SU1265729A1 - Система цифрового управлени вибрационными испытани ми - Google Patents

Abstract

Устройство относитс  к испытательной технике, а именно к системам управлени  вибрационными испытани ми. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей путем создани  нестационарного по уровню широкополосного случайного процесса. Система содержит п ть программаторов , дешифратор, генератор, делитель частоты, два счетчика, реверсивный счетчик и цифровой индикатор, а также инвертор , мультиплексор и две кнопки, эти блоки составл ют блок управлени , а также блок задани  сигналов, состо ший из тактового генератора, посто нного запоминаюш,его устройства, устройства сравнени  и двух вычислителей быстрого преобразовани  Фурье , а также блок преобразовани  сигналов, включающий два цифроаналоговых преобразовател , выполненных перемножающими, аналого-цифровой преобразователь, два усилител  и четыре резистора. Введение блока управлени , а также дополнительно в блок преобразовани  сигналов двух усилителей, $ четырех резисторов позвол ет реализовать новый вид испытаний, когда уровень вибраС/ ) ции  вл етс  нестационарным, измен емым во времени, а спектр широкополосного случайного процесса  вл етс  посто нным. 3 ил.

Description

Ю

О5

сд ю

со

Изобретение относитс  к испытательной технике, а именно к системам управлени  вибрационными испытани ми.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем создани  нестационарного по уровню широкополосного случайного процесса.

На фиг. 1 показана схема системы; на фиг. 2 - временные диаграммы в различных точках системы; на фиг. 3 - различные формы огибаюш,ей выходного сигнала.

Система (фиг. 1) состоит из программаторов 1-5, дешифратора 6, генератора 7, делител  8 частоты, счетчиков 9 и 10, реверсивного счетчика 11, инвертора 12, мультиплексора 13, цифрового индикатора 14, кнопок 15 и 16, причем все перечисленные блоки образуют блок 17 управлени , из цифроаналогового преобразовател  (ЦАП) 18, перемножающих ЦАП 19 и 20, аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 21, усилителей 22 и 23, резисторов R, Rz, Rs, R4, образующих блок 24 преобразовани  сигналов, а также из вычислителей быстрого преобразовани  Фурье (БЦФ) 25 и 26, элемента 27 сравнени , ЦЗУ 28 заданного спектра тактового генератора 29, образуюш,их блок 30 задани  случайного сигнала.

Входы программаторов 1-4 соединены между собой и с информационным входом делител  8, тактовый вход которого соединен с выходом генератора 7, а выход подключен через счетчики 9 и 10 и реверсивный счетчик 11 к входам сброса в ноль своему и счетчиков 9 и 10. Входы сброса в ноль и записи реверсивного счетчика 11 соединены через соответствуюш,ие кнопки 16 и 15 с обШ .ИМ проводом, информационный выход подключен к цифровому индикатору 14, а информационный вход соединен с выходом программатора 5. Информационный выход счетчика 9 соединен с вторым, а через инвертор 12 с третьим входами мультиплексора 13, у которого п тый и четвертый входы соединены соответственно с общим проводом и логической единицей, первый управл ющий вход подключен к информационному выходуьсчетчика 10 и через дешифратор 6 к соответствующим управл ющим входам программаторов 1-4, а выход подключен к первому и второму соответственно цифровым входам ЦАЦ 20 и 19. Первый аналоговый вход ЦАП 19 подключен к выходу ЦАП 18 и через резистор R к своему выходу и к инверсному входу усилител  22, у которого выход  вл етс  выходом устройства и соединен через резистор R со своим инверсным входом. Вход системы соединен через резистор Rs с вторым аналоговым входом ЦАП 20, с инверсным входом усилител  23, и через резистор с выходом усилител  23, с выходом ЦАП 20 и с входом АЦП 21, выход которого подключен через вычислитель БПФ 26 к элементу 27 сравнени , и через вычислитель БПФ 25 к входу

ЦАП 18, а другой вход элемента 27 сравнени  соединен с выходом ПЗУ 28 заданного спектра, выход тактового генератора 29 подключен к ПЗУ 28.

Система работает следующим образом.

В начале нажимают кнопку 16 «Стоп, при этом подаетс  сигнал на вход сброса в нуль реверсивного счетчика 11, на его выходе «О по вл етс  сигнал, сбрасывающий делитель 8 и счетчики 9 и 10 в нулевое

состо ние. Затем устанавливают на программаторах 1-5 значени  соответственно длительности фронта, вершины, среза, паузы, числа импульсов. Эта информаци  определ ет форму огибающей изменени  уровн  вибрации и число таких изменений (импульсов ). Затем нажимают кнопку 15 «Пуск, на вход записи счетчика поступает сигнал, который записывает в счетчик число, равное набранному на программаторе 5. На выходе «О реверсивного счетчика 11 сигнал сброса

0 при этом исчезает. Делитель 8 и счетчики 9 и 10 начинают работать.

