KR100294384B1 - Synthesis methode of shock waveform for shock response spectrum test - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공위성에 탑재되는 장비 등의 충격반응 스펙트럼시험을 위한 충격파형의 합성방법에 관한 것으로서, 종래의 합성방법은 첨두가속도의 값이 커서 상용화된 가진기에서 충격반응 스펙트럼시험을 수행할 수 없는 문제점이 있었다. 본 발명에 의한 합성방법은 첨두가속도의 값이 작은 충격파형을 합성하여 상용화된 가진기에서 충격반응 스펙트럼시험을 수행할 수 있도록 하며, 인공위성 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.The present invention relates to a method of synthesizing a shock wave for the impact response spectrum test of equipment mounted on a satellite, the conventional synthesis method is not able to perform the impact response spectrum test in commercialized exciter because the value of the peak acceleration is large There was a problem. The synthesis method according to the present invention synthesizes an impact waveform having a small peak acceleration value, and can perform an impact response spectral test on a commercially available exciter, and can be usefully used in the field of satellites.
Description
본 발명은 충격반응 스펙트럼시험에서 충격파형을 합성하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상용화된 가진기에서 충격반응 스펙트럼시험을 수행할 수 있도록 작은 값의 첨두치를 갖는 충격파형을 합성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for synthesizing an impact waveform in an impact response spectrum test, and more particularly, to a method for synthesizing an impact waveform having a small peak value so that the impact response spectrum test can be performed in a commercially available exciter. will be.
일반적으로 인공위성에 탑재될 장비 및 부품에 대해서는 지상에서 다양한 환경시험을 실시하며, 그 환경시험의 일환으로서 충격시험을 통하여 인공위성 발사시 충격에 의한 성능저하 및 오작동여부 등을 판단한다. 상기 충격시험은 파형의 형태를 규정하는 반정현파(half sine pulse), 톱니파, 등의 고전적 충격시험과 충격반응 스펙트럼 (SRS: shock response spectrum)시험으로 구별되며, 충격반응 스펙트럼시험은 파형의 형태를 규정하지 않으며, 균일한 시험결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.In general, various environmental tests are conducted on the ground for equipment and components to be mounted on the satellite, and as a part of the environmental test, the impact test determines the performance degradation and malfunction due to the impact during the satellite launch. The shock test is classified into a classical shock test such as a half sine pulse, a sawtooth wave, etc. that define the shape of the waveform, and a shock response spectrum (SRS) test. It is not specified and has the advantage of obtaining uniform test results.
상기 충격반응 스펙트럼이란 입력파형에 대하여 각각의 1자유도 시스템 (single degree of freedom)에 대한 반응을 그린 것으로서, 그 반응에서 절대값의 최대치(maxi-max)를 나타내고 있으며, 시험규격에서 요구하는 충격반응 스펙트럼을 만족하는 파형의 형태는 이론적으로 무수히 많다.The impact response spectrum shows a response to each single degree of freedom with respect to the input waveform, represents the maximum value of the absolute value (maxi-max) in the response, and the impact required by the test standard. There are in theory a myriad of waveform shapes that satisfy the response spectrum.
상기 충격반응 스펙트럼시험은 가진기(Shaker)를 이용하며, 가진기에서 허용하는 힘, 가속도, 변위, 속도의 제약으로 인하여 규정된 충격반응 스펙트럼을 만족하기 위해서는 충격 지속시간이 짧고, 충격가속도의 첨두치가 큰 충격파형을 얻을수 없지만, 충격 지속시간이 길고 충격가속도의 첨두치가 작은 충격파형을 얻을 수 있으며, 상기 두 충격파형이 동일한 충격반응 스펙트럼 시험규격을 만족하는 것이 가진기를 이용한 충격반응 스펙트럼시험의 이론적 바탕이 된다.The shock response spectrum test uses a shaker, and the impact duration is short to satisfy the prescribed shock response spectrum due to the constraints of force, acceleration, displacement, and speed allowed by the exciter, and the peak of impact acceleration Although it is not possible to obtain a shock wave with a large value, it is possible to obtain a shock wave with a long shock duration and a small peak of impact acceleration, and that the two shock waveforms satisfy the same shock response spectrum test standard. It is grounded.
도 1은 충격반응 스펙트럼시험을 수행하기 위한 가진기 체계를 나타내는 개략도로서, 제어시스템(1)과 증폭기(2)가 구비되고, 가진기(3)와 시험물(6) 사이에 치구(5)가 있으며, 시험물(6)이 치구(5)와 결합된 지점(mounting point)에 가속도계(accelerometer)(4)를 부착하여 충격파형을 측정한다. 상기 시험을 수행하기 위한 응용프로그램은 제어시스템(1)에 내장되어 있으며, 여기서 제공되는 합성충격파형의 질(質)은 규정된 충격반응 스펙트럼을 만족하면서 가속도, 속도, 변위의 첨두치에 의하여 평가되고, 상기 합성파형은 가속도계(4)에서 측정되는 충격파형의 목표가 되는 참조파형으로 사용된다. 그리고 측정된 충격파형이 참조파형이 되도록 구동신호를 제어시스템(1)에서 생성하기 위하여 참조파형의 가속도를 축소하여 예비시험을 거치나, 시험물(6)에 충격의 영향을 감소시키기 위하여 예비시험의 충격가속도는 참조파형에 비하여 약간 낮게 설정하여 일반적으로 참조파형의 -12db 정도로 정하며, 초기의 구동신호로 낮은 수준의 랜덤신호를 가진기(3)에 인가하여 가속도계(4)의 가속도를 측정한다. 상기 과정을 수회 반복한 후에 전달함수를 계산하고, 구동신호를 보정하여 가진기(3)에 인가하고 가속도를 측정하여 참조파형의 축소된 가속도와 비교하여 제어오차를 구한다. 상기 제어오차가 정의된 오차보다 크면 구동신호를 다시 계산하여 가진기(3)에 인가하여 제어오차가 정의된 오차보다 작을 때 까지 반복하여 예비시험을 수행하고, 예비시험에서 참조파형의 축소된 가속도를정의된 오차범위에서 만족할 수 있는 구동신호를 알고 있으므로, 이 신호를 증폭하여 가진기(3)에 인가하면 참조파형과 거의 일치한 충격파형을 가속도계(4)에서 얻을 수 있다.1 is a schematic diagram showing an exciter system for performing an impact response spectral test, in which a control system 1 and an amplifier 2 are provided, and a jig 5 between the exciter 3 and the test piece 6. The impact wave is measured by attaching an accelerometer (4) to the mounting point of the test piece (6) and the jig (5). An application program for performing the test is embedded in the control system 1, wherein the quality of the synthetic shock waveform provided is evaluated by the peaks of acceleration, velocity and displacement while satisfying the specified impact response spectrum. The synthesized waveform is used as a reference waveform that is the target of the shock waveform measured by the accelerometer 4. The preliminary test is performed by reducing the acceleration of the reference waveform in order to generate the driving signal in the control system 1 so that the measured shock waveform becomes the reference waveform. The impact acceleration is set to be slightly lower than the reference waveform, and is generally set at about -12 db of the reference waveform. The acceleration of the accelerometer 4 is measured by applying the initial driving signal to the machine 3 having a low level random signal. . After repeating the above process several times, the transfer function is calculated, the driving signal is corrected and applied to the exciter 3, the acceleration is measured, and the control error is obtained by comparing with the reduced acceleration of the reference waveform. If the control error is larger than the defined error, the driving signal is recalculated and applied to the exciter 3 to repeat the preliminary test until the control error is smaller than the defined error, and the reduced acceleration of the reference waveform in the preliminary test. Since the driving signal can be satisfied in the defined error range, the accelerometer 4 can obtain a shock waveform almost identical to the reference waveform by amplifying and applying the signal to the exciter 3.
