Многоканальная цифровая система управления виброиспытательной установкой

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски н

Соцналнстнческнк

Республик

Опубликовано 15 07 82- Бюллетень № 26 (51)М. Кл.

605 В 15/02

1Ьеударстекнный квинтет

СССР но делен нзабретеннй н еткрытнй (53) УДК 62-50 (088. 8) Дата опубликования описания 17.07.82 (72) Авторы изобретения

А. А. Петровский, А. Е. Леусенко, А. Н. (71) Заявитель

Минский радиотехнический инс (54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА

УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОИСПЫТАТЕЛЬНОЙ

УСТАНОВКОЙ

Известна аналоговая система управления многокомпонентной случайной вибрацией, состоящая из источников случайных сигналов, устройства формирования векторного случайного процесса, устройства анализа, с помошью которого оцениваются элементы матрицы спектральных плотностей и устройств обратной свяаи, с помощью которых формируются случайные процессы на входе объекта (1);

Устройство формирования векторного случайного процесса состоит из форми. руюших устройств, каждое из которых содержит определенное число формирую-. цвсх фильтров, служащих для создания узкополосных случайных процессов, и блока формирования случайных процессов с определенной степенью корреляционной связи t 1) .

Изобретение относится к автоматичес. кому управлению и может быть использовано для управления виброиспытательными установками.

Недостатками данной системы являкл ся низкая точность вследствие нестабиль м ности элементов системы, в том числе генератора случайного сигнала, низкая технологичность изготовления, громозд5 кость аппаратуры. Кроме того, особую сложность вызывает реализация фильтров сверхнизких частот и аналоговых фазоврашателей, 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

Райса-Пирсона (2 j .

Недостатком системы является невоэможность возбуждать испытуемый объект го временной реализацией нормального стационарного случайного процесса, Т8К как в данной системе используется периодический стационарный процесс. И если необходимо проводить испытания длительное время, то просто пов же реализация.

Недостатком сист бспьшое время настро программы испытани объекта

Наиболее близким является пифро-впало ленни многокомпонентн цией, содержащая И из которых вюпочен го сигнала, а также и аналого-пифровые пр входы которых подклю вуюшим выходам виб установки, а выходы щим входам цифрового устройства (3 3 .

Недостатком дани ния вибрацией являет настройки на требуемую рсбтснытаний при сме роиспытаний, так как заново определять нул что связано с больши шинного времени. Та смен программ в про возникает, когда моде ный вибропроцесс с т спектральной плотности во времени.

Кроме того, песта вых элементов значит точность системы.

?Ьлью изобретения ние времени подготов и повышение точност

Указанная цель достиг в систему введены к плексор памяти, перв оперативной памяти, а также в каждом кан ры и последовательно аналоговые преобразо нижних частот, включ дами формирующего филь виброиспытательной у мутатора соедпнен с вычислительного устро ший вход — с первым ды через первый и вто тивной памяти подклю но к первому и второ плексора памяти, уира рого соединен с вторым мультиплексоров, первые и вторые входы которых соединены соответственно с вы3 94М42 б тоояется одна и та ходами генераторов случайного сигнала и выходами аналого-пифровых преобразоемы является также вателей, а выходы - с соответствуюшимп йки на различные входами формирующего фцтьтра, управй одного и того же ляющий вход которого подключен к выходу мультиплексора памяти. к предлагаемому B соответствии с корреляционной тесьговая система управ- рией для широкого класса случайных проой случайной вибра- пессов их структурные модели полностью каналов, и каждом 1а определяются формирукяцими фильтрами, генератор случайно- поэтому задача воспроизведения многоформирующий фильтр мерного векторного случайного вибропроеобразователи, песса сводится к той или иной структур чены к соответст- ной реализации многомерного формируюроиспытательной 1 . щего фильтра.

- к соответствуто- Для увеличения точности задания тревычислительного буемой спектральной плотности в основу структуры многомерного формирутощего ой системы управле- фильтра положен цифровой вариант, прися большое время чем однофильтровой, т.е. сложная спектпрограмму виб- ральная плотность мощности алпроксимине программы виб- руется одним цифровым фильтром с проздесь необходимо извольной передаточной функцией. Алгоевое приближение, ритм фильтрации следующий ми затратами ма ф кая необхосптмость Yh= 24KKXH „,и=,g...,, пессе испытаний лируется случайеб емой ма и Щ количество отсчетов весовой кции, изменяющийся функции, Y - И-ый отсчет выходного пробильность аналогоТ 1- t

1-ый отсчет входного процесса.

Если использовать в качестве случайр ного сигнала бинарный шум, то как видно из (3.) операция умножения исклкьчается и остается только операция сло1 оммутатор, мультижищяе

Количество отсчетов весовой функции

40 выбирается, исходя из требуемой точности задания спектральной плотности,,цля сокращения времени настройки и ф ь системы управления на требуемуто и грамму виброиспытаний при смене программы виброиспытаний, когда моделируется многомерный векторный случайный вибропроцесс с требуемой матрицей спектральной плотнос ти мощности, измеЭ выходом блока някицейся во времени, в структуру сисый и р и вы о- 50 MbI введ но пара"л ное корре" иру и бп щее звено. С помощью этого звена чены соответствен- устраняется неравномерность передаточвхо - ной функции объекта. Передаточная функй вход к gasr объекта Ng2. и корректора К (Z) выходом блока ы вязаны соотношением

043642 6

20

55 где У Е " ! тВ - круговая частота;

6 — время.

Причем/Нс(2)/ =4 для всех значений й;

А — некоторая константа.

Вначале производится идентификация объекта управления. Определяется 9/oz затем по формуле (2) определяется

К(2), а параметры формирующего фильт ра рассчитываются по требуемой спектр ральной плотности.