В первые моменты времени число на выходе счетчика 10 равно нулю, при этом мультиплексор 13 устанавливаетс  в положение , при котором на его выходе по вл ютс 

5 сигналы с его первого входа, т. е. с выхода счетчика 9. Кроме того, нулевые выходные сигналы счетчика 10 устанавливают дешифратор 6 в состо ние, при котором его выходные сигналы возбуждают только программатор 1. Число с выхода программаторов 1

0 поступает на вход делител  8 частоты. При этом последний делит частоту входных импульсов , поступивших с генератора 7, на выходное число, и на выходе его по вл етс  сигнал с периодом повторени 

т QI

8 - ;- /7

где fy - частота импульсов генератора 7;

QI-число на выходе программатора 1.

В этом случае счетчик 9 имеет на своем 0 выходе линейно возрастающее число (фиг. 2а), длительность изменени  которого равна

Тэ 21 Qmax-г-у

П

5 где Qmax - максимальное число на выходе

счетчика 9.

Этот промежуток времени пропорционален числу, набранному на программаторе 1. Если выбрать 1 мс, то число Qi означает длительность фронта импульса

пр мо в миллисекундах. Таким образом, за врем  от t до ti на выходе блока 17 управлени  (выходе мультиплексора 13) по вл етс  линейно нарастающий цифровой сигнал.

После достижени  максимума счетчик 9 сбрасываетс  в «О, а счетчик 10 устанавливаетс  в положение «Ь. Этот сигуал подключает через дешифратор 6 к входу делител  8 число с выхода программатора 2, а на выход мультиплексора 13 (выход блока 17) с его второго входа на всех разр дах логические единицы, т. е. максимальное число Qmax- Счетчик 9 производит при этом счет с новой скоростью и на врем  от 2 до 1з на выходе мультиплексора 13 имеетс  посто нный сигнал Qi3 Qmax (фиг. 2S).

в следуюш.ий цикл работы счетчика 9 на выходе счетчика 10 имеетс  число 2. При этом скорость работы делител  8 задает программатор 3, а на выход мультиплексора 13 поступает в инверсном виде сигнал с выхода счетчика 9. При этом за врем  от /3 до /4 сигнал на выходе блока 17 падает по линейному закону от Qmax до нул  (фиг. 2а). Длительность следующего цикла работы счетчика 9 задает программатор 4, на выход блока 17 поступает нулевой сигнал с четвертого входа мультиплексора 13 (фиг. 26).

После окончани  цикла /4-is (паузы между импульсами) счетчик 10 сбрасываетс  в «О и уменьшает число, записанное в реверсивном счетчике 11 на одну единицу. Процесс генерировани  импульса и пауза повтор ютс  и число в счетчике 11 уменьшаетс  вновь на единицу. Так продолжаетс  до тех пор, пока число на выходе реверсивного счетчика 11 не становитс  равным нулю на его выходе «О по вл етс  сигнал, останавливающий работу делител  8 и счетчиков 9 и 10. Процесс работы схемы заканчиваетс . Вновь можно запустить его, нажав кнопку 15 «Пуск, при этом на выходе блока 17 по вл етс  импульсный сигнал такое количество раз, какое число набрано на программаторе 5. На цифровом индикаторе 14 индицируетс  число, записанное в реверсивном счетчике 11, т. е. количество импульсов, которое осталось до конца процесса.

Перед началом работы блока 17 запускают блок 30 задани  случайного сигнала в работу. При этом начинает работать тактовый генератор 29, его выходные импульсы запускают ПЗУ 28. Входной сигнал блока 30 поступает на вход вычислител  БПФ 26 с АЦП 21. Вычислитель производит в цифровом виде анализ спектра сигнала, поступающего на его вход. Спектр с выхода вычислител  26 поступает на вход элемента 27 сравнени , на другой вход которого поступает заданный спектр с выхода ПЗУ 28. Элемент 27 сравнени  сравнивает оба спектра , результат сравнени  с его выхода поступает на вход вычислител  25, который работает в режиме обратного преобразовани  Фурье, но его функциональна  схема одинакова со схемой устройства вычислител  26. Вычислитель 25 производит по форме спектра, поступившего на его вход, синтез цифрового случайного сигнала и подает его на вход ЦАП 18. Этот сигнал преобразуетс  в ЦАП 18 в аналоговый вид и затем через перемножающий ЦАП 19, резисторы Ri, Rz и усилитель 22 поступает на вход виброустановки . Аналоговый сигнал обратной св зи

с виброустановки через резисторы з и R, усилитель 23 и ЦАП 20 поступает на вход АЦП 21, преобразуетс  в нем в цифровой вид и поступает на вход блока 30 задани . Низкий уровень выходного сигнала обеспечиваетс  подбором резисторов R и R. При этом Ri. Кроме того, величина резистора Rz выбираетс  с учетом лроводимости

«-«-

тах

где Gmax - проводимость перемножающих ЦАП 19 и 20 с аналогового входа до выхода при максимальном сигнале Qmax на цифровом входе.

