RU2469289C1 - Aircraft wing strength control device - Google Patents
Aircraft wing strength control device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469289C1 RU2469289C1 RU2011129001/28A RU2011129001A RU2469289C1 RU 2469289 C1 RU2469289 C1 RU 2469289C1 RU 2011129001/28 A RU2011129001/28 A RU 2011129001/28A RU 2011129001 A RU2011129001 A RU 2011129001A RU 2469289 C1 RU2469289 C1 RU 2469289C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- inputs
- control device
- address
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для исследования прочностных свойств конструкций, в частности крыла воздушного судна, и может быть использовано для контроля его прочности путем замера вибраций консоли крыла непосредственно в полете.The invention relates to devices for studying the strength properties of structures, in particular, aircraft wings, and can be used to control its strength by measuring the vibration of the wing console directly in flight.
Известен виброметр скорости ИВ-200, который обеспечивает непрерывный контроль скорости вибрации двигателя и выдает сигналы о повышенной и опасной вибрации в случаях превышения ее значения выше установленной нормы [Воробьев В.Г. и др. Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы. Учебник для вузов / В.Г Воробьев. - М.: Транспорт, 1992. - С.104-108] [1].Known vibration meter IV-200, which provides continuous monitoring of the vibration speed of the engine and gives signals of increased and dangerous vibration in cases when its value is exceeded above the established norm [Vorobev V.G. etc. Aviation devices, information-measuring systems and complexes. Textbook for high schools / V.G. Vorobyov. - M .: Transport, 1992. - P.104-108] [1].
Главным недостатком его применения является то, что в зависимости от модификации ИВ-200 измеряет либо уровень вибрации, либо скорость вибрации опор роторной машины. Изменение этих показателей является признаком отказа авиадвигателя и предшествует его разрушению.The main disadvantage of its application is that, depending on the modification, the IV-200 measures either the level of vibration or the vibration speed of the bearings of the rotor machine. A change in these indicators is a sign of aircraft engine failure and precedes its destruction.
Прочность крыла невозможно оценивать через показатель скорости вибрации, так как даже при снижении жесткости крыла до критического значения скорость вибрации зависит только от внешних возмущающих факторов. Кроме того, ИВ-200 решает задачу контроля авиадвигателя в полете, тогда как на основе оценки жесткости крыла должна решаться задача о возможности допуска воздушного судна в очередной полет. Таким образом, алгоритм работы, на котором основан ИВ-200, не позволяет решить задачу по оценке жесткости крыла.The strength of the wing cannot be estimated through an indicator of the speed of vibration, since even when the stiffness of the wing decreases to a critical value, the speed of vibration depends only on external disturbing factors. In addition, the IV-200 solves the problem of controlling an aircraft engine in flight, while based on the assessment of wing stiffness, the problem of the possibility of allowing the aircraft to enter the next flight should be solved. Thus, the operation algorithm on which the IV-200 is based does not allow solving the problem of assessing wing stiffness.
Наиболее близким решением к предлагаемому является система контроля прочностных свойств крыла летательного аппарата, предназначенная для измерения колебаний на концах левого и правого крыла [Система контроля прочностных свойств крыла ЛА. Кашковский В.В., Устинов В.В. Полуэктов С.П. Желтухин С.Н. Патент РФ №2348916, от 10.03.2009] [2].The closest solution to the proposed is a control system of the strength properties of the wing of the aircraft, designed to measure vibrations at the ends of the left and right wings [Control system of the strength properties of the wing of the aircraft. Kashkovsky V.V., Ustinov V.V. Poluektov S.P. Zheltukhin S.N. RF patent No. 2348916, dated 10.03.2009] [2].
Для этого было предложено установить два дополнительных акселерометра, которые позволяют записать на участке полета от t1 до t1+Тоц, для последующей обработки на земле двух сигналов ускорения, соответственно левого и правого крыла:For this, it was proposed to install two additional accelerometers that allow recording on the flight site from t 1 to t 1 + T sc , for subsequent processing on the ground of two acceleration signals, respectively, of the left and right wing:
и , and ,
где Т - период дискретизации; Тоц - продолжительность работы устройства записи;where T is the sampling period; T sc - the duration of the recording device;
- число точек измерения. - the number of measurement points.
На фиг.1 представлена блок-схема прототипа системы записи сигналов с сумматора 9 и с сумматора 10, в запоминающие устройства 11 и 12; на фиг.2 - схема устройства управления.Figure 1 presents a block diagram of a prototype signal recording system from
Система включает в себя три датчика вибраций 1, 2 и 3, коммутатор аналоговых сигналов 4 для подключения датчиков к аналогово-цифровому преобразователю, аналогово-цифровой преобразователь 5, три параллельных регистра 6, 7 и 8, два сумматора 9 и 10, два оперативных запоминающих устройства 11 и 12, устройство управления 13 и счетчик модификации адреса 14.The system includes three
Датчики вибрации 1, 2 и 3 являются стандартными авиационными акселерометрами типа МП-95, применяемых в бортовых устройствах регистрации параметров полета типа Тестер У-3 и описаны в техническом описании этой системы и в литературе [1, 3].
Аналогово-цифровой преобразователь 4, регистры приема и передачи информации 6, 7, 8, сумматоры 9 и 10, запоминающие устройства 11 и 12 представляют собой серийные устройства и описаны в литературе [4].An analog-to-
Устройство управления 13 представлено на фиг.2 и состоит из генератора прямоугольных импульсов 18, двухразрядного счетчика 16 со схемой управления 15 и дешифратора 17.The
Коммутатор аналоговых сигналов 4 и генератор прямоугольных импульсов 18 - это типовые устройства, применяемые в микропроцессорной технике и, в частности, в бортовых устройствах регистрации типа Тестер У-3 [4, 5]. Прямоугольные импульсы генератора 18 непрерывно поступают на счетчик 16 с момента подачи питания в устройство. Схема управления 15 реализована на типовых логических элементах И-НЕ [4]. По мере поступления импульсов счетчик 16 циклически выдает повторяющуюся последовательность кодовых комбинаций: 00, 01, 10 и 11 с момента запуска устройства в работу комбинацией сигналов «Шасси убраны» и «Закрылки убраны» или сигналом «Ручной запуск». Остановка счетчика 16 осуществляется сигналом переполнения счетчика модификации адреса - сигналом "Останов". В зависимости от текущего значения кодовой комбинации на выходе счетчика 16 с выхода дешифратора 17 в АЦП 5 поступает один из сигналов управления S1-S4. Счетчик и дешифратор это также типовые изделия, применяющиеся в электронной технике [4, 5].The
Счетчик модификации адреса 14 аналогичен счетчику 16 устройства управления и отличается только числом разрядов. Число разрядов счетчика модификации адреса 14 равно числу разрядов шины адресов запоминающих устройств 11 и 12.
Система для записи на борту показаний датчиков вибрации 1, 2, 3 работает только при наборе высоты и запускается в работу постоянными логическими сигналами "Шасси убраны", "Закрылки убраны". Система решает в цикле алгоритм и записывает результаты в запоминающие устройства 11 и 12 в дискретном виде с периодом Т. После заполнения запоминающих устройств 11, 12 проходит сигнал "Переполнение счетчика модификации адреса" и система останавливается. На земле происходит вычисление по приведенным в прототипе алгоритмам и определяется оценка Ωи1л и Ωи1п. Результаты оценки накапливаются по множеству в группе обслуживания средств объективного контроля для статистической оценки снижения жесткости крыла на изгиб в процессе эксплуатации. Перед полетом система приводится в готовность сигналом "Ручной сброс". Для проверки работоспособности на земле систему можно принудительно запустить в работу сигналом "Ручной запуск".The system for recording onboard readings of
В прототипе предполагается, что после полета данные запоминающих устройств 11 и 12 переписываются для последующей обработки в наземной ЭВМ. Современные пассажирские и транспортные самолеты выполняют постоянные или чартерные рейсы с многочисленными посадками на промежуточных аэродромах. При посадках на промежуточных аэродромах невозможно переписать информацию о жесткости крыла базу данных аэродрома базирования. Поэтому недостатком изобретения является невозможность контроля жесткости крыла вне базового аэродрома.The prototype assumes that after the flight, the data of the
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение достоверности контроля прочностных свойств крыла самолета вне базового аэродрома для предотвращения разрушения крыла в полете. Это достигается с помощью штатного оборудования самолета. В полете измеряется первый тон крыла для оценки жесткости на изгибные колебания и при достижении критического износа конструкции крыла обеспечивается предотвращение выпуска в полет самолета.The technical result of the proposed device is to increase the reliability of the control of the strength properties of the wing of the aircraft outside the base airfield to prevent the destruction of the wing in flight. This is achieved using standard aircraft equipment. In flight, the first wing tone is measured to assess bending stiffness and, when critical wear of the wing structure is achieved, the aircraft is prevented from flying.