Далее, одним из итерационных алго уктмов 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 производительность вибрационной системы, за счет сокращения времени настройки, так как определение KO-) производится только однажды перед началом испытаний, На чертеже представлена блок-схема многоканальной цифровой системы управления виброиспытательной установкой.

Система содержит генераторы случай ного сигнала 1, многомерный формирующий фильтр 2, виброиспытательную установку 3, аналого-цифровые преобразователи 4, цифровое вычислительное устройство 5, мультиплексоры 6, цифро-аналоговые п.реобразователи 7, фильтры нижних частот 8, блок синхронизации 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 идентификация объекта, т.е, определяется Фо(Z) ! а затем K() . Для этого на объект подается случайный сигнал в виде "белого» шума, с выхода объекта сигнал через аналого-цифровые преобразователи 4 передается в цифровое вычислительное устройство 5, где определяется К (7).

Вычисленные коэффициенты передаточной функции K(?> по разрешающему сигналу блока синхронизации 9 через коммутатор

10 записываются в первый блок оперативной памяти 11. Далее цифровое вычис> лительное устройство 5 расчитывает параметры многомерного цифрового формирутсьцего фильтра 2 по требуемой спектральной плотности и через коммутатор

10 по сигналу из блока управления. 9 передает их во второй блок оперативной памяти 12.

На втором этапе система функционирует следуютштм образом.

Шумовой сигнал с выходов генерато ров по разрешающему сигналу блока синхронизации 9 через мультиплексоры 6 передается в многомерный формирутопшй фильтр 2, туда же через мультиплексор памяти 13 под управлением блока сянх роиизации 9 из второго блока оператив ной памяти 12 передаются коэффициенты цифрового фильтра и формируется одно выходное значение многомерного формирующего фильтра 2, которое хранится в выходном .регистре многомерного формирующего фильтра 2 . Далее с выхода аналогь-цифровых преобразоватетей 4 значение случайного процесса с выхода объекта управления 3 передается по раэ,решаюшему 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 раэрешаюшему сигналу блока синхронизации 9 передаются коэффициенты корректора. В данном случае многомерный формирующий фттльтр 2 выполняет функцию корректора, охватывающего обрач ной отрицательной связью объект управления 3. Как корректор, так и цифровой формирующий фильтр работают по алгоря т му (1). Далее выходное значение корректора вычитается из выходного значения многомерног0 формирующего фильтра 2, и результат передается на цифро-аналоговые преобразователи 7, с . выхода которых процесс через фильтры нижних частот 8 подается на объект уттравления, выходное значение которого преобразуется в цифровую форму аналого-цифровыми преобразователями 4, которое снова подается на вход многомерного формирутошего фильтра 2 и рассмотренный процесс функционирования повторяется снова.

Значения с выходов аналого-цифровых преобразователей также передаются в цифровую вычислительную машину 5 дпя 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

7 94 плотностью, определяется вектор опгйбки; по когорому с помощью опре деленного алгоритма управления производится более точная настройка на заданную программу, т.е. уточняются коэффщиенты многомерного формирующего фильтра которые затем через коммутатор 10 по сываются в второй блок оперативной памяти 12. Уточняющая настройка необходима и zrpH смене программы испытаний.

Применение многоканальной цифровой системы управления виброиспытательной установкой позволяет получить высокие технико-экономические показатели и поднять испытания различной сложной аппаратуры автоматики, вычислительной техники, радиотехнических устройств и аппаратуры других типов на качественно новую степе;ж

Формула изобретения

3642 мулыиплексоры и последовательно соединенные цифро-ен алоговые преобразователи и фильтры нюкних частот, включенные между .выходами формирующего

5 фипьтра и входами виброиспытательной установки, вход коммутатора соединен с выходом цифрового вычислительного устройства, управляющий вход — с первым выходом блока синхронизации, а

1О первый и второй выходы через первый и второй блоки оперативной памяти подключены соотвеч ственно к первому и второму входам мультиплексора памяти, управляющий вход которого соединен с

15 вторым выходом блока синхронизации и управляющими входами мультиплексоров, первые и вторые входы которых соединены соответственно с выходами генераторов случайного сигнала и выходами

20 аналого-цифровых преобразователей, а выходы - с соответствующими входами формирующего фильтра, управляющий вход которого подключен к выходу мультиплексора памятМ.

Многоканальная цифровая система управления вибронспытатедьной установкой, содержашая г каналов, в каждом нз которых включен генератор случайного сигнала, а также формирующий фильтр и аналого-цифровые преобразователи, входы которых подключены к соответст вующим выходам внброиспытательной установим, а выходы — к соответствующим. входам цифрового вычислительного устройства, отличающаясятем, что, с целью сокращения времени подготовки к испытаниям и повышения точности системы, в нее введены коммутатор, мультиплексор памяти, первый и второй блоки оперативной памяти, блок синхронизации, а также в каждом канаде

Источники информации, принятые во внимание що экспертизе

1. Гетманов А. Г. и др. Автоматическое управление вибрационными испытания3p hQG N., "энергия", 1978, с. 48.

2. Тупик А. А. и др. ?цифровые и гибгядные способы управления спектральными характеристиками векторных случайных процессов.-Б кн. Кибернетика и вычислительная техника . Киев, "Наукозз ва думка», 1973, вып. 20, с. 110-117.

3. Гетманов А. Г. и цр. Способы построения и прин ипы работы цифро аналоговых систем автоматического управления. - Сб. «Методы и средства испытаний изделий, 1977, МДНТП им. Дзержинского, с. 23-29 (прототип).

943642

Составитель С. Дунаев

Редактор Л. Авраменко Техред A. Ач Корректор M. Коста

Заказ 5105/52 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4