В данном случае проводимость ЦАП 19 и 20 равна

. QBX

20.7;

где QBX - число на цифровом входе ЦАП. Данна  проводимость включена в одном случае параллельно , в другом - 4. В этих услови х коэффициент передачи с выхода ЦАП 18 до выхода системы равен

feD //7 J 4Ql3 , 2

К22 R2(J + ) 7Т -+ : А1Vmax А|

а коэффициент передачи с входа системы до входа АЦП 21 равен

1

1

--ет + )-- 1г-+1Общий коэффициент передачи входных- выходных цепей системы равен

К KiiKiz 7Г 1 К

он не зависит от входного числа Qi3.

При возрастании числа Qi3 от нул  до Qmax блок 30 задани  продолжает работать в прежнем режиме, так как входные и выходные его сигналы не измен ютс . Однако коэффициент передачи /(22 измер етс  от

-fj до 1. при этом уровень сигнала на

А1

выходе системы измен етс  значительно, на виброустановке возникают вибрации значительной величины, сигнал обратной св зи (Увх имеет форму, показанную на фиг. 2(3, т. е. уровень вибрации на виброустановке повтор ет форму цифрового сигнала Qu. Таким образом, система управл ет виброустановкой так, что при заданном спектре

широкополосной случайной вибрации мен етс  общий уровень ускорени  также по заданному закону. При этом можно отдельно программировать длительности фронта нарастани  ускорени  вершины, спада и паузы между отдельными импульсами. Можно

Claims (1)

1. задать любой из данных промежутков равным нулю, при этом формы огибающих ускорени  могут быть многообразны: трапецеидальна , треугольна , пр моугольна . пилообразна , с паузой между отдельными импульсами или без нее (фиг. 3). Число таких импульсных процессов также программируетс , причем на цифровом табло 14 видно значение оставшихс  до конца импульсных процессов. При необходимости остановить испытани  можно в любой момент , нажав кнопку 16 «Стоп, при этом система сразу выходит на низкий уровень выходного сигнала. При однократных испытани х на программаторе 5 набирают число 1, при этом после каждого нажати  кнопки 15 «Пуск происходит генерирование одного импульсного процесса. Система позвол ет реализовать новый вид испытаний, когда уровень вибрации  вл етс  нестационарным, измен емым во времени , а спектр широкополосного случайного процесса  вл етс  посто нным. Данные испыни  позвол ют исследовать свойства издели  в услови х, максимально приближенных к реальным, когда на изделие посто нно воздействуют переменные нагрузки со сложным спектром случайного ускорени . Формула изобретени  Система цифрового управлени  вибрационными испытани ми, содержаща  блок задани  случайного сигнала, включающий последовательно соединенные первый вычислитель быстрого преобразовани  Фурье (БПФ), элемент сравнени  и второй вычислитель БПФ, а также последовательно соединенные тактовый генератор и посто нное запоминающее устройство, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнени , причем вход первого вычислител  БПФ  вл етс  входом блока задани  случайного сигнала, а выход второго вычислител  БПФ  вл етс  выходом блока задани  случайного сигнала и соединен с первым входом блока преобразовани  сигналов,  вл ющимс  также входом первого цифроаналогового преобразовател , вход щего в блок преобразовани  сигналов, первым выходом которого  вл етс  выход аналого-цифрового преобразовател , подсоединенного к входу блока задани  случайного сигнала, блок преобразовани  сигналов содержит также второй и третий цифроаналоговые преобразователи, отличающа с  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем создани  нестационарного по уровню широкополосного случайного процесса, в систему введены блок управлени , включающий дешифратор , п ть программаторов, последовательно соединенные генератор, делитель частоты, первый и второй счетчики, реверсивный счетчик и цифровой индикатор, а также две кнопки, инвертор и мультиплексор, выход которого  вл етс  выходом блока управлени , а его управл ющий вход соединен с вторым выходом второго счетчика и с входом дешифратора, четыре выхода которого соединены с соответствующими входами первых четырех программаторов, выходы которых соединены между собой и с вторым входом делител  частоты, третий вход которого соединен с входами первого и второго счетчиков и с вторым выходом реверсивного счетчика, у которого входы сброса в «О и вход записи подключены через соответствующие кнопки к общему проводу, а информационный вход реверсивного счетчика подключен к выходу п того программатора, информационный выход первого счетчика подключен к второму входу, а через инвертор - к третьему входу мультиплексора, четвертый и п тый входы которого соединены соответственно с логической единицей и общим проводом , а в блок преобразовани  сигналов введены дополнительно два усилител , четыре резистора, а второй и третий цифроаналоговые преобразователи выполнены перемножающими и их первые входы объединены и  вл ютс  вторым входом блока преобразовани  сигналов, который соединен с выходом блока управлени , инверсный вход первого усилител , охваченного обратной резистивной св зью, подсоединен к выходу первого цифроаналогового преобразовател , также охваченного обратной резистивной св зью, выход первого усилител   вл етс  выходом системы, вход системы через третий резистор соединен с инверсным входом второго усилител  и с вторым входом второго перемножающего цифроаналогового преобразовател , выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразовател , с выходом второго усилител  и с выходом четвертого резистора, вход которого соединен с инверсньш входом второго усилител .

   Фиг.1

   / /