Технический результат достигается тем, что в устройство контроля прочности крыла воздушного судна, содержащее три датчика вибраций, коммутатор аналоговых сигналов, аналого-цифровой преобразователь, три параллельных регистра, два сумматора, два оперативных запоминающих устройства, счетчик модификации адреса и устройство управления, причем датчики вибраций через коммутатор соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого непосредственно связан с первыми входами регистров, выход первого регистра связан с первым входом первого сумматора, выход третьего регистра - с первым входом второго сумматора, а выход второго регистра - со вторыми входами сумматоров, выходы которых подключены к первым входам запоминающих устройств, на вторые входы которых подключен счетчик модификации адреса, а на их третьи входы включен выход устройства управления, который одновременно подключен ко вторым входам регистров и аналого-цифрового преобразователя, а также к четвертому входу коммутатора, при этом три информационных входа устройства управления соединены с постоянными логическими элементами «Шасси убраны», «Закрылки убраны» и сигнала «Ручной запуск», а четвертый вход устройства управления соединен с выходом счетчика модификации адреса, дополнительно введены устройство управления счетчиком модификации адреса, микроЭВМ, блок буферных регистров и бортовое устройство регистрации параметров полета, причем на первый и второй входы микроЭВМ включены выходы запоминающих устройств, ее третий вход служит информационным входом команды «Запуск», а второй выход подключен ко второму входу устройства управления счетчиком модификации адреса, первый вход которого служит информационным входом команды «Ручной сброс», а третий вход соединен с третьими входами запоминающих устройств, чьи четвертые входы подключены к первому выходу устройства управления счетчиком модификации адреса, второй выход которого соединен со счетчиком модификации адреса.The technical result is achieved by the fact that in the device for controlling the strength of an aircraft wing, which contains three vibration sensors, an analog signal switch, an analog-to-digital converter, three parallel registers, two adders, two random access memory devices, an address modification counter and a control device, and vibration sensors through a switch connected to the first input of an analog-to-digital converter, the output of which is directly connected to the first inputs of the registers, the output of the first register is connected to the input of the first adder, the output of the third register with the first input of the second adder, and the output of the second register with the second inputs of the adders, the outputs of which are connected to the first inputs of the storage devices, the second inputs of which are connected to the counter of the address modification, and the output is turned on to their third inputs a control device that is simultaneously connected to the second inputs of the registers and the analog-to-digital converter, as well as to the fourth input of the switch, while the three information inputs of the control device are connected to by the logic elements “Chassis removed”, “Flaps removed” and the “Manual start” signal, and the fourth input of the control device is connected to the output of the address modification counter, an additional control device for the address modification counter, a microcomputer, a block of buffer registers and an on-board device for recording flight parameters are additionally introduced moreover, the outputs of the storage devices are included on the first and second inputs of the microcomputer, its third input serves as the information input of the Start command, and the second output is connected to the second input of the device controlling the address modification counter, the first input of which serves as the information input of the Manual Reset command, and the third input is connected to the third inputs of the storage devices, whose fourth inputs are connected to the first output of the address modification counter control device, the second output of which is connected to the address modification counter.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг.3 и на фиг.2, отображающей структуру устройства управления 13. На чертежах приняты следующие обозначения:The essence of the invention is illustrated by the drawings presented in figure 3 and figure 2, showing the structure of the
1, 2, 3 - датчики вибраций;1, 2, 3 - vibration sensors;
4 - коммутатор аналоговых сигналов;4 - switch analog signals;
5 - аналогово-цифровой преобразователь;5 - analog-to-digital Converter;
6, 7, 8 - три параллельных регистра;6, 7, 8 - three parallel registers;
9, 10 - два сумматора;9, 10 - two adders;
11, 12 - два оперативных запоминающих устройства;11, 12 - two random access memory devices;
13 - устройство управления;13 - control device;
14 - счетчик модификации адреса;14 - counter modification address;
15 - схема управления;15 is a control diagram;
16 - двухразрядный счетчик;16 - two-digit counter;
17 - дешифратор;17 - decoder;
18 - генератор прямоугольных импульсов;18 - generator of rectangular pulses;
19 - устройство управления счетчиком модификации адреса;19 is a control device counter address modification;
20 - микроЭВМ;20 - microcomputer;
21 - блок буферных регистров;21 - block buffer registers;
22 - бортовое устройство регистрации параметров полета.22 - on-board device for recording flight parameters.
Работа заявляемого устройства в полете не отличается от работы устройства-прототипа.The operation of the inventive device in flight does not differ from the operation of the prototype device.
На земле по команде «Запуск» запускается программа в специализированной микроЭВМ 20.On the ground, on the basis of the “Start” command, a program is launched in a
После начала работы микроЭВМ 20 программно подает сигнал «Сброс» на устройство управления счетчиком модификации адреса 19. По этому сигналу происходит сброс счетчика модификации адреса 19 в начальное значение k=0.After the start of operation, the
По начальному адресу счетчика модификации адреса 19 запоминающие устройства 11 и 12 выбирают первое значение измеренных сигналов и .At the start address of the
Программно измеренные сигналы и одно за другим считываются в микроЭВМ 20 для обработки по алгоритмам, приведенным в формулах 1-13.Software Measured Signals and one after another are read in the
Программно с микроЭВМ 20 подается сигнал S1, по заднему фронту которого происходит модификация адреса в счетчике 14 (код адреса увеличивается k=k+1).A signal S1 is supplied from the
Запоминающие устройства 11 и 12 выбирают значения измеренных сигналов и по адресу k=1.
Программно измеренные сигналы и одно за другим считываются в микроЭВМ 20 для обработки по заданным алгоритмам (формулы 1-13).Software Measured Signals and one after the other are read in the
После этого цикл считывания повторяется до завершения обработки информации при k=N.After this, the reading cycle is repeated until the processing of information at k = N is completed.
Значения частоты собственных колебаний Ωи1л и Ωи1п, вычисленные в микроЭВМ 20, записываются в блок буферных регистров 21.The values of the frequency of natural vibrations Ω and 1l and Ω and 1n , calculated in the
Из блока буферных регистров 21 значения Ωи1л и Ωи1п записываются в бортовой регистратор 22 для накопления.From the block of buffer registers 21, the values of Ω and 1l and Ω and 1p are recorded in the on-board recorder 22 for accumulation.
На земле накопленные значения Ωи1л и Ωи1п из бортового регистратора 22 переписываются в базу данных самолета, которая может быть реализована на наземных устройствах обработки полетной информации типа «Топаз».On the ground, the accumulated values of Ω u1l and Ω u1p from the on-board recorder 22 are transferred to the aircraft database, which can be implemented on ground-based flight information processing devices of the “Topaz” type.
МикроЭВМ 20 может быть реализована на различной элементной базе. В качестве примера рассмотрим микроЭВМ на базе микропроцессорного комплекта интегральных схем серии КР580. Данная микроЭВМ строится по модульному принципу. Типовая принципиальная электрическая схема микропроцессорной системы на базе микросхем данной серии показана в [5]. Поскольку микроЭВМ 20 предназначена для выполнения только одной специализированной программы расчета, ее конструкцию можно упростить, исключив узлы прямого доступа в память и прерываний. Структурная схема микроЭВМ показана на фиг.4.
В состав комплекта модулей, необходимых для построения микроЭВМ, входят [6]:The composition of the set of modules necessary for building a microcomputer includes [6]:
- модуль центрального процессора;- central processor module;
- модуль памяти, предназначенный для хранения данных и программ;- a memory module designed to store data and programs;
- модуль ввода-вывода, осуществляющего сопряжение микроЭВМ с внешними устройствами.- an input-output module for interfacing a microcomputer with external devices.
