патент 1982 года по МПК G05B15/02 

(54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОИСПЫТАТЕЛЬНОЙ

1

Изобретение относится к автоматичёс. кому управлению и может быть использовано для утфавления виброиспытатель- нь1ми установками.

Известна аналоговая система управления многокомпонентной случайной вибрацией, состоящая из источников случайных сигналов, устройства формирования векторного случайного процесса, устрой- ,Q ства анализу, с помощью которого оцениваются элементы матрицы спектральных плотностей и устройств обратной связи, с помощью которых формируются случайные процессы на входе объекта tl.i5

Устройство формирования векторного случайного процесса состоит из формирующих устройств, каждое из которых содержит определенное число фop шpyю- щих фильтров, служащих для создания20

узкополосных случайных процессов, и блока формирования случайных процессов с определенной степенью коррел5щионной связи ij . УСТАНОВКОЙ

Недостатками данной системы являют ся низкая точность вследствие нестабильг ности элементов системы, в том числе генератора случайного сигнала, низкая технологичность изготовления, громоздкость аппаратуры. Крюме того, особую сложность вызывает реализация фильтров сверхнизких частот и аналоговых фазовращателей, а также сложность в управлении спектральной плотностью вибропроцесса на выходе объекта.

Известна цифровая система управления спектральной плотностью случайного вибропроцесса, в основу которой положен алгоритм обратного преобразования Фурье или многомерный аналог разложения Раиса-Пирсона .

