Устройство для формирования спектра случайных вибраций Советский патент 1983 года по МПК G05D19/02 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СПЕКТРА СЛУЧАЙНЫХ ВИБРАЦИЙ

Изобретение относится к управлению параметрами вибраций, а именно к устройствам для формирования спектра случайных вибраций и может быть использовано при вибрационных испытаниях изделий. Известно устройство для формирования спектра широкополосных случайных вибраций, содержащее параллельные каналы формирования, каждый из которых подключен к генератору белого шума и имеет последовательно включенные полосовой фильтр, регулируемый усилитель, измеритель, .измеритель дисперсии, блок-сравнения и регулируемый аттенюатор с передаточной характерис тикой, обратной передаточной характе.ристике регулируемого усилителя U 3. Наличие в данном устройстве регули руемых аттенюаторов позволяет повысить точность формирования, но не компенсирует погрешности, появляющейся за счет низкой добротности полосовых фильтров. Поэтому недостатком уст ройства является низкая точность формирования спектра случайных вибраций. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для формирования спектра широкополосных случайных вибраций, содержащее последовательно соединенные генератор белого шума, параллельные каналы формирования с полосовым фильтром и регулируемым усилителем в каждом канале, общий сумматор, вибратор и многоканальную обратную связь, имеющую в каждом канале по.лосовой анализирующий фильтр, измеритель дисперсии и блок сравнения. В каждый канал формирования введен регулируемый аттенюатор, и, за исключением первого и последнего каналов, дополнительный сумматор 2 . В состав устройства входят полосовые фильтры, применение которых не обеспечивает получение сигнала заданного спектрального состава, а следова.тельно, снижает точность формирова39932ния спектра случайных вибраций. Кроме того, в блоках сравнения сравниваются напряжения, пропорциональные мощностям в полосах анализирующих фильтров с напряжением программ. Сравнение мощ- 5 ностей не позволяет выделить вклад отдельной составляющей спектра в управление регулируемыми усилителями. Это снижает точность формирования

спектра случайных вибраций. Сравнение 10го-цифровой преобразователь 12, блок

ведется непрерывно, в то время, как13 памяти и задатчик программ (не подля обеспечения достаточной точностиказан). Выход каждой секции блока засравнения необходимо учитывать времядержки соединен с одним из входов усипереходн.ого процесса при установлении заданного режима вибрации. Поэтому