Все модули соединяются с помощью единой системы шин: шины данных (ШД), шины адреса (ША) и шины управления (ШУ).All modules are connected using a single bus system: data bus (ШД), address bus (ША) and control bus (ШУ).
Шина данных представляет собой двунаправленную шину, с помощью которой осуществляется обмен данными.The data bus is a bi-directional bus through which data is exchanged.
Шина адреса является однонаправленной шиной и используется для передачи адресов.The address bus is a unidirectional bus and is used to transmit addresses.
Шина управления, объединяющая определенное количество линий передачи сигналов управления, представляет собой шину, сигналы которой определяют режимы работы памяти и внешнего устройства. Дополнительно шина управления может выполнять функции выдачи сигналов разрешения прерывания и приема запросов прерываний, приема сигнала захвата шин и выдачи сигнала подтверждения захвата шин при организации прямого доступа к памяти и др.The control bus, combining a certain number of control signal transmission lines, is a bus whose signals determine the operating modes of the memory and external device. Additionally, the control bus can perform the functions of issuing interrupt enable signals and receiving interrupt requests, receiving a bus capture signal and issuing a bus capture confirmation signal for direct memory access, etc.
Модуль центрального процессора строится на основе микропроцессора. Для его работы необходимо дополнительно подключить внешние цепи формирования сигналов синхронизации и сигналов управления для сопряжения с системными шинами.The central processor module is based on a microprocessor. For its operation, it is necessary to additionally connect external circuits for generating synchronization signals and control signals for interfacing with system buses.
Схема синхронизации (генератор тактовых импульсов) обеспечивает формирование двух последовательностей тактовых импульсов с необходимыми временными и амплитудными параметрами, которые подаются на входы Ф1 и Ф2 микропроцессора, а также используются для стробирования внешних цепей;The synchronization circuit (clock generator) provides the formation of two sequences of clock pulses with the necessary time and amplitude parameters, which are fed to the inputs F1 and Ф2 of the microprocessor, and are also used for gating external circuits;
формирования сигнала «СБРОС», синхронизации сигналов готовности и др. В качестве тактового генератора используется специальная микросхема, входящая в состав микропроцессорного комплекта интегральных схем.generating a RESET signal, synchronization of ready signals, etc. As a clock generator, a special microcircuit is used, which is part of the microprocessor set of integrated circuits.
Согласование внутренних шин микропроцессора с системными шинами микроЭВМ обеспечивается шинными формирователем, входящим в состав микропроцессорного комплекта (МПК). Это необходимо для устойчивой работы всей системы, поскольку подключение модулей памяти и внешних устройств увеличивает нагрузку на внутренние шины и может снизить необходимые для работы уровни сигнала.Coordination of the internal tires of the microprocessor with the system buses of the microcomputer is provided by the bus driver, which is part of the microprocessor kit (MPC). This is necessary for the stable operation of the entire system, since the connection of memory modules and external devices increases the load on the internal buses and can reduce the signal levels necessary for operation.
Формирование сигналов управления обеспечивается специальным системным контроллером, входящим в состав МПК (КР580ВК28 [5]). Системный контроллер формирует сигналы управления на основе байта состояния, выдаваемого микропроцессором на шину данных в первом такте машинных циклов, и сигналов ЗП и ЧТ микропроцессора. Схема формирования управляющих сигналов системным контроллером показана на фиг.5.The formation of control signals is provided by a special system controller, which is part of the IPC (KR580VK28 [5]). The system controller generates control signals based on the status byte issued by the microprocessor to the data bus in the first cycle of machine cycles, and the RF and CT microprocessor signals. The scheme for generating control signals by the system controller is shown in FIG. 5.
По сигналу РПР байт состояния с шины данных записывается в регистр состояния системного контроллера. Код на выходе регистра состояния дешифрируется и используется для формирования управляющих сигналов (табл.1).According to the RPR signal, the status byte from the data bus is recorded in the status register of the system controller. The code at the output of the status register is decrypted and used to generate control signals (Table 1).
Инверсные сигналы , , и , как видно из схемы, формируются на основе сигналов с микропроцессора и схемы синхронизации. В формировании этих сигналов используются также значения таких разрядов байта состояния как «ВВОД», «ВЫВОД», «ППР», «ЧТП» и «» (см. табл.1). Сигнал ППР предназначен для разрешения ввода команды прерывания RSTn с шины данных, поступающий с модуля ввода-вывода.Inverse signals , , and , as can be seen from the circuit, are formed on the basis of signals from the microprocessor and the synchronization circuit. In the formation of these signals, the values of such bits of the status byte as “INPUT”, “OUTPUT”, “PPR”, “NTP”, and “ "(See table 1). The PPR signal is intended to allow the input of the RSTn interrupt command from the data bus coming from the input-output module.
Модуль памяти состоит из постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и оперативных запоминающих устройств (ОЗУ), для которых в микроЭВМ используется единое пространство адресов, разделенное на область адресов обращения к ПЗУ и область адресов обращения к ОЗУ.The memory module consists of read-only memory devices (ROM) and random access memory (RAM), for which the microcomputer uses a single address space, divided into the address area of access to the ROM and the address area of access to RAM.
Для построения модуля памяти используются микросхемы, не входящие в состав микропроцессорного комплекта интегральных схем, но имеющие общие с ним параметры входных и выходных сигналов.To build a memory module, microcircuits are used that are not part of the microprocessor set of integrated circuits, but have common input and output parameters with it.
Модуль ввода-вывода включает в себя группу портов ввода-вывода, представляющих собой либо регистры с логическими схемами управления, либо специальные интерфейсные устройства ввода-вывода в виде БИС, содержащих внутренние порты ввода-вывода. Каждое внешнее устройство подключается к одному или нескольким портам, и выборка внешнего устройства осуществляется путем выборки соответствующих портов.The input-output module includes a group of input-output ports, which are either registers with control logic circuits or special input-output interface devices in the form of LSIs containing internal input-output ports. Each external device is connected to one or more ports, and the external device is selected by selecting the corresponding ports.
С точки зрения центрального процессора память и порты ввода-вывода можно рассматривать как совокупность запоминающих ячеек с произвольным доступом. Микропроцессор выдает адрес памяти и порта ввода-вывода (ВВ) на общую шину адреса. Разделение адресов памяти и портов ввода-вывода в микроЭВМ может осуществляться двумя способами.From the point of view of the central processor, memory and input-output ports can be considered as a collection of random access memory cells. The microprocessor provides the address of the memory and input-output (BB) port on the shared address bus. Separation of memory addresses and input-output ports in a microcomputer can be done in two ways.
Первый способ состоит в раздельной адресации памяти и портов. Область адресов памяти в этом случае максимальная и определяется разрядностью адресного слова. При адресном слове, равном двум байтам (16 разрядов), объем адресуемой памяти составляет 64 кбайт. При раздельной адресации адресное слово в командах ввода-вывода составляет один байт (8 разрядов). В этом случае количество адресуемых портов ввода-вывода равно 256. Применение первого способа позволяет сохранить полный объем памяти, равный 64 кбайтам, но для обращения к внешним устройствам необходимо использовать только команды ввода-вывода IN port и OUT port. Полностью система команд микроЭВМ приведена в [6].The first way is to separately address memory and ports. The area of memory addresses in this case is maximum and is determined by the length of the address word. With an address word equal to two bytes (16 bits), the addressable memory is 64 kbytes. In case of separate addressing, the address word in I / O commands is one byte (8 bits). In this case, the number of addressable I / O ports is 256. Using the first method, you can save a total memory capacity of 64 kbytes, but to access external devices, you only need to use the I / O commands IN port and OUT port. A complete system of instructions for microcomputers is given in [6].
Второй способ заключается в использовании общего поля адресации памяти и портов ВВ. Это позволяет повысить гибкость и производительность системы, но при этом сокращается адресуемое пространство памяти.The second way is to use a common field for addressing memory and BB ports. This allows you to increase the flexibility and performance of the system, but it reduces the addressable memory space.