한편, 상용화된 가진기(제작사; 미국 Unholtz-Dickie사)는 허용하는 최대가속도가 정현파 진동시험시 최대 200G이고, 충격시험시 정현파 진동시험시의 1.5 ~ 2.0배를 허용하고 있다. 또한, 특수 제작된 가진기(제작사; 미국 Ling Elec.사)의 대부분은 허용하는 최대가속도가 정현파 진동시험시 100G이고, 충격시험에 대하여는 규정되어 있지 않다. 또한, 국내에도 정현파 시험시 최대허용가속도가 200G인 가진기(제작사; 영국 LDS사)가 보급되어 있으며, 충격시험은 정현파 진동시험에 비하여 최대가속도를 조금 더 허용하고 있다. 상기와 같이 가진기에서 허용되는 최대가속도가 제한된 이유는 가진기의 전기자(amature)가 최대가속도 이상을 견디지 못하기 때문에 제한되는 경우와 가진기의 전기자가 최대가속도 이상을 견딜 수 있다 하더라도, 증폭기에서 공급할 수 있는 전류에 제한을 받기 때문에 제한되는 경우로서 전기자만 허용하는 최대가속도로 가진할 때, 증폭기에서 공급할 수 있는 전류의 최대치에 가깝기 때문이다.On the other hand, commercially available exciters (manufacturer; Unholtz-Dickie, USA) allow a maximum acceleration of up to 200G for sinusoidal vibration test and 1.5 to 2.0 times for sinusoidal vibration test for impact test. In addition, most of the specially designed exciter (manufacturer; Ling Elec., USA) has a maximum allowable acceleration of 100G for sinusoidal vibration test and is not specified for impact test. In addition, a stimulator (manufacturer; UK LDS) with a maximum allowable acceleration of 200G is available in sine wave test in Korea, and the impact test allows a little more acceleration than the sine wave vibration test. The reason why the maximum acceleration allowed in the vibrator is limited is because the armature of the vibrator cannot withstand more than the maximum acceleration, even if the armature of the vibrator can withstand more than the maximum acceleration. It is limited because it is limited by the current that can be supplied because it is close to the maximum of the current that can be supplied by the amplifier when it is excited with the maximum acceleration allowed only by the armature.
도 2는 20Hz ~ 5000Hz 범위의 고유진동수를 갖는 충격반응 스펙트럼 시험규격을 도시한 것으로서, 특히 인공위성에 탑제할 장비 혹은 부품에 대하여 적용될 수 있다. 상기 규격은 Log-Log 그래프에서 (20Hz-20G), (50Hz-20G), (1000Hz-1500G), (5000Hz-1500G)의 절점으로 정의되고, 충격반응 스펙트럼 분석시 전달율(Q)은 Q=10 으로(이는 damping 5%와 같은 의미이다), 고유진동수의 간격은 최소 1/6옥타브 이하로 좁아야 하며, 충격반응 스펙트럼은 충격반응 파형에서 절대값이 큰 것으로 규정하고 있다. 여기서 G는 중력가속도로서 진동 및 충격분야에서는 흔히 사용되는 단위이며, 10Hz ~ 2000Hz 범위의 고유진동수를 갖는 군용장비에서 요구되는 충격반응 스펙트럼 시험규격들의 충격반응이 75G를 넘지 않음에 비추어 볼 때, 이 시험규격은 매우 높은 충격반응(최대 1500G)을 규정하는 것을 특징으로 한다. 군용장비에서 요구하는 충격반응 스펙트럼 시험규격들의 경우에 가진기에서 허용하는 가속도, 속도, 변위는 만족할 수 있으므로 충격파형 가속도의 첨두치가 작을 수록 질량이 큰 시험물을 시험할 수 있다.Figure 2 shows the impact response spectrum test specification having a natural frequency in the range of 20Hz to 5000Hz, in particular can be applied to equipment or components to be mounted on the satellite. The above specification is defined as nodes of (20Hz-20G), (50Hz-20G), (1000Hz-1500G), (5000Hz-1500G) in the Log-Log graph, and the transmission rate (Q) in the impact response spectrum analysis is Q = 10. (Meaning 5% damping), the frequency interval should be at least 1/6 octaves or less, and the shock response spectrum is defined as a large absolute value in the shock response waveform. Where G is the acceleration of gravity and is a commonly used unit in the field of vibration and shock.In view of the impact response of the spectral test specs required for military equipment with natural frequencies in the range of 10 Hz to 2000 Hz, the impact response does not exceed 75 G. The test standard is characterized by a very high impact response (up to 1500 G). In the case of impact response spectral test specifications required for military equipment, the acceleration, speed, and displacement allowed by the exciter can be satisfied, so that the smaller the peak value of the shock wave acceleration, the greater the mass can be tested.
따라서, 상기 도 2의 시험규격을 만족하면서 충격파형의 첨두가속도가 대략 200G 정도에서 합성될 수 있는 방법이 있다면, 국내에서 상용되고 있는 가진기의 정현파시험에서 허용하는 최대가속도 200G를 고려할 때 충격반응 스펙트럼시험이 가능하다. 일반적으로 충격시험에서는 랜덤진동시 첨두가속도는 랜덤진동가속도의 RMS 값에 대한 3배로 산정하므로, 가진기는 정현파 진동시험에서 허용하는 최대가속도 200G보다 첨두치가 약간 더 큰 충격파형에 대하여도 견딜 수 있는 바, 가진기에서 허용하는 힘은 충격파형의 첨두치와 치구, 가진기의 전기자, 시험물의 질량을 합한 질량과 관계되기 때문에 충격파형의 첨두가속도가 작을수록 합성한 충격파형의 품질은 우수하다고 본다.Therefore, if there is a method that the peak acceleration of the shock waveform can be synthesized at about 200G while satisfying the test standard of FIG. 2, the shock response considering the maximum acceleration 200G allowed in the sine wave test of the exciter which is commercially available in Korea Spectral testing is possible. In general, in the shock test, the peak acceleration during random vibration is calculated to be three times the RMS value of the random vibration acceleration, so the exciter can withstand the shock wave slightly larger than the maximum acceleration 200G allowed by the sinusoidal vibration test. The higher the acceleration of the shock wave is, the higher the peak and jig of the shock wave, the armature of the vibrator, and the mass of the test object.
상기 충격파형의 합성방법에 대하여 본 발명자는 1998년 8월에 발간된 한국추진공학회지에 '충격반응 스펙트럼시험에서 웨이브레트를 이용한 충격파형의 합성'이란 제목으로 논문을 게재하였고, 지상장비의 성능시험 및 항공장비의 충돌위험 시험규격과 지상장비의 충돌위험 시험규격에 대하여 상기 논문에서 제안한 충격파형의 합성방법은 이미 상용화된 미국인 Dennis B. Nelson의 방법보다 훨씬 작은 값의 첨두가속도를 갖는 충격파형이 합성되는 방법임을 나타내었다.The inventors published a paper titled 'Synthesis of Shock Waveforms Using Wavelets in Shock Response Spectrum Test' in the Korean Society of Propulsion Engineering published in August 1998. For the collision risk test specification of air vehicle and aerospace equipment and the crash risk test standard of ground equipment, the shock wave synthesis method proposed in the above paper is a shock wave with a much smaller peak acceleration than that of the already commercialized American Dennis B. Nelson. It is shown that the method is synthesized.