в течение переходного процесса на вхо-ля 10 этого же формирователя, два друде блоков сравнения получается неточный сигнал.рассогласования. Это также снижает точность формирования спектра случайных вибраций. Таким об разом, недостатком описанного устрой ства является низкая точность формирования спектра случайных вибраций. Цель изобретения - повышение точности устройства зй счет увеличения точности формирования спектра случай ных вибраций. Поставленная цель достигается тем что в устройство для формирования .спектра случайных вибраций, содержащее генератор белого шума, п формиро вателей с регулируемым усилителем в каждом из них, последовательно соеди ненные сумматор, вибратор и виброизмерительный преобразователь, а также блок сравнения/и задатчик программ, введены блок задержки, блок памяти, а в каждом формирователе последовате льно соединенные перемножитель и интегратор, подключенный выходом к одному входу регулируемого усилителя, причем выход генератора белого шума подключен к входу блока задержки, вы ходы которого соединены с другими входами регулируемых усилителей и пер выми входами перемножителей соответс вующих формирователей, выход виброиз мерительного преобразователя связан с первым входом блока сравнения, выходы регулируемых усилителей соедине ны с соответствующими входами сумматора и через блок памяти - с вторым входом блока сравнения, выходом подключенного ко второму входу перемножителя каждого формирователя, третьим входом, связанного с выходом задатчика программ. На чертеже представлена блок-схем устройства. лителя 9 соответствующего формиоова15теля и с одним из входов перемножите8Устройство содержит генератор 1 белого шума, блок 2 задержки, формирователи 3, сумматор , вибратор 5, вибройзмерительный преобразователь 6, аналого-цифровой преобразователь 7 и блок 8 сравнения. Каждый из формирователей содержит регулируемый усилитель 9, перемножитель 10 и интегратор 11. Устройство содержит также аналогие входа перемножителя 5 соединены соответственно с выходом блока 11 сравнения и с задатчиком программ. Устройство работает следующим образом. Сигнал широкополосного генератора белого шума поступает в блок 2 задержки. Число секций в блоке равно числу параллельных каналов формирования. . Время задержки между выходами секций равно Т. Время t выбирается исходя из спектрального состава синтезируемого вибропроцесса. При этом оно должно удовлетворять условипТ,-де tnctn круговая частота высшей гармонической составляющей вибропроцесса. Число секций блока задержки равно числу формирователей и выбирается с учетом требуемого спектрального состава синтезируемого вибропроцесса, допустимой погрешности и конструктивных возможностей. Задержанные сигналы поступают на регулируемые усилители 9 и на перемножитель 10 соответствующего формирователя. Одновременно на перемножитель 10 каждого формирователя поступает сигнал задатчика программ, соответствующий определенному весовому коэффициенту. Перемножение задержанного сигнала с соответствующим сигналом программ позволяет получить нужную амплитуду спектральных составляющих на выходе устройства. Результат перемножения поступает на интегратор для определения среднего значения составляющих спектра выходного сигнала умножителя и затем на регулируемый усилитель k для управления коэффициентом усиления. Далее сигналы с выходов регулируемых усилителей 9 поступают на сумматор 4 и затем на вход вибратора 5. 59 механические колебания которого преобразуются в ви6роиэмеритальном преобразователе 6 в электрические сигна лы, которые сначала преобразуются в цифровую форму в аналого-цифровом пре образователе 7 и затем поступают э блок 8 сравнения кодов. Сигналы с вы ходов регулируемых усилителей 9 поступают также на вход аналого-цифрового преобразователя 12, а затем в блок 13 памяти. Время хранения сигна ла в памяти равно времени установления вибрационного процесса. Поэтому сигнал с выхода блока 13 памяти пост пает в блок 8 сравнения кодов одновр менно с сигналом с виброизмерительно го преобразователя 6, соответствующи установившемуся вибрационному процес су. С выхода блока 8 сравнения кодов сигнал Vpcjc пропорциональный величи не рассогласования между выходным сиг налом формирователей 3 и сигналом с выхода виброизмерительного преобразователя 6 поступает на умножители 10 во все формирователи и осуществляет необходимое управление коэффициентами передач регулируемых усилителей 9 таким образом, чтобы спектр сигнала с выхода виброизмерительного преобразователя 6 соответствовал спектру слу|Чайных вибраций. Устройство предусматривает наличие синхронизирующего блока (например, ге нератора тактовых импульсов - не показан), обеспечивающего синхронную работу задатчика программ, блока памяти и блока,сравнения кодов. Частота синхронизируккцих импульсов выбирается с учетом времени установления вибрационного процесса. В предложенном устройстве многосекционный бхюк задержки 2 и формирователи 3 образуют адаптивный фильтр, комплексный коэффициент передачи G(jur) которого имеет вид GliU)), где величина оЦто весового коэффициента;N - число весовых коэффициентов. Модуль коэффициента передачи адаптивного фильтра определяется |с.Чи;).д.со5Си-п,).-с Используя эти формулы и зная спектры входного и выходного сигнала, можно рассчитать программу изменения весовых коэффициентов. 18« Наличие в устройстве блока задержки позволяет с выхода каждой секции получить сигнал с определенной спектральной плотностью.г причем в общем спектре сигнала появляются новые составляющие. Это повышает точность предлагаемого устройства по сравнению с известным,- где за счет низкой добротности полосовых фильтров получить полосы сигнала с определенной спектральной плотностью невозможно. Наличие в каждом канале формирования перемножителя и интегратора позволяет оценить вклад каждой отдельной спектральной составляющей в управление коэффициентом усиления регулируемого усилителя. Это также повышает точность формирования спектра вибраций. В устройстве сигнал рассогласования получается в результате сравнения сигнала с виброизмерительного преобразователя и сигнала с бжжа памяти, время хранения сигнала в котором равно времени переходного процесса установления заданного вибрационного режима, т. е, происходит сравнение сигнала,, соответствующего установившемуся вибрационному процессу с сигналом управления процессом. Поэтому сигнал рассогласования в предлагаемом устройстве более точный по сравнению с прототипом, где сигнал рассогласования получается в результате непрерывного сравнения мощностей сигналов с виброизмерительного преобразователя и с выходов усилителей без учета времени переходного процесса установления заданного режима вибраций. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую точность формирования спектра случайных вибраций по сравнению с известным. Технико-экономический эффект предлагаемого устройства обуславливается более достоверными данными по реализации .стохастических нагрузок, действующих на изделия машиностроения и приборостроения в реальных условиях эксплуатации путем задания соответствующих величин весовых коэффициентов. Вследствие более точного задания спектрального состава вибрационного процесса уменьшаются расходы на ремонт, повышается достоверность выявления брака на ранних стадиях эксплуатации изделий, сокращается время на диагностирование скрытых Дефектов. Это в

свою очередь увеличивает срок службы изделий и уменьшает материальныезатраты.

Формула изобретения

Устройство для формирования спектра случайных вибраций, содержащее генератор белого шума , VI формирователей to с регулируемым усилителем в каждом из них, последовательно соединенные сумматор, вибратор и виброизмерительный пресзбразователь, а также блок сравнения и задатчик программ, о т - t5 личающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блок задержки, блок памяти, а в каждом формирователе последовательно соединенные перемножитель и 20 интегратор, подключенный выходом к одному входу регулируемого усилителя, примем выход генератор белого шума

подключен к входу блока задержки, выходы которого соединены с другими входами регулируемых усилителей и первыми входами перемножителей соответствующих формирователей, выход виброизмерительного преобразователя связан с первым входом блока сравнения, выходы регулируемых усилителей соединены с соответствующими входами сумматора и через блок памяти - с вторым входом блока сравнения, выходом подключенного к второму входу перемножителя каждого формирователя, третьим входом связанного с выходом задатчика программ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № б5741б, кл. G 05D 19/02,. 1979 (прототип) .