Разделения адресов к памяти и к портам ВВ осуществляется установкой в 0 или 1 разряда А15 на шине адреса и осуществляется сигналами чтения и записи. Кроме того, формируются раздельные сигналы чтения и записи содержимого ячеек памяти портов ввода-вывода. В этом случае порты ВВ рассматриваются как ячейки памяти в общем поле адресов. Если в разряде адреса A15=0, то адресуется память, если А15=1, то адресуется внешнее устройство. При таком способе адресации с общим полем адресов объем адресуемой памяти и портов ВВ составляет 32 кбайта каждый. Для адресации к памяти используется область адресов 0000-7FFF, а для адресации к портам - 1000-FFFF. Особенностью такого способа является возможность использования всех команд обращения к памяти для работы, с внешними устройствами.Separation of addresses to the memory and to the explosive ports is carried out by setting to 0 or 1 bit A15 on the address bus and is carried out by read and write signals. In addition, separate read and write signals are generated for the contents of the memory cells of the I / O ports. In this case, the explosive ports are considered as memory cells in the general address field. If the address category A15 = 0, then the memory is addressed, if A15 = 1, then the external device is addressed. With this method of addressing with a common address field, the amount of addressable memory and explosive ports is 32 kbytes each. The address area 0000-7FFF is used for addressing to memory, and 1000-FFFF is used for addressing to ports. A feature of this method is the ability to use all memory access commands to work with external devices.
Например, по команде MOV r, М можно ввести содержимое порта, косвенно адресуемого регистровой парой HL, в любой регистр микропроцессора. Если же используется команда IN port, то содержимое порта можно ввести только в регистр-аккумулятор А с последующей пересылкой командой MOV r1, r2 из регистра А в любой другой регистр.For example, using the MOV r, M command, you can enter the contents of a port indirectly addressed by a register pair HL into any microprocessor register. If the IN port command is used, then the contents of the port can only be entered into the accumulator register A, followed by the transfer by the MOV r1, r2 command from register A to any other register.
Используя команду MVI М, data8, можно непосредственно записать данные в любой косвенно адресуемый порт.Using the MVI M command, data8, you can directly write data to any indirectly addressed port.
По ряду соображений второй способ предпочтительнее. Так, например, при общей адресации имеется возможность выполнения арифметических и логических операций, над содержимым портов ВВ и аккумулятора, если при этом используются команды с косвенной адресацией к памяти. Например, при раздельной адресации для сложения содержимого порта и аккумулятора необходимо первоначально сохранить содержимое аккумулятора в каком-нибудь регистре (команда МОУ г, А), затем занести содержимое порта в аккумулятор (IN port) и выполнить команду сложения ADD г. При использовании общего поля адресации эту операцию можно выполнить командой ADD М.For a number of reasons, the second method is preferable. So, for example, with general addressing, it is possible to perform arithmetic and logical operations on the contents of the BB and battery ports, if commands with indirect addressing to memory are used. For example, in case of separate addressing, to add the contents of the port and the battery, it is first necessary to save the contents of the battery in some register (command MOA g, A), then enter the contents of the port into the battery (IN port) and execute the ADD addition command. When using the common field addressing this operation can be performed with the command ADD M.
В состав модуля ввода-вывода также включены:The I / O module also includes:
- различные схемы интерфейсов для сопряжения с внешними устройствами, обмен информацией с которыми осуществляется в параллельном или последовательном коде; в МПК для этих целей используются специальные БИС программируемых параллельных и последовательных интерфейсов;- various interface schemes for interfacing with external devices, the exchange of information with which is carried out in parallel or serial code; in IPC for these purposes special LSIs are used for programmable parallel and serial interfaces;
- БИС программируемого контроллера прерываний для приема и обработки запросов прерывании от внешних устройств и выработки сигнала приоритетного запроса (ЗПР), поступающего на вход микропроцессора;- LSI programmable interrupt controller for receiving and processing interrupt requests from external devices and generating a priority request signal (ZPR), received at the input of the microprocessor;
- БИС программируемого таймера для прерываний по времени;- LSI programmable timer for time interruptions;
- БИС программируемого контроллера прямого доступа к памяти для организации обмена данными между оперативной памятью и внешним устройством.- LSI programmable controller of direct access to memory for organizing the exchange of data between RAM and an external device.
В составе микроЭВМ предлагаемого устройства должно быть два модуля программируемых параллельных интерфейсов КР580ВВ55А [6]. Один для подключения запоминающих устройств 11 и 12, второй для подключения блока буферных регистров 21.The microcomputer of the proposed device should include two modules of programmable parallel interfaces КР580ВВ55А [6]. One for connecting
Структура соединения программируемого параллельного интерфейса с запоминающими устройствами 11 и 12 приведена на фиг.6.The connection structure of the programmable parallel interface with the
Структура соединения программируемого параллельного интерфейса с блоком буферных регистров 21 приведена на фиг.7.The connection structure of the programmable parallel interface with the block of buffer registers 21 is shown in Fig.7.
Программируемый параллельный интерфейс представляет собой многофункциональное устройство и применяется для двунаправленной передачи данных и сигналов управления между центральным процессором и внешними устройствами. Информация о готовности внешних устройств к обмену данными поступает в процессор, как правило, по сигналам прерывания. При обмене данными процессор может обращаться к внешним устройствам как к ячейкам памяти или как к устройствам ввода-вывода (УВВ).The programmable parallel interface is a multifunctional device and is used for bi-directional transmission of data and control signals between the central processor and external devices. Information about the readiness of external devices for data exchange enters the processor, usually by interrupt signals. When exchanging data, the processor can access external devices as memory cells or as input-output devices (I / O).
Программируемый параллельный интерфейс состоит из трех каналов обмена А, В и С, представляющих собой 8-разрядные порты ВВ с различными характеристиками. Направление обмена и режим работы каждого канала задаются программным путем. Каналы служат для передачи данных и управляющих сигналов. Упрощенно схему устройства можно рассматривать как совокупность регистров: регистра управления и трех регистров, предназначенных для ввода-вывода данных.The programmable parallel interface consists of three communication channels A, B, and C, which are 8-bit BB ports with different characteristics. The direction of exchange and the operation mode of each channel are set programmatically. Channels are used to transmit data and control signals. Simplified device diagram can be considered as a combination of registers: a control register and three registers designed for input-output data.
Схема на фиг.6 и 7 включает в себя следующие функциональные узлы:The circuit in FIGS. 6 and 7 includes the following functional units:
- буфер шины данных (БФД);- data bus buffer (BFD);
- узел управления чтением-записью;- read-write control node;
- порты В-В А, В и С.- ports B-B A, B and C.
Буфер шины, данных (БФД) предназначен для подключения внутренней шины данных к системной шине. Подключение осуществляется с помощью выводов D7, D6, D5, D4, D3, D2, D1, D0. Передача информации через БФД осуществляется по командам микропроцессора. При этом может передаваться информация трех видов: байты данных, управляющие слова и информация состояния.The bus, data buffer (BFD) is designed to connect the internal data bus to the system bus. Connection is made using the terminals D7, D6, D5, D4, D3, D2, D1, D0. Information is transmitted through the BFD by microprocessor commands. In this case, three types of information can be transmitted: data bytes, control words and status information.
Схема управления чтением-записью осуществляет управление всеми внутренними и внешними пересылками данных, управляющих слов и слов состояния. Управление происходит под воздействием сигналов, которые поступают на выводы управления и адресации схемы:The read-write control circuit manages all internal and external transfers of data, control words, and status words. The control occurs under the influence of signals that arrive at the control pins and the addressing circuit:
- вход, на который поступает сигнал низкого уровня выборки устройства; формируется на выходе системного дешифратора, при дешифрации разрядов А15-А2 адреса; - the input to which a signal of a low level sampling of the device; it is formed at the output of the system decoder, when deciphering bits A15-A2 addresses;
- вход сигнала низкого уровня, разрешающего передачу данных или слова состояния на системную шину данных; - input signal low level, allowing the transfer of data or status word to the system data bus;
- вход сигнала записи низкого уровня, разрешающего прием данных или управляющего слова с системной шины данных; - input signal recording low level, allowing the reception of data or control words from the system data bus;
А0, А1 - входы сигналов выбора одного из портов В-В (А, В или С) или регистра управляющего слова и подключается к младшим разрядам адресной шины;A0, A1 - the input signals of the selection of one of the ports BB (A, B or C) or the control word register and is connected to the least significant bits of the address bus;
УСТ - вход сигнала сброса, устанавливающего все внутренние регистры в нуль; при этом все порты переходят в режим ввода.SET - the input of the reset signal, which sets all internal registers to zero; all ports go into input mode.