이하에서는 상기 충격파형의 합성방법을 설명하기 위하여 우선적으로 웨이브레트와 충격반응 스펙트럼의 증폭을 설명토록 한다.Hereinafter, in order to explain the method of synthesizing the shock waveform, the amplification of the wavelet and the shock response spectrum will be described first.
상기 충격반응 스펙트럼시험을 수행하기 위한 충격파형은 감쇄정현파 (damped sine), 웨이브레트 등의 일련의 구성요소파형(component waveform)을 합하여 합성되며, 본 발명에서는 구성요소 파형으로서 웨이브레트를 사용하여 충격파형을 합성한다. 상기 웨이브레트란(0tN/2f0) 으로 표현된 변조파형으로써, 대역폭은 BW6DB 3.28f0/N으로 근사화 된다. 여기서 f0는 웨이브레트의 스펙트럼 중간주파수이고, N은 반파의 개수이며 1보다 큰 홀수의 값을 갖는다. A0는 진폭이며, A0의 부호가 양수일때 N=3, 7, 11,…이면 첨두치가 음수가 되며, N=5, 9, 13,…이면 첨두치가 양수가 된다. 상기 웨이브레트가 충격가속도를 나타낼 때 적분하면 속도가 되고, 충격지속시간 동안 적분하면 0이다. 속도를 다시 적분하면 변위가 되고, 충격지속시간 동안 적분하면 0이다. 따라서, 일련의 웨이브레트를 합하여 합성한 충격파형은 충격지속시간 동안에 가진기의 처음 위치로 돌아와 정지함을 의미한다.The shock waveform for performing the shock response spectral test is synthesized by combining a series of component waveforms (damped sine, wavelet, etc.), in the present invention by using a wavelet as a component waveform Synthesize the waveform. What is wavelet (0 t N / 2f 0 ) is a modulation waveform expressed in terms of bandwidth BW 6DB Approximated to 3.28f 0 / N. Where f 0 is the spectral intermediate frequency of the wavelet, N is the number of half-waves, and an odd value greater than one. A 0 is the amplitude, and when A 0 is a positive sign N = 3, 7, 11, ... The peak value becomes negative, N = 5, 9, 13, ... If it is, the peak is positive. When the wavelet represents the impact acceleration, it is velocity when integrating, and it is zero when it is integrated during the impact duration. Integrating the velocity again results in displacement, and integrating during the impact duration is zero. Therefore, the shock wave synthesized by combining a series of wavelets means to return to the initial position of the exciter and stop during the shock duration.
도 3은 f0=250Hz, A0=1, N=31인 웨이브레트를 나타낸 것이고, 도 4는 이 웨이브레트가 250Hz의 고유진동수를 갖는 1자유도 시스템에 인가될 때의 반응이며, 도 5는 이 웨이브레트의 충격반응 스펙트럼을 나타내고 있다. 이 웨이브레트에 대하여 각각 다른 고유진동수를 갖는 일련의 1자유도 시스템의 반응에서 절대값의 최대치를 그린 것이 충격반응 스펙트럼으로서, 여기서 전달율 Q=10이고, 해상도는 1/6 옥타브이다. 즉 1자유도 시스템은 전달율 Q=10이며, 1/6 옥타브 간격의 고유진동수를 갖는 시스템을 말한다. 합성파형 x(t)가 x(t)=g1(t-δ1)+g2(t-δ2)와 같이 2개의 웨이브레트로 합성되었다고 하면, 푸리에르 변환은 X(f)=G1(f)e-j2πfδ+G2(f)e-j2πfδ으로 표현되고, 스펙트럼 크기의 제곱은 │X(f)│2=│G1(f)│2+│G2(f)│2+ 2│G1(f)│·│G2(f)│cos2πf(δ2-δ1) 이 되고, g1(t-δ1)와 g2(t-δ2)의 첨두치의 특성이 같으면, 2πf(δ2-δ1)= ±2nπ n;정수 일때 최대값, 2πf(δ2-δ1)= ±(2n-1)π n;정수 일때 최소값을 갖게 된다. g1(t-δ1)와 g2(t-δ2)의 첨두치의 극성이 서로 다르면 최대값과 최소값은 바뀌게 된다.FIG. 3 shows a wavelet with f 0 = 250 Hz, A 0 = 1, N = 31, and FIG. 4 is a response when the wavelet is applied to a single degree of freedom system having a natural frequency of 250 Hz, and FIG. Shows the impact response spectrum of this wavelet. For this wavelet, the maximum of the absolute values in the response of a series of single-degree-of-freedom systems with different natural frequencies is the shock response spectrum, where the transmission rate Q = 10 and the resolution is 1/6 octave. That is, the 1 degree of freedom system is a system having a transmission rate Q = 10 and a natural frequency of 1/6 octave interval. If the synthesized waveform x (t) is synthesized with two wavelets such that x (t) = g 1 (t-δ 1 ) + g 2 (t-δ 2 ), then the Fourier transform is X (f) = G 1 (f) e -j2πfδ + G 2 (f) e -j2πfδ , the square of the spectral magnitude is X (f) 2 = │G 1 (f) │ 2 + │G 2 (f) │ 2 + 2 G 1 (f) │G 2 (f) │cos2πf (δ 2 -δ 1 ), and the peak-to-peak characteristics of g 1 (t-δ 1 ) and g 2 (t-δ 2 ) are the same. , 2πf (δ 2 -δ 1 ) = ± 2nπ n; maximum value when integer, 2πf (δ 2 -δ 1 ) = ± (2n-1) π n; minimum value when integer. If the polarities of the peaks of g 1 (t-δ 1 ) and g 2 (t-δ 2 ) are different from each other, the maximum and minimum values are changed.