Недостатком системы является невоэможность возбуждать испытуемый объект временной реализацией пормального стационарного случайного процесса, так как в данной системе используется периодический стационарный процесс. И если необходимо проводить испытания длительное время, то просто повторяется одна и та же реагаазаиия. Недостатком системы является также большое время настройки на различные программы испытаний одного и того же объекта. Наиболее близким к предлагаемому является пн фо-аналоговая система упра ления многокомпонентной случайной вибр пией, содержащая И каналов, в каждом иэ которых включен генератор случайного сигнала, а также формирующий фоазгьтр и аналого-цифровые преобразователи, входы которых подключены к соответст вуюшим выходам виброиспытательной установка, а выходы - к соответствук)ыщм входам цифрового вычислительного устройства 3 J , Недостатком данной системы уп1ювле ния вибрадией является большое время настройки на требуемую программу виброисиытаний при смене прогрйммы виброиспытаний, так как здесь необходимо заново определять нулевое приближение, что связано с большими затратами машинного времени. Такая необходимость смен программ в процессе испытаний возникает, когда моделируется.случайный вибропроцесс с требуемой матрицей спектральной плотности изменяюшнйся во времени. Кроме того, нестабильность аналоговых элементов значительно ухудшает точность системы. Шлью изобретения является сокращение времени подготовки к шброиспьп ашш и повьшхение точности системы. Указанная цель достигается тем, что в систему введены кс лмутатор, мультиплексор памяти, первый и второй блоки оперативной памяти, блок синхронизации, а также в каждом канале мультиплексоры и последоватет ьно соединенные цифро аналоговые преобразователи и фильтры нижних частот, включенные между выходами формирующего фильтра и входами виброиспьгтательной установки, вход коммутатора соединен с выходом цифрового вычислительного устройства, управляющий вход - с первым выходом блока синхронизации, а первый и второй выходы через первый и второй блоки сятератявной памяти подключены соответственно к первому и второму входам мульти ппексора памяти, управляющий вход кото рого соединен с вторым выходом блока синхронизации и управляющими входами мультиплексоров, первые я вторые входы которых соединены соответственно с выХОда1МИ генераторов случайного сигнала и выходами аналого-цифровых преобразователей, а выходы - с соответствующими входами формирующего фильтра, управлающий вход которого подключён к выходу мультиплексора памяти. В соответствии с корреляционной теорией для широкого класса случайных процессов их структурные модели полностью определяются формирующими фильтрами, поэтому задача воспроизведения многомерного векторного случайного вибропро- цесса сводится к той или иной структурной реализации многомерного формируюшего фильтра. Для увеличения точности задания требуемой, спектральной плотности в основу структуры многомерного формирующего фильтра положен цифровой вариант, причем о зн6фильтровой, т.е. сложная спектральная плотность мощности аппроксимируется одним цифровым фильтром с произвольной передаточной функцией. Алгоритм фильтрации следующий ...., где 4)1; - весовая функция; М - количество отсчетов весовой функции; У|л и -ый отсчет выходного процесса фильтра; X - - -1 -ый отсчет входного процесса. Если использовать в качестве случай.,ll™.P«...«но из (1) операция умножения исклк чается и остается только операция сложения. Количество отсчетов весовой функции выбирается, исходя из требуемой точности задания спектральной плотности. Для сокращения времени настройки системы управления на требуемую программу виброиспытаний при смене программы виброиспытаний, когда моделируется многомерный векторный случайный вибропроцесс с требуемой матрицей спектральной плотноега мощности, изменяющейся во времени, в структуру сиотемы введено параллельное корректирующее звето. С помощью этого звена устраняется неравномерность передаточной функции объекта. Передаточная функция объекта V/o и корректора К(Т) связаны соотношением: Wo(2:) HcU) -l+WoCDKd) где z Ш - круговая частота; t - время. Причем/HC (г) для всех значений tiD Г А - некоторая константа. Вначале производатся идентификация (объекта управления. Огфеделяется WoZ затем по формуле (2) определяется КС2-) , а параметры формирующего фильт ра рассчитьшаются по требуемой спект раяьной плотности. Далее, одним из итерационных алгоритмов управления производится более .точная настройка на заданную программу испытаний. При смене программы испытаний исследуемого объекта уже нет необходимости вновь долго настраиваться, а нужно только итерационным алгоритмом уточнить настройку, а это существенно увеличит производительност вибрационной системы, за счет сокращения времени настройки, так как определение КСХ 1ФОИЗВОДИТСЯ только однажды перед началом испытаний, j Л На чертеже представлена блок-схема многоканальной ди4чх вой системы управления виброиспытательной установкой, i, Система содержит генераторы случай ного сигналя. 1, многомерный формирую,щий фильтр 2, виброиспытательную установку 3, аналого-цифровые преобразователи 4, цн( вычислительное устрой ство 5, мутгьтиплексорь 6, цифро-аналоговые преобразователи 7, фильтры нижних частот 8, блок синхронизащш 9, коммутатор 10, первый и второй блоки оперативной памяти 11 и 12 соответственно, мультиплексор памяти 13. Функционирование системы можно условно разбить на два этапа. На первом этапе происходит идентифи кация объекта, т.е. огфеделяется Wo(Z), а затем K(Z7 . Для этого на объект подается случайный сигнал в виде бело го шума, с выхода объекта сигнал через аналого-цифровые преобразователи 4 передается в пифровое вычислительное устройство 5, где определяется K(2l). & 1численные коэф4иш1енты передаточной функции KCZ-) по разрешающему сигналу блока синхронизации 9 через коммутатор 10 записьгеаются в первый блок оперативной памяти 11. Далее цифровое вычи лительное устройство 5 расчитывает параметры многомерного цифрового формирующего фильтра 2 по требуемой спектральной плотности и через коммутатор 1О по сигналу из блока управления.9 передает их во второй блок оперативной памяти 12. На втором этапе система функтшони- рует следующим образом. Шумовой сигнал с выходов генераторов по разрешакмцему сигналу блока синхронизации 9 через мультиплексоры 6 передается в многомерный формирующий фаяльтр 2, туда же через мутштнплексор памяти 13 под управлением блока сишьронизации 9 из второго блока оперативной памяти 12 передаются коэффициенты цифрового фильтра и формируется одно выходное значение многомерного формирующего фильтра 2, которое хранится в выходном .регистре многомернсго формирующего фильтра 2, Далее с выхода аналого-цифровых преобразователей 4 значение случайного процесса с выхода объекта управления 3 передается по р)аэрешающему сигналу блока синхронизации 9 через мультиплексоры 6 в многомерный формирующий фильтр 2, а также из первого блока оперативной памяти 11 через мультиплексор памяти 13 по раэрешаю.щему сигналу блока синхронизации 9 передаются коэффициенты корректора. В данном случае многомерный формирующий фгтьтр 2 выполняет функшпо корректора, охватьгоающего обратной отрицательной связью объект управления 3. Как корректор, так и цифровой формирующий, фяльтр работают цо ajiropirrму (1). Далее выхоонсе значение корректора вычитается из выхоциого ана- чекия многомерного формирующего фильтра 2, и результат передается на цифро-аналоговые преобразователи 7, с . выхода которых процесс через фильтры нижних частот 8 подается на объект управления, выходное значение которого преобразуется в цифровую форму аналого-цифровыми преобразователями 4, которое снова подается на вход многомерного формирующего фильтра 2 и рассмотренный процесс фушщпонирования повторяется снова. Значения с выходов аналого-цифровых преобразователей также передаются в цифровую вычислительную машину 5 для контроля и управления спектральной плотностью векторного случайного вибропроцесса на выходе объекта. На цифровом вычислительном устройстве 5 производится спектральный анализ, далее вычисленная спектральная плотность сравнивается с требуемой спектральной