Если процессор обращается к портам В-В как к внешним устройствам, входы и подключаются к линиям и системной шины управления. При обращении к портам как ячейкам памяти входы должны соответственно быть подключены к линиям и системной шины управления микроЭВМ.If the processor accesses the BB ports as external devices, the inputs and connect to lines and system bus control. When accessing ports as memory cells, the inputs must be connected to the lines accordingly. and microcomputer system control bus.
Вид обмена информацией между шиной данных и портами В-В в зависимости от значений указанных сигналов приведен в табл.2.The type of information exchange between the data bus and BB ports, depending on the values of the indicated signals, is given in Table 2.
Схемы управления группами шин А и В предназначены для приема и хранения управляющего слова и задания режима работы портов В-В устройства.The control circuits of bus groups A and B are intended for receiving and storing a control word and setting the operating mode of ports of the BB device.
Схема управления группой А задает режим работы порта А и старших разрядов порта С, а схема управления группой В - режим работы порта В и младших разрядов порта С. В состав схемы входит регистр управляющего слова, предназначенный для приема и хранения управляющего слова, поступающего через буфер шины данных и внутреннюю шину.The control circuit of group A sets the operating mode of port A and the high bits of port C, and the control circuit of group B determines the operating mode of port B and the low bits of port C. The control word register is used to receive and store the control word received through the buffer data buses and internal bus.
Порты В-В предназначены для подключения внешних устройств ВВ. Подключение осуществляется с помощью выводов соответствующих каналов: для канала А используются выводы КА7…КА0; для канала В - выводы КВ7…КВ0; для канала С - выводы КС7…КС0.The BB ports are for connecting external BB devices. Connection is carried out using the conclusions of the corresponding channels: for channel A, the conclusions of KA7 ... KA0 are used; for channel B - conclusions КВ7 ... КВ0; for channel C - conclusions KS7 ... KS0.
Порт А включает 8-разрядные входной и выходной регистры для ввода и вывода данных во всех режимах работы схемы.Port A includes 8-bit input and output registers for input and output data in all operating modes of the circuit.
Порт В состоит из одного 8-разрядного регистра, используемого для ввода и вывода данных в двух из трех возможных режимах работы схемы.Port B consists of a single 8-bit register used to input and output data in two of the three possible modes of operation of the circuit.
Порт С состоит из двух 4-разрядных регистров, которые могут использоваться для ввода и вывода 4-разрядных данных или для приема и выдачи управляющих сигналов обмена. В регистре С формируется слово состояния схемы.Port C consists of two 4-bit registers that can be used to input and output 4-bit data or to receive and issue control exchange signals. In register C, a status word of the circuit is formed.
Режимы работы портов задаются при начальной установке путем записи управляющего слова в регистр управляющего слова. При этом порты А, В и С устанавливаются в один из трех режимов работы: режим 0, режим 1 и режим 2.The port operating modes are set during initial installation by writing a control word to the control word register. At the same time, ports A, B and C are installed in one of three operating modes:
Режимы работы можно устанавливать в любом месте выполнения программы, что позволяет обслуживать различные внешние устройства одним интерфейсом в произвольном порядке.Operating modes can be set anywhere in the program execution, which allows serving various external devices with one interface in any order.
В режиме 0 осуществляется асинхронный обмен данными по двум 8-разрядным каналам А и В и по двум 4-разрядным подканалам С без управляющих сигналов о готовности к работе внешних устройств и без подтверждения возможности обмена. Это означает, что данные, выводимые из микропроцессора по командам вывода, фиксируются в соответствующих регистрах каналов, а затем по линиям связи передаются во внешние устройства.In
Данные хранятся в регистрах до конца выполнения команды вывода, после чего информация в портах обновляется. При вводе данные считываются из портов и заносятся в регистр - аккумулятор микропроцессора по командам ввода. Режим 0 обычно используется для ввода медленно меняющихся данных. При выводе в этом режиме можно программно формировать сигналы управления (байты управления) внешними устройствами.Data is stored in registers until the end of the output command, after which the information in the ports is updated. When entering data is read from the ports and entered into the register - the microprocessor battery by input commands.
В режиме 1 осуществляется асинхронный обмен данными по каналам А и В с помощью сигналов управления, передаваемых по каналу С. В этом режиме может быть организован асинхронный обмен данными со стробированием и квитированием. Стробирование обеспечивает синхронизацию передаваемых данных и повышение надежности установки сигналов на линиях связи.In
Квитирование позволяет обеспечить согласование работы внешних устройств и микропроцессора. При квитировании очередной байт данных передается только тогда, когда получено подтверждение о считывании предыдущего.Acknowledgment allows the coordination of the operation of external devices and the microprocessor. When acknowledging, the next byte of data is transmitted only when confirmation of reading the previous one is received.
Ввод информации в буфер данных канала осуществляется при получении стробирующего сигнала от внешнего устройства. Канал в свою очередь формирует сигнал ВВБФ, который поддерживается в течение всего интервала времени от записи данных до их чтения микропроцессором. Для информирования микропроцессора о готовности данных для ввода используется выходной сигнал .Information is entered into the channel data buffer when a gating signal is received from an external device. The channel, in turn, generates a VVBF signal, which is maintained for the entire time interval from data recording to reading by the microprocessor. An output signal is used to inform the microprocessor about the readiness of data for input. .
Данные в канал записываются с помощью импульса записи с системной шины, подаваемого на вход . В момент окончания записи данных формируется выходной управляющий сигнал , который указывает на готовность данных для выдачи в ВУ.Data is written to the channel using a write pulse from the system bus supplied to the input . At the end of data recording, an output control signal is generated , which indicates the readiness of the data for issuance to the WU.
Вывод информации из буфера канала и ввод ее в ВУ происходит по сигналу «ПРИЕМ», выдаваемому с внешнего устройства, а сигнал используется для информирования микропроцессора о готовности канала к выводу новых данных (табл.3).The output of information from the channel buffer and its entry into the control unit takes place according to the “RECEPTION” signal issued from an external device, and the signal used to inform the microprocessor about the readiness of the channel to output new data (table 3).
Режим 2 используется только для организации двунаправленной передачи данных в канале А. При этом разряды регистра С (С3, С4, С5, С6 и С7) по-прежнему предназначены для формирования и приема управляющих сигналов, аналогичных сигналам режима 1 (см. табл.3). Канал В при этом может работать только в режимах 0 и 1 (С0, С1 и С2).
Комбинации режимов для каналов задаются программным путем при начальной установке. Программирование состоит в настройке на требуемый режим обмена и непосредственный обмен данными при помощи двух команд ввода-вывода микропроцессора IN и OUT. При программировании в регистр управления (адрес А1А0=11) командой OUT записывается управляющее слово УС, разряды которого определяют режим работы для каждого канала (0, 1 или 2) и направление обмена.Combinations of modes for channels are set programmatically during initial installation. Programming consists in tuning to the required exchange mode and direct data exchange using the two input and output commands of the microprocessor IN and OUT. When programming in the control register (address A1A0 = 11), the OUT command records the control word US, the bits of which determine the operating mode for each channel (0, 1 or 2) and the direction of exchange.
Управляющее слово формируется в микропроцессоре как 8-разрядное слово и содержится в аккумуляторе. Формат управляющего слова показан на фиг 8.The control word is formed in the microprocessor as an 8-bit word and is contained in the battery. The format of the control word is shown in FIG. 8.