또한 상기 충격반응 스펙트럼의 증폭이 클 수록 충격반응 스펙트럼 시험규격을 달성하는 데 필요한 웨이브레트의 진폭이 작아지기 때문에 합성파형의 첨두치를 줄일 수 있다. 여기서 충격반응 스펙트럼의 증폭(amplification)이란 A0=1인 웨이브레트가 f0의 중간주파수와 같은 고유진동수를 갖는 1자유도 시스템에 인가될 때 시스템의 반응에서 첨두치를 말하며, 충격반응 스펙트럼의 증폭은 반파의 갯수 N이 클수록 증가하며 아주 크면 전달율 Q에 접근한다. 반파의 갯수 N을 변화시켜 충격반응 스펙트럼의 증폭을 구하면 amplification ≒ Q(1-2-N/Q)으로 근사화된다. 충격반응 스펙트럼 시험규격에서 Q=10으로 고정되어 있으므로, 증폭을 키우기 위해서는 N이 클수록 좋지만 Q=10일때 N=29에서 증폭은 최대증폭의 1db 이내이다. 충격반응 스펙트럼시험을 수행하기 위한 충격파형 x(t)를(단, 0(t-δk)Nk/2fk)과 같이 일련의 웨이브레트를 합하여 합성할 수 있다. 여기서이고, gk(t)는 각각의 웨이브레트를 나타내고 있으며, M은 웨이브레트의 개수이고, δk는 각각의 웨이브레트에 대한 지연시간이다. 웨이브레트의 매개변수를 지정하는 방법에 따라서 규정된 충격반응 스펙트럼을 만족할 수 있는 파형의 형태는 무수히 많으며, 웨이브레트의 매개변수는 중간주파수, 반파의 개수, 지연시간, 진폭의 극성 등이 있다.In addition, the greater the amplification of the impact response spectrum, the smaller the amplitude of the wavelets required to achieve the impact response spectrum test specification, thereby reducing the peak value of the synthesized waveform. Here, the amplification of the shock response spectrum is the peak in the system's response when a wavelet with A 0 = 1 is applied to a 1 degree of freedom system having a natural frequency equal to the intermediate frequency of f 0 , and amplification of the shock response spectrum. Increases as the number of half-waves, N, increases and approaches the transmission rate Q when very large. The amplification of the shock response spectrum by changing the number of half-waves, N, is approximated by amplification ≒ Q (1-2 -N / Q ). In the shock response spectral test standard, Q = 10, so that N is better to increase amplification, but when Q = 10, amplification is within 1 db of maximum amplification. To perform the shock response spectrum test, the shock waveform x (t) (0 (t-δ k ) N k / 2f k ) can be combined to synthesize a series of wavelets. here Where g k (t) represents each wavelet, M is the number of wavelets, and δ k is the delay time for each wavelet. According to the method of designating the parameters of the wavelet, there are many types of waveforms that can satisfy the specified shock response spectrum. The wavelet parameters include the intermediate frequency, the number of half waves, the delay time, and the polarity of the amplitude.
상기 지상장비의 성능시험 및 항공장비의 충돌위험 시험규격과 지상장비의 충돌위험 시험규격에 대하여 본 발명자가 논문에서 제안하였던 충격파형의 합성방법을 설명하면 다음과 같다.The performance test of the ground equipment, the collision risk test specification of the aviation equipment and the collision risk test specification of the ground equipment will be described below.
상기 시험규격의 고유진동수를 웨이브레트의 중간주파수로 사용하며, 충격반응 스펙트럼의 증폭이 클 수록 충격반응 스펙트럼 시험규격을 달성하는 데 필요한 웨이브레트의 진폭을 줄일 수 있지만, 시험규격에서 전달율 Q는 고정되어 있으므로 반파의 개수 N을 증가시켜야 하는 데, 중간주파수가 낮은 웨이브레트에서 N이 증가하면 충격지속시간이 길어진다. 충격지속시간은 도 1의 제어시스템에서 제공할 수 있는 가장 긴 충격지속시간을 할당한다. 예컨데, 2000Hz의 주파수 범위에서 0.32초의 충격지속시간이 가능하고 5000Hz의 주파수 범위에서는 0.16초가 가능하다. 정해진 충격지속시간 동안에 할당할 수 있는 가장 큰 반파의 개수를 설정하지만, 반파의 개수 N이 어느정도 커지면 증폭의 증가율이 둔화되기 때문에 최대 31개로 제한된다. 모든 웨이브레트에 대한 지연시간 δk를δk=0으로 놓고, 각각의 웨이브레트에 대한 초기진폭 Ak를The natural frequency of the test standard is used as the intermediate frequency of the wavelet, and the larger the amplification of the shock response spectrum, the smaller the amplitude of the wavelet required to achieve the shock response spectrum test standard, but the transmission rate Q is fixed in the test standard. Therefore, the number of half-waves N must be increased. If N is increased in a wavelet with a low intermediate frequency, the impact duration becomes longer. The impact duration assigns the longest impact duration that can be provided by the control system of FIG. For example, a shock duration of 0.32 seconds is possible in the 2000 Hz frequency range and 0.16 seconds in the 5000 Hz frequency range. The maximum number of half-waves that can be allocated for a given shock duration is set. However, if the number of half-waves N increases to some extent, the increase in amplification is slowed down, so it is limited to a maximum of 31. Set the delay time δ k for all wavelets to δ k = 0 and set the initial amplitude A k for each wavelet.
Ak= 1 , Nk=4m+3일때 (m;정수)When A k = 1 and N k = 4m + 3 (m; integer)
Ak= -1 , Nk=4m+1일때 (m;정수)When A k = -1 and N k = 4m + 1 (m; integer)
으로 놓고 파형을 합성하여 충격반응 스펙트럼을 구한다. 여기서 1, 혹은 -1은 초기극성을 나타낸다. 시험규격에서 요구한 k번째 고유진동수에 대한 충격반응을 Rk라 하고, i번째 합성한 충격파형에서 k번째 고유진동수에 대한 충격반응을 Sk i라 하면,을 반복하여 시험규격의 충격반응 스펙트럼을 만족하는 충격파형을 합성하여 첨두치를 구한다. 첫번째 웨이브레트의 초기진폭에 대한 극성을 바꾸어서 위의 과정을 반복하여 충격파형을 합성한 후, 첨두치가 앞에서 구한 첨두치보다 작으면 첫번째 웨이브레트의 초기진폭의 극성을 대체한다. 다음 웨이브레트의 초기진폭에 대한 극성을 바꾸어서 같은 방법으로 반복한다. 웨이브레트의 중간주파수가 작은 순서대로 15개의 웨이브레트에 대한 극성을 바꾸어서 충격파형의 첨두치가 작은파형을 합성한다.To obtain the impact response spectrum by synthesizing the waveforms. Where 1 or -1 represents the initial polarity. If the shock response for the k-th natural frequency required by the test standard is R k and the shock response for the k-th natural frequency in the i-th synthesized shock waveform is S k i , Repeat to obtain the peak value by synthesizing the shock waveform that satisfies the impact response spectrum of the test standard. After changing the polarity of the initial amplitude of the first wavelet by repeating the above procedure, synthesize the shock waveform. Repeat the same procedure, changing the polarity of the initial amplitude of the next wavelet. Change the polarity of the 15 wavelets in order of decreasing intermediate frequency of the wavelet, and synthesize the waveforms with the smallest peak of the shock wave.
그리고, 도 2의 시험규격에 대하여 논문에서 제안한 충격파형의 합성방법을 설명하면 다음과 같다.The method for synthesizing the shock waveform proposed in the paper with respect to the test standard of FIG. 2 is as follows.