гоютиостью, определяется вектор онгйбкй по которому с помощью определениого алгоритма угфавпения производится более точэтая настройка на заданную про грамму, т.е. уточняются коэффвдиенты многомерного формирующего фильтра, которые затем через коммутатор 1О по сигналу с блока синхронизацш 9 gaimсываются в второй блок оперативной памяти 12. Уточняющая настройка не обходима и при смене программы испытаний.

ПрЕменение многоканальной цифровой системы управления виброиспытатвпьной установкой поаволяет получить высокие тахнико-экономические показатели и поднять испытания различной сложной ахшаратуры автоматики, вычислительной техники, радиотехнических устройств и апларатуры других типов на качественно новую степень.

Формула изобретения

Д ногоканальная цифровая система упраЕлеш1я виброиспытательной установкой, содержащая п каналов, в каждом из которых вшпочен генератор случайного сигнала, а таюке формирующий флльтр и аналого-цифровые преобразователи, входы которых подключены к соответствующим выходам виброиспытательной установки, а выходы - к соотвеа ствующим. входам цифрового вычислительного уст ройства, отличающаяся тем, что, с цепью сокращения времени подготовки к испытаниям и повьпдения точности системы, в нее введены коммутатор, мультшнтексор памяти, первый и второй блоки оперативной памяти, блок синхронизации, а таюке в каждом канале

мутгьтиплексоры и последовательно соеДЕиенные цифро-аналоговые преобразователи и фильтры нижних частот, включенные между .выходами формирующего

5 фильтра и входами виброиспытательной установки, вход коммутатора соединен . с выходом цифрового вычислительного усзтройства, управляклций вход - с первым выходом блока синхронизации, а

0 первый и второй выходы через первый и второй блоки оперативной памяти подключены cooTBeifcTBeHHO к первому и второму входам мультиплексора памяти, управляющий вход которого соединен с

5 вторым выходом блока синхронизации

и управляющими входами мультиплексоров, первые и вторые входы которых соединены соответственно с выходами генераторов случайного сигнала и выходами

0 аналого-цифровых преобразователей, а выходы - с соответствующими входами формиру19Щего фильтра, управляю.щий вход которого подключен к выходу мультиплексора памяти.

Источники информации,

принятые вовнимание при экспертизе

1.Гетманов .А. Г. и др. Автоматическое управление вибрационными истттания ., Энергия, 1978-, с. 48.

2.Тупик А. А. и др. Цифровые и гибридные способы управления спектральными характеристиками векторных случайных процессов.-В кн. Кибернетика и вычислительная техника. Киев, Наукова думка, 1973, вьп1.20, с. 11О-117.

3.Гетманов А. Г. и др. Способы построения и принципы работы цифро -аналоговых систем автоматического управления. - Сб. Методы и средства испытаВИЙ изделий, 1977, МДНТП им. Дзержинского, с. 23-29 (прототип).