В качестве примера рассмотрим, как установить режимы работы и направления обмена в каналах А, В и С. Пусть, например, необходимо организовать ввод данных по каналу А и вывод данных по каналам В и С в режиме 0. Для этого в микропроцессоре должно быть сформировано УС следующего содержания: 10010000.As an example, consider how to set the operating modes and directions of exchange in channels A, B, and C. Let, for example, it is necessary to organize data input on channel A and data output on channels B and C in
Это управляющее слово командой OUT xxxxxx 11 записывается в регистр управления, где два младших разряда адреса порта 11 указывают, что запись содержимого аккумулятора (УС) должна быть произведена именно в регистр управления. Остальные разряды адреса порта используются для адресации к БИС путем формирования сигнала ВМThis control word with the OUT xxxxxx 11 command is written to the control register, where the two least significant bits of the
Команды ввода-вывода данных для каналов А, В и С имеют следующий вид:Data input-output commands for channels A, B and C are as follows:
IN xxxxxx 00 (чтение байта данных из канала А и ввод его в аккумулятор);IN xxxxxx 00 (reading the data byte from channel A and entering it into the battery);
OUT xxxxxx 01 (вывод данных из аккумулятора процессора и запись в канал В);OUT xxxxxx 01 (data output from the processor battery and recording to channel B);
OUT xxxxxx 10 (вывод данных из аккумулятора процессора и запись в канал С).OUT xxxxxx 10 (data output from the processor battery and recording to channel C).
Схема подключения программируемого интерфейса КР580ВВ55А к системным шинам микроЭВМ приведена на фиг.9.The connection diagram of the programmable interface КР580ВВ55А to the system buses of the microcomputer is shown in Fig.9.
Функциональная схема устройства управления счетчиком модификации адреса 19 и его взаимосвязь с другими блоками показана на фиг.10.Functional diagram of the control device
В полете информация на входы DO-D7 запоминающих устройств RAM 11 и RAM 12 поступает с сумматоров 9 и 10 соответственно. Запись информации осуществляется по заднему фронту сигнала S4, поступающего из блока управления 13.In flight, the information at the inputs DO-D7 of the
Адрес записи в запоминающие устройства RAM 11 и RAM 12 формируется счетчиком модификации адреса 14. В полет модификация адреса осуществляется по сигналу S1, поступающему из блока управления 13 через инвертор D4 2хИЛИ в блоке управления счетчиком модификации адреса 19.The write address in the
При переполнении счетчика модификации адреса на его выходе формируется сигнал «Останов», поступающий на вход блока управления 13.When the counter overflows the address modification counter, a “Stop” signal is generated at its output, which is input to the
На земле сброс счетчика модификации адреса 14 осуществляется сигналом от кнопки «Ручной сброс», поступающим через инвертор D3 2хИЛИ в блоке управления счетчиком модификации адреса 19.On the ground, resetting the
Ввод информации из запоминающих устройств RAM 11 и RAM 12 осуществляется системным контроллером IOP, входящим в состав микроЭВМ 20. Системный контроллер IOP реализован на микросхеме КР580ВК28, работа которой была описана выше.Information is input from the
Информационный выход D0-D7 запоминающего устройства RAM 11 заведен на порт А контроллера IOP, запоминающего устройства RAM 12 на порт В соответственно (см. фиг.10).The information output D0-D7 of the
Считывание данных из запоминающих устройств RAM 11 и RAM 12 осуществляется в режиме 0. Выбор этого режима обусловлен тем, что микроЭВМ решает только одну специализированную задачу. Поэтому от нее не требуется ни производительности, ни мультизадачности.Reading data from
Управление блоком 19 осуществляется сигналами, поступающими из порта С контроллера IOP. Перечень команд приведен в табл.4.
Цикл считывания информации состоит из следующих операций:The information reading cycle consists of the following operations:
1. Перед началом вычислений Ωи1л и Ωи1п на порт С выводится команда «Сброс счетчика модификации адреса 14». По этой команде «1» из разряда КС3 порта С поступает на инвертор D3 2хИЛИ блока 19 и далее на вход R 16-разрядного счетчика модификации адреса 14. Разряды А15-А0 счетчика сбрасываются в 0.1. Before starting the calculations of Ω и1л and Ω и1п, the command “Reset address modification counter 14” is displayed on port C. By this command, “1” from the discharge KC3 of port C goes to the D3 inverter D3 of
2. На порт С выводится команда «Сброс сигнала ЧТ на выходе RS триггера D2». По этой команде «1» из разряда КС1 порта С поступает на инвертор D1 2хИЛИ и далее на вход R RS триггера D2 блока 19. RS триггер D2 устанавливает сигнал ЧТ = 0. По этой команде запоминающие устройства RAM 11 и RAM 12 переводятся в режим готовности к выборке по новому адресу.2. On the port C the command “Reset the clock signal at the RS output of flip-flop D2” is displayed. By this command “1” from the discharge KC1 of port C goes to the inverter D1 2xOR and then to the input R RS of the trigger D2 of
3. На порт С выводится команда «Установка сигнала ЧТ на выходе RS триггера D2». По этой команде «1» из разряда КС0 порта С поступает на вход S RS триггера D2 блока 19. RS триггер D2 устанавливает сигнал ЧТ = 1. По этой команде запоминающие устройства RAM 11 и RAM 12 осуществляют выборку данных по модифицированному адресу.3. On the port C the command “Setting the clock signal at the RS output of flip-flop D2” is displayed. By this command “1” from the discharge KC0 of port C is fed to input S RS of flip-flop D2 of
4. МикроЭВМ 20 асинхронно считывает данные из запоминающего устройства RAM 11 через порт А.4.
5. МикроЭВМ 20 асинхронно считывает данные из запоминающего устройства RAM 12 через порт В.5.
6. МикроЭВМ 20 выполняет операции по вычислению Ωи1л и Ωи1п.6.
7. На порт С выводится команда «Модификация адреса». По этой команде «1» из разряда КС2 порта С поступает на инвертор D4 2хИЛИ и далее на вход +1 счетчика модификации адреса 14. 16-разрядный адрес А15-А0 счетчика увеличивается на единицу и поступает на адресные входы запоминающих устройств RAM 11 и RAM 12.7. The "Address Modification" command is displayed on port C. By this command “1” from the discharge KC2 of port C goes to the inverter D4 2xOR and then to the input +1 of the counter for modifying
После этого операции 2-7 повторяются в цикле до заполнения счетчика модификации адреса 14. Количество считанных данных определяется программно, поэтому сигнал «Останов» в микроЭВМ 20 не заводится.After this, operations 2-7 are repeated in a cycle until the counter for modifying
Резисторы R1 и R2 блока 19 предназначены для ввода «0» на входы RS триггера при установке разрядов КС0 и КС1 в состояние высокого уровня импеданса.The resistors R1 and R2 of
Функциональная схема блока буферных регистров 21 и его взаимосвязь с микроЭВМ 20 и бортовым устройством регистрации параметров полета 22 показана на фиг.11.A functional diagram of the block of buffer registers 21 and its relationship with the
Вывод информации в блок буферных регистров 21 осуществляется системным контроллером IOP, входящим в состав микроЭВМ 20. Данный системный контроллер IOP, как и системный контроллер IOP для ввода информации из запоминающих устройств RAM 11 и RAM 12 на фиг.10, реализован на микросхеме КР580ВК28.Information is output to the block of buffer registers 21 by the IOP system controller, which is part of the
Контроллер IOP для вывода результатов вычисления Ωи1л и Ωи1п в блок буферных регистров 21 работает в режиме 1.The IOP controller for outputting the results of the calculation of Ω and 1l and Ω and 1p in the block of buffer registers 21 operates in
Инвертор D3 блока 21 предназначен для ввода микроЭВМ сигналов ЗПР = 1 и ПРИЕМ = 1 по каналам А и В (см. табл.3).Inverter D3 of
Результат вычисления Ωи1п из порта А контроллера IOP микроЭВМ 20 заносится в разряды D0-D7 регистра D1. Запись осуществляется сигналом ВБР, поступающим с КС7 порта С (см. табл.3).The result of the calculation of Ω and 1p from port A of the IOP controller of the
Результат вычисления Ωи1п из порта В контроллера IOP микроЭВМ 20 заносится в разряды D0-D7 регистра D2. Запись осуществляется сигналом ВБР, поступающим с КС1 порта С (см. табл.3).The result of the calculation of Ω and 1p from port B of the IOP controller of the
Резисторы R1 и R2 блока 21 предназначены для ввода «0» на входы ЗП регистров D1 и D2 при установке разрядов КС1 и КС7 в состояние высокого уровня импеданса.The resistors R1 and R2 of
Выходы D0-D7 регистров D1 и D2 поступают для записи в бортовое устройство регистрации.The outputs D0-D7 of the registers D1 and D2 are received for recording in the on-board recording device.