상기 웨이브레트의 중간주파수를 설정하는 방법은 5000Hz에서 내림차순으로 20Hz 근방까지 옥타브당 6개의 주파수를 계산하고, 이 주파수들을 다시 올림차순으로 정렬한다. 충격반응 스펙트럼 분석시 고유진동수의 간격이 1/6옥타브로 주어졌을 때, 웨이브레트의 중간주파수는 고유진동수와 일치한다. 이 방법은 5000Hz 부터 내림차순으로 계산하기 때문에 5000Hz, 2500Hz, 1250Hz, ...등의 주파수가 웨이브레트의 중간주파수와 충격반응 스펙트럼분석시 고유진동수에 나타나며, 정확하게 20Hz가 나타나는 것은 아니다. 반면에 20Hz부터 5000Hz 근방까지 올림차순으로 옥타브당 6개의 주파수를 계산한다면 20Hz, 40Hz, 80Hz,... 등의 주파수가 웨이브레트의 중간주파수와 충격반응 스펙트럼분석시 고유진동수로 나타나며, 정확하게 5000Hz가 나타나는 것은 아니다. 반파의 개수 N의 설정방법은 도 2의 시험규격에서 주파수 범위가 5000Hz이므로 도 1의 제어시스템(1)에서 제공할 수 있는 가장 긴 충격지속시간 0.16초를 할당하고, 정해진 충격지속시간 동안에 할당할 수 있는 가장 큰 반파의 개수를 설정하지만, 반파의 개수 N이 어느정도 커지면 증폭의 증가율이 둔화되기 때문에 최대 31개로 제한되며, 각각의 웨이브레트에 대한 초기 진폭, 중간주파수, 반파의 개수, 초기 진폭의 극성 설정방법은 논문에서 제안한 방법과 동일하다.The method for setting the intermediate frequency of the wavelet calculates six frequencies per octave from 5000 Hz to around 20 Hz in descending order, and sorts these frequencies in ascending order again. In the analysis of the shock response spectrum, when the frequency interval is given as 1/6 octave, the intermediate frequency of the wavelet coincides with the natural frequency. Since this method calculates from 5000Hz in descending order, the frequencies of 5000Hz, 2500Hz, 1250Hz, ... appear in the frequency of the wavelet and the natural frequency when analyzing the shock response spectrum, and not exactly 20Hz. On the other hand, if you calculate six frequencies per octave in ascending order from 20 Hz to around 5000 Hz, frequencies such as 20 Hz, 40 Hz, 80 Hz, ... will appear as natural frequencies in the wavelet's intermediate frequency and shock response spectrum analysis It is not. Since the frequency range is 5000 Hz in the test standard of FIG. 2, the method of setting the number N of half waves allocates the longest impact duration 0.16 seconds that can be provided by the control system 1 of FIG. The maximum number of half-waves that can be set is set. However, if the number of half-waves increases to some extent, the increase rate of amplification is slowed down, so it is limited to a maximum of 31.The initial amplitude, the intermediate frequency, the number of half-waves, and the initial amplitude of each wavelet The polarity setting method is the same as that proposed in the paper.
그러나, 지상장비의 성능시험 및 항공장비의 충돌위험 시험규격과 지상장비의 충돌위험 시험규격에 관하여 상기 논문에서 제안한 방법에서는 모든 웨이브레트에지연시간을 0으로 설정하였는 바, 이는 46개의 웨이브레트중에서 중간주파수가 낮은 15개 정도의 웨이브레트들의 중첩으로 인하여 합성파형의 첨두치가 결정되기 때문에 그 이외의 웨이브레트들의 지연시간을 0으로 설정하여도 합성파형의 첨두치에는 큰 영향을 주지않으며, 중간주파수가 낮은 웨이브레트들은 충격지속시간의 대부분에 걸쳐서 존재하기 때문에 변경이 가능한 지연시간도 제한을 받았다.However, the method proposed in the above paper on the performance test of the ground equipment, the collision risk test specification of the aviation equipment and the collision risk test specification of the ground equipment set all wavelet delay times to 0, out of 46 wavelets. Since the peak value of the synthesized waveform is determined by the superposition of 15 wavelets with a low intermediate frequency, setting the delay time of other wavelets to 0 does not affect the peak value of the synthesized waveform. The lower wavelets exist over most of the impact duration, so the changeable delay time is also limited.
이에 대하여, 도 2의 시험규격에서는 낮은 고유진동수의 충격반응 스펙트럼의 가속도 값은 고유진동수가 높은 충격반응 스펙트럼의 가속도 값에 비하여 훨씬 작으므로 49개의 웨이브레트중에서 중간주파수가 낮은 15개 정도의 웨이브레트들의 중첩은 충격파형의 첨두치에 영향을 주지 못하고, 중간주파수가 높은 웨이브레트들에 의하여 충격파형의 첨두치가 결정되는 바, 도 2의 시험규격에 전술한 2종류의 시험규격에 대한 지연시간의 설정방법을 적용하는 것은 부적합하였다.In contrast, in the test standard of FIG. 2, the acceleration value of the low frequency shock response spectrum is much smaller than the acceleration value of the high frequency response response spectrum, and thus, among the 49 wavelets, about 15 wavelets having a lower intermediate frequency are used. These superpositions do not affect the peak value of the shock waveform, and the peak value of the shock waveform is determined by wavelets having a high intermediate frequency, and thus the delay time of the two types of test standards described in the test standard of FIG. Applying the setting method was not appropriate.
도 6은 도 2의 시험규격에 대하여 논문에서 제안한 방법에 의하여 합성한 파형을 나타내었고, 도 7은 상기 파형의 충격반응 스펙트럼을 도시한 것으로서, 본 발명자의 논문에서 제안된 방법에 의해 합성한 충격파형의 첨두치는 288.5G 이었으며, 넬슨의 방법에 의하여 합성된 충격파형의 첨두치는 500.8G이었다.Figure 6 shows the waveform synthesized by the method proposed in the paper for the test standard of Figure 2, Figure 7 shows the impact response spectrum of the waveform, the impact synthesized by the method proposed in the paper of the present inventors The peak value of the waveform was 288.5G, and the peak value of the shock waveform synthesized by Nelson's method was 500.8G.
따라서 상기 넬슨의 방법으로는 충격파형의 첨두치가 400G이상이 되어 상용화된 가진기에서 허용하는 가속도를 만족할 수 있는 충격파형의 합성이 불가능하며, 본 발명자의 논문에서 제안한 방법으로 합성한 충격파형도 국내에서 상용되고 있는 가진기에 적용하기에는 충격파형의 첨두치가 크다는 문제점이 있었다.Therefore, with Nelson's method, it is impossible to synthesize shock waveforms that can satisfy the accelerations allowed by commercial exciters since the peak value of shock waveforms is more than 400G, and the shock waveforms synthesized by the method proposed by the present inventors are also domestic. There is a problem that the peak of the shock wave is large to apply to the exciter that is commonly used in the.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 충격반응 스펙트럼시험을 수행하기 위한 충격파형 가속도의 첨두치를 약 200G 정도에서 합성하여 국내의 상용화된 가진기에서 충격반응 스펙트럼시험을 수행할 수 있는 충격파형의 합성방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to synthesize the peak of the shock wave acceleration for about 200G to perform the shock response spectrum test in the domestic commercially available exciter The present invention provides a method for synthesizing a shock waveform capable of performing a shock response spectrum test.
도 1은 충격반응 스펙트럼시험을 수행하기 위한 가진기 체계를 나타내는 개략도.1 is a schematic diagram illustrating an exciter system for performing an impact response spectral test.
도 2는 20Hz ~ 5000Hz 범위의 고유진동수를 갖는 충격반응 스펙트럼 시험규격을 나타낸 도표.Figure 2 is a chart showing the impact response spectrum test specification having a natural frequency in the range of 20Hz to 5000Hz.
도 3은 f0=250Hz, A0=1, N=31인 웨이브레트를 나타낸 도표.3 is a diagram showing a wavelet with f 0 = 250 Hz, A 0 = 1, N = 31.
도 4는 도 3의 웨이브레트가 250Hz의 고유진동수를 갖는 1자유도 시스템에 인가될 때를 나타낸 도표.FIG. 4 is a diagram showing when the wavelet of FIG. 3 is applied to a single degree of freedom system having a natural frequency of 250 Hz. FIG.
도 5는 도 3의 웨이브레트에 의한 충격반응 스펙트럼을 나타낸 도표.FIG. 5 is a graph showing an impact response spectrum by the wavelet of FIG. 3. FIG.
도 6은 종래의 방법으로 합성한 파형을 나타낸 도표.6 is a table showing waveforms synthesized by a conventional method.
도 7은 도 6의 충격반응 스펙트럼을 나타낸 도표.7 is a graph showing the impact response spectrum of FIG.
도 8은 본 발명의 방법으로 합성한 파형을 나타낸 도표.8 is a diagram showing waveforms synthesized by the method of the present invention.
도 9는 도 8의 충격반응 스펙트럼을 나타낸 도표.9 is a chart showing the impact response spectrum of FIG.
도 10은 넬슨의 방법으로 제어시스템에서 자동으로 합성한 파형으로서 모의실험으로 얻은 파형을 나타낸 도표.FIG. 10 is a graph showing waveforms obtained by simulation as waveforms automatically synthesized in a control system by Nelson's method. FIG.
도 11은 도 10의 충격반응 스펙트럼을 나타낸 도표.FIG. 11 is a chart showing an impact response spectrum of FIG. 10. FIG.
도 12는 본 발명의 방법으로 제어시스템에서 모의실험하여 얻은 파형을 나타낸 도표.12 is a diagram showing waveforms obtained by simulation in a control system by the method of the present invention.
도 13은 도 12의 충격반응 스펙트럼을 나타낸 도표.FIG. 13 is a graph showing an impact response spectrum of FIG. 12. FIG.
〈 도면의 주요부분에 대한 부호설명〉<Code Description of Major Parts of Drawings>
1 : 제어시스템 2 : 증폭기1: control system 2: amplifier
3 : 가진기 4 : 가속도계3: Exciter 4: Accelerometer
5 : 치구 6 : 시험물5: jig 6: test object
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 충격파형의 합성방법은 20Hz~5000Hz 범위의 고유진동수를 갖는 장비 등의 충격반응 스펙트럼 시험규격에서 충격파형을 합성하는 방법에 있어서, 상기 웨이브레트의 지연시간이 설정된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, the synthesis method of the shock wave is a method for synthesizing the shock wave in the shock response spectrum test standard, such as equipment having a natural frequency in the range of 20Hz to 5000Hz, the delay time of the wavelet is set It is characterized by.
이하에서는 상기 도 2의 시험규격에 대하여 충격파형의 첨두치가 약 200G정도에서 합성할 수 있는 본 발명의 합성방법에 대하여 설명하고자 한다.Hereinafter will be described the synthesis method of the present invention that can be synthesized in the peak of the impact waveform about 200G with respect to the test standard of FIG.
상기 도 2의 시험규격에 대하여 20 ~ 5000Hz 범위의 고유진동수를 갖는 인공위성에 탑재될 장비 등의 충격반응 스펙트럼시험을 수행하기 위한 충격파형의 합성에서, 본 발명의 지연시간 설정방법은 중간주파수를 3구간으로 나누어 중간주파수가 낮은 구간을 첫번째 구간, 중간주파수가 높은 구간을 세번째 구간, 그 사이의 구간을 두번째 구간이라 할때, 첫번째 구간의 웨이브레트들에서 시작점이 같게 지연시간을 설정하고, 두번째 구간의 웨이브레트들에서 끝점이 같게 지연시간을 설정하며, 세번째 구간의 웨이브레트들에서 지속시간을 연속적으로 합하여 지연시간을 설정하는 것을 특징으로 한다. 여기서 웨이브레트의 중간주파수를 올림차순으로 정렬하여 k번째 웨이브레트를 gk(t)(단, δk t(Nk/2fk+δk))로 놓으면 k번째 웨이브레트의시작점은 t=δk이고 gk(δk)=0인 점을 말하며, 끝점은 t=Nk/2fk+δk이고 gk(Nk/2fk+δk)=0인 점을 말하고, 지속시간 Dk는 Dk=Nk/2fk을말한다.In the synthesis of the shock waveform for performing a shock response spectrum test, such as equipment to be mounted on a satellite having a natural frequency in the range of 20 ~ 5000Hz with respect to the test standard of Figure 2, the delay time setting method of the present invention When the interval is divided into intervals, and the interval with the low intermediate frequency is the first interval, the interval with the intermediate frequency is the third interval, and the interval between them is called the second interval, the delay time is set to the same starting point in the wavelets of the first interval, and the second interval. The delay time is set to be the same in the wavelets of the end points, and the delay time is set by continuously adding the durations in the wavelets of the third section. Here, the intermediate frequency of the wavelet is sorted in ascending order and the kth wavelet is g k (t) (where δ k t (N k / 2f k + δ k )), the start point of the kth wavelet is t = δ k and g k (δ k ) = 0, and the end point is t = N k / 2f k + δ k And g k (N k / 2f k + δ k ) = 0, and the duration D k refers to D k = N k / 2f k .
도 1의 제어시스템(1)에서 할당 가능한 충격지속시간을 DT라 하고, k번째 웨이브레트에서 중간주파수를 fk, 반파의 개수를 Nk로 놓고, 웨이브레트의 전체개수를 M이라 할때,을 만족하는 m의 집합에서 최소값을 ma라 하면, k번째 웨이브레트의 지연시간 δk는When the shock duration that can be assigned in the control system 1 of FIG. 1 is DT, the intermediate frequency is f k , the number of half waves is N k in the kth wavelet, and the total number of wavelets is M, If the minimum value is m a in the set of m satisfying, the delay time δ k of the k th wavelet is
1kma-4 일때, δk=0이며,One k when m a -4, δ k = 0,
ma-3kma일때, δk=(DT-0.00002)-Dk이고,m a -3 k when m a , δ k = (DT-0.00002) -D k ,
ma+1kM 일때, δk=δk-1+Dk(여기서 k=ma+1일때, δk-1=0)이다.m a +1 k At M, δ k = δ k-1 + D k (where k = m a +1, δ k-1 = 0).
여기서, 1kma-4 을 첫번째 구간이라 하며, ma-3kma를 두번째 구간이라 하고, ma+1kM 을 세번째 구간이라 한다.Where 1 k m a -4 is called the first interval and m a -3 k m a is called the second interval, and m a +1 k M is called the third interval.