Рассмотрим алгоритм вычисления Ωи1л и Ωи1п.Consider the algorithm for calculating Ω u1l and Ω u1n .
К недостатку алгоритма прототипа, а именно определения частоты собственных колебаний крыла воздушного судна (первого тона) следует отнести необходимость использования операций двойного интегрирования. При наличии постоянной ошибки в сигнале акселератора такая процедура приводит к появлению неконтролируемой ошибки в расчетном сигнале после проведения операций двойного интегрирования. Кроме того, для получения численного значения частоты собственных изгибных колебаний по первому тону необходимо осуществить спектральное разложение сигналов акселерометров. Для такого разложения наибольшее применение нашли интегральные преобразования Фурье и Лапласа.The disadvantage of the prototype algorithm, namely, the determination of the frequency of natural oscillations of the wing of the aircraft (first tone) should include the need to use double integration operations. If there is a constant error in the accelerator signal, this procedure leads to the appearance of an uncontrolled error in the calculated signal after double integration operations. In addition, to obtain a numerical value of the frequency of natural bending vibrations in the first tone, it is necessary to carry out spectral decomposition of the signals of accelerometers. For such a decomposition, the Fourier and Laplace integral transforms are most widely used.
Существенная трудность, связанная с численным применением интегральных преобразований, вызвана бесконечными пределами. При практическом вычислении преобразования Фурье обычно применяют временные или спектральные окна, которые, в свою очередь, могут значительно исказить исходный спектр. Для преобразования Лапласа можно воспользоваться процедурой усечения бесконечных пределов [7]. В этом случае также встает вопрос об искажении спектра. Для преобразования The significant difficulty associated with the numerical application of integral transformations is caused by infinite limits. In the practical calculation of the Fourier transform, time or spectral windows are usually used, which, in turn, can significantly distort the initial spectrum. For the Laplace transform, you can use the truncation of infinite limits [7]. In this case, the question of spectrum distortion also arises. To convert
относительная погрешность, связанная с ограничением верхнего предела величиной tk, имеет вид:the relative error associated with the limitation of the upper limit by the value of t k has the form:
После замены переменной τ=t-tk имеемAfter changing the variable τ = tt k, we have
, ,
Значение ε(р) представляет собой для некоторого сигнала x(t) постоянную величину, модуль которой зависит от вида сигнала. Таким образом, относительную ошибку можно представить в виде: , а ее модуль .The value ε (p) is a constant for some signal x (t), the modulus of which depends on the type of signal. Thus, the relative error can be represented as: , and its module .
Итак, для нерасходящегося процесса при |C|≤1 и σ=α/tk величина относительной ошибки не превышает величины е-α. Поэтому за счет указанного выбора действительной части σ комплексной переменной р можно добиться малости ошибки ограничения интегрального преобразования.So, for a non-diverging process with | C | ≤1 and σ = α / t k, the relative error does not exceed the value of e -α . Therefore, due to the indicated choice of the real part σ of the complex variable p, it is possible to achieve a small error in the constraint of the integral transformation.
Для исключения из алгоритма операции двойного интегрирования воспользуемся «симметричным преобразованием Лапласа» [8]:To exclude the double integration operation from the algorithm, we use the "symmetric Laplace transform" [8]:
К практически значимому свойству такого преобразования относится:The practically significant property of such a transformation includes:
Соотношение (3) позволяет получить искомую энергетическую характеристику процесса x(t), по регистрируемым значениям второй производной :Relation (3) allows us to obtain the desired energy characteristic of the process x (t) from the recorded values of the second derivative :
Соотношение (4) можно упростить, выбрав начало отсчета t=0, так чтобы х(0)=0.Relation (4) can be simplified by choosing the origin t = 0, so that x (0) = 0.
В результате получим окончательно:As a result, we get finally:
С учетом дискретизации и финитности приближенные расчетные соотношения для изображения (2) имеют вид:Taking into account discretization and finiteness, the approximate calculated relations for the image (2) have the form:
где i - номер дискретного момента времени; NT+1 - число малых отрезков дискретизации отрезков [-Т, 0], [0, Т].where i is the number of the discrete time instant; N T +1 - the number of small segments of the discretization of the segments [-T, 0], [0, T].
Заметим, что в соотношениях (6) p=σ+jωк, где ωк - расчетное значение частоты.Note that in relations (6) p = σ + jω k , where ω k is the calculated value of the frequency.
Выбор достаточно малого шага дискретизации при вычислении изображений аналогичен выбору шага интегрирования дифференциальных уравнений динамической модели исследуемой системы при моделировании переходных процессов и определяется верхней частотой учитываемых гармонических составляющих.The choice of a sufficiently small sampling step in the calculation of images is similar to the choice of the step of integrating the differential equations of the dynamic model of the system under study when simulating transients and is determined by the upper frequency of the harmonic components taken into account.
Частоты гармонических составляющих спектральных представлений переходных процессов задаются величиной коэффициента ω мнимой части комплексной переменной р. Поэтому, накладывая ограничение на ω, в зависимости от величины Δt обеспечивается требуемая степень малости ошибки дискретизации при вычислении изображений.The frequencies of the harmonic components of the spectral representations of transients are given by the coefficient ω of the imaginary part of the complex variable p. Therefore, by imposing a restriction on ω, depending on the value of Δt, the required degree of smallness of the sampling error in the calculation of images is provided.
С достаточной для практических расчетов точностью и при применении линейной интерполяции процессов это ограничение имеет вид (ω/2p)<(5-6)fp, где fp=1/Δt - частота регистрационных процессов.With sufficient accuracy for practical calculations and when applying linear interpolation of processes, this restriction has the form (ω / 2p) <(5-6) f p , where f p = 1 / Δt is the frequency of registration processes.
Применительно к записям сигналов акселерометров:Applied to accelerometer signal recordings:
соотношение (5) с учетом (6) примет следующий вид:relation (5) taking into account (6) will take the following form:
Соотношения (8) являются комплексными. Для упрощения алгоритма расчета искомых энергетических характеристик выполним ряд преобразований. Указанные преобразования рассмотрим применительно к сигналу левого акселерометра .Relations (8) are complex. To simplify the algorithm for calculating the desired energy characteristics, we perform a series of transformations. We consider these transformations as applied to the signal of the left accelerometer .
гдеWhere
Аналогично, для имеем:Similarly, for we have:
гдеWhere
Заметим, что соотношения (9)-(12) получены для конкретного значения частоты ωk.Note that relations (9) - (12) were obtained for a specific frequency ω k .
С учетом полученных соотношений (9), (11) спектральная характеристика для «правого акселерометра» примет вид:Taking into account the obtained relations (9), (11), the spectral characteristic for the “right accelerometer” will take the form:
где , ,Where , ,
, ,
Значение спектральной характеристики для частоты ωk примет вид:The value of the spectral characteristic for the frequency ω k takes the form:
Для получения спектральной характеристики во всем интересующем нас диапазоне от 0 до 10 Гц необходимо циклически повести счисления по соотношениям (9)-(14) с заданным шагом по частоте.To obtain the spectral characteristics in the entire range of interest to us from 0 to 10 Hz, it is necessary to cyclically reckon the ratios according to relations (9) - (14) with a given frequency step.
Поиск частоты собственных колебаний целесообразно проводить методом прямого перебора, с учетом малого количества точек спектральной характеристики и наличия априори одного экстремума, соответствующего частоте собственных колебаний.It is advisable to search for the frequency of natural vibrations by direct enumeration, taking into account the small number of points of the spectral characteristic and the presence of a priori one extremum corresponding to the frequency of natural vibrations.
Аналогично определяется спектральная характеристика для сигнала «левого» акселерометра.Similarly, the spectral characteristic for the signal of the "left" accelerometer is determined.
Таким образом предлагаемое устройство исключает недостатки прототипа, а именно невозможность контроля жесткости крыла вне базового аэродрома, что позволит повысить достоверность контроля прочностных свойств крыла воздушного судна и предотвращения разрушения крыла в полете.Thus, the proposed device eliminates the disadvantages of the prototype, namely the inability to control the stiffness of the wing outside the base airfield, which will improve the reliability of control of the strength properties of the wing of the aircraft and prevent the destruction of the wing in flight.
Кроме этого, исключены недостатки алгоритма прототипа, который предусматривал необходимость использования операции двойного интегрирования и появления неконтролируемой ошибки в расчетном сигнале.In addition, the disadvantages of the prototype algorithm were eliminated, which provided for the necessity of using the double integration operation and the appearance of an uncontrolled error in the calculated signal.
Для исключения из алгоритма операции двойного интегрирования предлагается «симметричное преобразование Лапласа», представленное формулами (1-13).To exclude the double integration operation from the algorithm, a “symmetric Laplace transform” is proposed, represented by formulas (1-13).
Источники информацииInformation sources
1. Воробьев В.Г. и др. Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы. Учебник для вузов / В.Г.Воробьев и др. - М.: Транспорт, 1992. - С.104-108.1. Vorobyov V.G. etc. Aviation devices, information-measuring systems and complexes. Textbook for high schools / V.G. Vorobyov et al. - M.: Transport, 1992. - P.104-108.
2. Система контроля прочностных свойств крыла ЛА. Кашковский В.В., Устинов В.В. Полуэктов С.П. Желтухин С.Н. Патент РФ №2348916, МПК G01N 3/02, G01M 7/02, 2009.2. The control system of the strength properties of the aircraft wing. Kashkovsky V.V., Ustinov V.V. Poluektov S.P. Zheltukhin S.N. RF patent No. 2348916,
3. Авиационные приборы. Под ред. С.С.Дорофеева. - М.: Военное издательство, 1992. - С.373-405.3. Aviation devices. Ed. S.S.Dorofeeva. - M.: Military Publishing House, 1992. - S.373-405.
4. Стрыгин В.В.и др. Основы вычислительной, микропроцессорной техники и программирования. Учебник для учащихся техникумов. / В.В.Стрыгин и др. - М.: Высшая школа, 1989. - С.225, 92, 108, 149, 74, 98, 103.4. Strygin VV and others. Fundamentals of computing, microprocessor technology and programming. Textbook for students of technical schools. / V.V. Strygin et al. - M.: Higher School, 1989. - P.225, 92, 108, 149, 74, 98, 103.
5. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. Под ред. В.А.Шахнова. - М.: Радио и связь, 1988. - Т.1. - 368 с.5. Microprocessors and microprocessor sets of integrated circuits: a Reference. Ed. V.A. Shakhnova. - M .: Radio and communications, 1988. - T.1. - 368 p.
6. Половов P.M. и др. Бортовые вычислительные устройства и машины. Учебное пособие. Часть II. / Р.М.Половов и др. - М.: МГТУ ГА, 2004. - 96 с.6. Paulov P.M. et al. On-board computing devices and machines. Tutorial. Part II / R.M.Polovov et al. - Moscow: MGTU GA, 2004 .-- 96 p.
7. Качанов Б.О. Изображение по Лапласу случайных процессов и непараметрическая идентификация непрерывных систем // Автоматика и телемеханика. №1, 2004, с.74-81.7. Kachanov B.O. Laplace image of random processes and nonparametric identification of continuous systems // Automation and Remote Control. No. 1, 2004, p. 74-81.
8. Качанов Б.О. Симметричное и кососимметричное преобразования Лапласа для задач идентификации. - В сб. Математическое обеспечение задач управления, оценивания и идентификации летательных аппаратов и их систем. Научно-методические материалы. - М.: ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1996.8. Kachanov B.O. Symmetric and skew-symmetric Laplace transforms for identification problems. - On Sat Mathematical support of tasks of control, assessment and identification of aircraft and their systems. Scientific and methodological materials. - M.: VVIA them. N.E. Zhukovsky, 1996.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011129001/28A RU2469289C1 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Aircraft wing strength control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011129001/28A RU2469289C1 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Aircraft wing strength control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2469289C1 true RU2469289C1 (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011129001/28A RU2469289C1 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Aircraft wing strength control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2469289C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568959C1 (en) * | 2014-09-29 | 2015-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Determination of dynamic performances of aircraft airframe components |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2263888C2 (en) * | 2000-05-03 | 2005-11-10 | Стракчерал Мониторинг Системз Лтд. | Method and device for detecting and measuring propagation of defects in articles |
RU2348916C1 (en) * | 2007-09-18 | 2009-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт)" | Structural behavior monitoring system of flying machine wing |
RU2385456C2 (en) * | 2005-04-18 | 2010-03-27 | Юропиан Аэронотик Дефенс Энд Спейс Компани Эадс Франс | Method and device for monitoring state of aeroplane structure |
US20100307223A1 (en) * | 2007-12-07 | 2010-12-09 | Allen-Vanguard Technologies Inc. | Apparatus and Method for Measuring and Recording Data from Violent Events |
-
2011
- 2011-07-13 RU RU2011129001/28A patent/RU2469289C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2263888C2 (en) * | 2000-05-03 | 2005-11-10 | Стракчерал Мониторинг Системз Лтд. | Method and device for detecting and measuring propagation of defects in articles |
RU2385456C2 (en) * | 2005-04-18 | 2010-03-27 | Юропиан Аэронотик Дефенс Энд Спейс Компани Эадс Франс | Method and device for monitoring state of aeroplane structure |
RU2348916C1 (en) * | 2007-09-18 | 2009-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт)" | Structural behavior monitoring system of flying machine wing |
US20100307223A1 (en) * | 2007-12-07 | 2010-12-09 | Allen-Vanguard Technologies Inc. | Apparatus and Method for Measuring and Recording Data from Violent Events |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568959C1 (en) * | 2014-09-29 | 2015-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Determination of dynamic performances of aircraft airframe components |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103954903B (en) | A kind of can real-time resolving multi-mode output circuit test system | |
CN109931932A (en) | A kind of high-precise synchronization integrated navigation computer | |
CN103616037A (en) | Self-testing and self-calibration method of IMU (Inertial Measurement Unit) calibration system | |
US4070705A (en) | Simulation apparatus | |
DE102019124122A1 (en) | One-chip system for an at-speed test of a logic circuit and operating method of the same | |
RU2469289C1 (en) | Aircraft wing strength control device | |
CN102411312B (en) | Sensor simulator and satellite closed loop simulation system | |
CN201600142U (en) | Strap-down attitude heading reference system | |
Woodrow et al. | Low cost flight-test platform to demonstrate flight dynamics concepts using frequency-domain system identification methods | |
TWI781495B (en) | Information processing system, information processing device, method of using information processing device, user terminal and program thereof | |
CN207472420U (en) | Unmanned plane vibration-testing apparatus | |
CN115560778A (en) | Real-time error compensation method for inertial measurement system based on resonant inertial device | |
Uzal | The Use of Arduino in Physics Laboratories. | |
Banerjee et al. | Motorsport Data Acquisition System and Live Telemetry using FPGA based CAN controller | |
Agrawal et al. | Development of data acquisition system and data analysis technique for automotive applications | |
Hatamleh et al. | Development of an inertial measurement unit for unmanned aerial vehicles | |
CN114166248B (en) | Multifunctional simulation testing device and method for inertial navigation system | |
Leszczynski | Improving the performance of MEMS gyros via redundant measurements: theory and experiments | |
CN218995932U (en) | Data acquisition system for test vehicle | |
CN110435922B (en) | Rotor unmanned aerial vehicle testing method, device and system | |
Morawski et al. | Low-cost data acquisition unit for flight tests | |
Yan | Hardmotion Design | |
Arendt et al. | Structure and algorithms of a diagnostic device in a wheeled tractor | |
Burns et al. | Modernization of the real time control and data acquisition systems at the National Research Council of Canada’s 1.5 m Tri-Sonic Wind Tunnel | |
Grason et al. | Teaching with a hierarchically structured digital systems laboratory |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130714 |