웨이브레트의 중간주파수를 올림차순으로 정렬하였으므로 첫번째 구간의 중간주파수가 두번째 구간의 중간주파수보다 낮으며, 두번째 구간의 중간주파수가 세번째 구간의 중간주파수보다 낮다.을 만족하는 m의 집합에서 최소값인 ma는 가장 높은 중간주파수를 갖는 웨이브레트로 부터 내림차순으로 Dk를 합하여 그 합이 DT보다 커지는 k가 처음으로 나타난 k의 값에 1을 더한 것이다. 첫번째 구간에서 δk=0은 시작점이 같게 지연시간이 설정되고, 두번째 구간에서 δk=(DT-0.00002)-Dk는 끝점이 같게 지연시간이 설정되며, 세번째 구간에서 δk=δk-1+Dk( 여기서 k=ma+1일때, δk-1=0)은 지속시간을 연속적으로 합하여 지연시간이 설정된 것이다. 여기서, 구간의 경계(특징이 다른 웨이브레트의 중간주파수의 경계)는 도 2의 시험규격을 만족하면서 합성된 충격파형의 첨두치가 작은 파형을 합성하기 위하여 시행착오의 방법으로 찾은 것이다.Since the intermediate frequencies of the wavelets are arranged in ascending order, the intermediate frequency of the first section is lower than the intermediate frequency of the second section, and the intermediate frequency of the second section is lower than the intermediate frequency of the third section. The minimum value of m a in the set of m satisfying is the sum of D k in descending order from the wavelet with the highest intermediate frequency, and the sum of k whose first sum is greater than DT is 1 plus k. In the first section, δ k = 0, the delay time is set to the same starting point.In the second section, δ k = (DT-0.00002) -D k , the delay time is set to the same end point, and in the third section, δ k = δ k- 1 + D k (where k = m a +1, δ k-1 = 0) is the delay time set by successively adding up the durations. Here, the boundary of the section (the boundary of the intermediate frequency of the wavelet having different characteristics) is found by trial and error in order to synthesize a waveform having a small peak value of the synthesized shock waveform while satisfying the test standard of FIG. 2.
세번째 구간에서 δk=δk-1+Dk-1(여기서 k=ma+1일때, δk-1=0, Dk-1=0))이 아니고, δk=δk-1+Dk(여기서 k=ma+1일때, δk-1=0)인 것은 이 방법에 의한 합성파형의 첨두치가 더 작았기 때문이다. 전자는 k=ma+1인 웨이브레트의 시작점이 t=0에서 발생하며 이후 k-1번째 웨이브레트의 끝점과 k번째 웨이브레트의 시작점이 같은 특징이 있지만, 후자의 경우는 k=ma+1인 웨이브레트의 시작점이 t=Dk에서 발생하며 Dk-1대신에 Dk로 치환되었기 때문에 이후 k-1번째 웨이브레트의 끝점과 k번째 웨이브레트의 시작점이 같은 것은 아니다. 그러나 후자의 경우에 세번째 구간에서 ma+1번째 웨이브레트의 지연시간은 그 자신의 지속시간과 같고 이후 지연시간은 앞의 지연시간에 자신의 지속시간을 더한 것이다. 따라서 지속시간을 연속적으로 합하여 지연시간을 설정하는 특징을 갖는다. 그리고, 두번째 구간에서 δk=DT-Dk가 아니고 δk=(DT-0.00002)-Dk인 이유 즉, 끝점이 t=DT에서 나타나는 것이 아니고 t=(DT-0.00002)에서 나타나게지연시간을 설정한 배경은 본 발명에서 합성한 충격파형의 매개변수인 중간주파수, 반파의 개수, 지연시간, 진폭의 극성 및 크기를 실제 도 1의 제어시스템(1)에 적용할 때 생길 수 있는 매개변수 값의 유효숫자를 감안한 것이다. 그러므로 합성파형 x(t)가 (DT-0.00002)<tDT의 범위에서 정의가 되지 않게 되는 데, 이 범위에서 x(t)=0으로 놓으면 된다.Δ k = δ k-1 at the next interval + D k-1 (where k = m +1 when a, δ k-1 = 0, D k-1 = 0)) is not, δ k = δ k-1 The reason + D k (where k = m a +1, δ k-1 = 0) is due to the smaller peak value of the synthesized waveform by this method. The former is a m k = +1, and the starting point of the wave inlet occurs at t = 0, but after the k-1 as the end point and the starting point of the k-th wave inlet of the second inlet wave characteristics, and the latter is a k = m +1 is not the same since the starting point of the end point and the k-th wave inlet of the k-1-th wave inlet because the starting point of the wave generated in the inlet t = D k and D k has been replaced by, instead of D k-1. In the latter case, however, the delay time of the m a +1 wavelet in the third section is equal to its own duration, and the subsequent delay time is the previous delay plus its own duration. Therefore, the delay time is set by continuously adding up the durations. In the second section, the delay time is not δ k = DT-D k but δ k = (DT-0.00002) -D k , that is, the endpoint does not appear at t = DT but at t = (DT-0.00002). The set background is a parameter value that can be generated when the intermediate frequency, the number of half-waves, the delay time, the polarity and the amplitude of the shock waveforms synthesized in the present invention are actually applied to the control system 1 of FIG. It takes into account the significant digits of. Therefore, the composite waveform x (t) is (DT-0.00002) <t It is not defined in the range of DT, but you can set x (t) = 0 in this range.
상기와 같이 각각의 웨이브레트에 대한 중간주파수, 반파의 개수, 초기 진폭의 극성 및 크기, 지연시간이 설정되었으므로 각각의 웨이브레트에 대한 진폭을 조절하는 방법을 설명하면 다음과 같다.As described above, since the intermediate frequency, the number of half-waves, the polarity and magnitude of the initial amplitude, and the delay time for each wavelet are set, the method for adjusting the amplitude for each wavelet is as follows.
상기 방법은 논문에서 제안된 방법과 크게 다르지 않다. 도 2의 시험규격에서 요구한 k번째 고유진동수에 대한 충격반응을 Rk라 하며, i번째 합성한 충격파형에서 k번째 웨이브레트의 진폭을 Ak i라 하고, k번째 고유진동수에 대한 충격반응을 Sk i라 하면 Ak i+1= Ak iㆍRk/Sk i을 반복하여 시험규격의 충격반응 스펙트럼을 만족하는 충격파형을 합성한다. 본 발명에서는 10회 반복하여 진폭을 조절하였으며, 도 2의 시험규격에서 합성파형의 첨두치가 웨이브레트의 중간주파수가 낮은 웨이브레트들의 중첩에 의하여 크게 좌우되지 않으므로, 논문에서 제안한 방법과 같이 작은 첨두치의 충격파형을 합성하기 위하여 웨이브레트의 중간주파수가 작은 것부터 15개의 웨이브레트에 대하여 초기극성을 바꾸어 반복하는 과정은 적용하지 않는다.The method is not very different from the method proposed in the paper. The shock response for the k th natural frequency required by the test standard of FIG. 2 is referred to as R k , and the amplitude of the k th wavelet in the i th synthesized shock waveform is A k i , and the shock response to the k th natural frequency. If S k i , A k i + 1 = A k i ㆍ R k / S k i is repeated to synthesize the shock waveform satisfying the impact response spectrum of the test standard. In the present invention, the amplitude was adjusted 10 times, and the peak value of the synthesized waveform in the test standard of FIG. 2 was not greatly influenced by the overlapping of the wavelets having a low intermediate frequency of the wavelets. In order to synthesize the shock waveform, the process of repeating the initial polarity for the 15 wavelets from the low frequency of the wavelet is not applied.
도 8은 도 2의 시험규격에 대하여 상기 본 발명의 방법에 의하여 합성한 파형으로 가속도의 첨두치가 193.9G, 속도의 첨두치가 32.6인치/초, 변위의 첨두치가 0.188인치이며, 도 9는 상기 파형의 충격반응 스펙트럼을 도시하였다. 이를 종래기술과 비교하면 도 6과 도 8의 파형의 속도와 변위의 첨두치는 상용의 가진기에서 허용하는 범위에 있으며, 상기 도 7과 도 9의 충격반응 스펙트럼은 도 2의 시험규격을 만족하지만, 본 발명의 방법에 의하여 합성한 충격파형의 첨두치가 훨씬 작은 값을 갖는다.8 is a waveform synthesized by the method of the present invention with respect to the test standard of FIG. 2, the peak value of the acceleration is 193.9G, the peak value of the speed is 32.6 inches / second, the peak value of the displacement is 0.188 inches, Figure 9 is the waveform The impact response spectrum of is shown. Compared with the prior art, the peak and velocity peaks of the waveforms of FIGS. 6 and 8 are within a range allowed by a commercial exciter, and the impact response spectra of FIGS. 7 and 9 satisfy the test standard of FIG. , The peak value of the shock waveform synthesized by the method of the present invention has a much smaller value.
한편, 상기 도 1에서 제어시스템(1) 부분의 점선은 제어시스템(1)의 구동신호를 증폭기(2)에 보내지 않고 직접 제어시스템(1)의 입력에 연결하여 구동신호와 입력신호가 같은 것으로서 이를 모의실험이라 한다. 이는 가진기 시스템에서 진동시험 혹은 충격반응 스펙트럼시험을 수행하기 이전에 제어시스템(1)을 점검하기 위한 실험으로서 제어시스템(1)에서 생성하는 구동신호를 측정하고 분석할 수 있다.Meanwhile, in FIG. 1, the dotted line of the control system 1 is connected to the input of the control system 1 directly without sending the drive signal of the control system 1 to the amplifier 2, so that the drive signal and the input signal are the same. This is called simulation. This is an experiment for checking the control system 1 before performing the vibration test or the shock response spectrum test in the exciter system, and can measure and analyze the driving signal generated by the control system 1.
상기 충격반응 스펙트럼시험을 수행하기 위한 제어시스템의 응용프로그램은 시험규격의 파형을 입력하면 시스템에서 자동으로 파형을 합성할 수 있는 방법과 수동으로 사용자가 웨이브레트의 매개변수를 수정하면 응용프로그램에서 진폭을 조절하여 파형을 합성하는 방법 그리고 사용자가 진폭을 포함한 웨이브레트의 모든 매개변수를 입력하면 그 파형을 합성하는 방법이 있다. 상기 시스템에서 자동으로 합성한 파형은 넬슨의 방법으로 합성한 파형이고, 상기 시스템에 사용자가 진폭을 포함한 웨이브레트의 모든 매개변수를 입력하면 본 발명에 의한 합성파형을 제어시스템에서 구현할 수 있다. 즉 본 발명에 의해 합성된 합성파형에서 웨이브레트의 매개변수 즉, 중간주파수, 반파의 개수, 진폭, 진폭의 극성, 지연시간을 제어시스템의 사용자가 입력하면 상기 합성파형을 제어시스템에서 구현할 수 있다.The application program of the control system for performing the impact response spectrum test is a method that can automatically synthesize the waveform when the waveform of the test specification is input and the amplitude in the application program when the user manually modifies the parameters of the wavelet. There is a method to synthesize the waveform by adjusting the value and to synthesize the waveform when the user inputs all the parameters of the wavelet including the amplitude. The waveform automatically synthesized in the system is a waveform synthesized by Nelson's method, and when the user inputs all parameters of the wavelet including the amplitude to the system, the synthesized waveform according to the present invention can be implemented in the control system. That is, when the user of the control system inputs the parameters of the wavelet, that is, the intermediate frequency, the number of half waves, the amplitude, the polarity of the amplitude, and the delay time in the synthesized waveform synthesized by the present invention, the synthesized waveform can be implemented in the control system. .
도 10은 도 2의 시험규격에 대하여 넬슨의 방법을 이용하여 제어시스템에서 자동으로 합성한 파형으로서 모의실험으로 얻은 파형의 예를 도시하였으며, 도 11은 그 충격반응 스펙트럼을 도시하였다. 넬슨의 방법은 웨이브레트의 매개변수를 설정할 때 랜덤하게 설정하는 매개변수가 있기 때문에 자동으로 충격파형을 합성할 때마다 모두 다른 파형이다.FIG. 10 shows examples of waveforms obtained by simulation as waveforms automatically synthesized by a control system using the Nelson method for the test standard of FIG. 2, and FIG. 11 shows the impact response spectrum. Nelson's method has randomly set parameters when setting parameters of the wavelet, so every time the shock waveform is automatically synthesized, they are all different waveforms.
도 12는 도 2의 시험규격에 대하여 본 발명의 방법을 이용하여 제어시스템에서 구현하고 모의실험하여 얻은 파형을 도시하였으며, 도 13은 그 충격반응 스펙트럼을 도시하였다. 도 10에서 가속도의 첨두치는 500.8G이고, 도 12에서 가속도의 첨두치는 202.6G이며, 속도의 첨두치와 변위의 첨두치는 모두 문제가 없다.FIG. 12 shows waveforms obtained by implementing and simulating in a control system using the method of the present invention with respect to the test standard of FIG. 2, and FIG. 13 shows its impact response spectrum. The peak of acceleration in FIG. 10 is 500.8G, the peak of acceleration in FIG. 12 is 202.6G, and the peak of velocity and the peak of displacement are not a problem.
따라서, 정현파 진동시험시 200G를 허용하는 가진기는 충격시험시 첨두가속도가 정현파 진동시험시의 1.5 ~ 2.0배 허용하거나 혹은 정현파 진동시험시에 비해 조금 더 허용하므로, 상기 가속도의 첨두치가 500.8G인 충격파형은 상용화된 가진기로는 가진기의 허용범위를 벗어나지만, 본 발명의 방법에 의하여 합성한 충격파형은 충격반응 스펙트럼시험이 가능하다.Therefore, the exciter that allows 200G in the sine wave vibration test allows the peak acceleration in the impact test to 1.5 to 2.0 times the sinusoidal vibration test or slightly more than in the sine wave vibration test, so that the peak value of the acceleration is 500.8G. Although the waveform is outside the allowable range of the exciter with a commercially available exciter, the shock waveform synthesized by the method of the present invention can be subjected to an impact response spectrum test.
상기 충격반응 스펙트럼시험을 수행하는 가진기는 허용하는 힘의 제한으로 인하여 가속도의 첨두치가 작을수록 질량이 큰 장비 등에 대하여도 시험이 가능하므로, 상기 본 발명에 의한 합성파형과 같이 충격반응 스펙트럼 시험규격을 만족하면서 가속도의 첨두치가 작을수록 효율적인 충격시험을 수행할 수 있다.The exciter performing the impact response spectral test can be tested on equipment with a larger mass as the peak value of acceleration decreases due to the limitation of the allowable force, and thus the impact response spectral test standard is similar to the synthetic waveform according to the present invention. Satisfaction, the smaller the peak of acceleration, the more efficient the impact test can be.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명인 충격반응 스펙트럼시험에서 충격파형을 합성하는 방법은 작은 값의 첨두치를 갖는 충격파형을 합성하여 상용화된 가진기에서 충격반응 스펙트럼시험을 수행할 수 있도록 하며, 인공위성 분야에서 유용하게 활용되는 효과가 있다.As described above, the method of synthesizing the shock waveform in the impact response spectrum test of the present invention is to synthesize the shock waveform having a small peak value to perform the shock response spectrum test in commercially available excitation, in the field of satellite There is a useful effect.
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