SU1361504A1 - Устройство дл управлени динамическими испытани ми - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области вычислительной техники и может быть использовано дл  управлени  виброиспытани ми различных технических объектов. Цель изобретени  - повышение точности воспроизведени  вибраций . Устройство дл  управлени  динамическими испытани ми содержит циф- роаналоговый преобразователь 1, вибростенд 2, аналого-цифровой преобразователь 3, процессор 4 пр мого преобразовани  Фурье, функциональный преобразователь 5, блок 6 сравнени  спектров, интерпол тор 7, умножитель 8, процессор 9 обратного преобразовани  Фурье, генератор 10 фазы. Устройство позвол ет повысить точность воспроизведени  на вибростенде реальных вибраций за счет кусочно-линейной аппроксимации исходной спектральной плотности мощности. 3 ил. а 9 (Л со 05 СП О Фиг.1

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  управлени  виброиспытани-  ми различных технических объектов.

Цель изобретени  - повышение точности воспроизведени  вибраций.

На фиг.1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг.2 - функциональна  схема блока сравнени  спектров; на фиг.З - кусочно-посто нна  аппроксимаци  спектральной плотности мощности в заданных полосах частот и кусочно-линейна  аппроксимаци  исходной спектральной плотност мощности.

-Устройство содержит (фиг.1) циф- роаналоговый преобразователь 1, вибростенд 2, аналого-цифровой преобразователь 3, процессор 4 пр мого пре- о бразовани  Фурье. Функциональный преобразователь 5, блок 6 сравнени  спектров, интерпол тор 7, умножитель 8, процессор 9 обратного преобразовани  Фурье и генератор 10 фазы. Кроме того, устройство (фиг.2) содержит первый И, второй 12, третий 13 и четвертый 14 интерфейсы ввода/вывода центральный процессор 15, блоки 16- 20 оперативной пам ти.

Устройс тво имеет следующие режимы функционировани .

Режим генерировани  случайного процесса по заданному спектру входа S,(k) аналогичен известному устройству и вьтолн етс  с помощью обратного преобразовани  Фурье на основе представлени  Раиса-Пирсона

м-1

(t) ) cos(,

. (О

где k - число уровней дискретизации

по частотам спектральной

плотности мощности; слзгчайные фазы, равномерно

распределенные в интервале

0,21Г.

Дл  генерир овани  стационарного случайного процесса (1) необходимо вычислить коэффициенты преобразован Фурье

лГзТиУсозг,

-к )

далее выполнить обратное преобразование Фурье, в результате чего получаетс  дискретна  реализаци  случайного входного процесса x(t), котора  через цифро

аналоговый преобразователь подаетс  на вибростенд. В случае, когда значени  S,(k) в (2) равны между собой, на выходе процессора обратного преобразовани  Фурье генерируетс  белый шум.

В режиме идентификации величина S,(k) определ ет уровень белого щума, который через цифроаналоговый преобразователь поступает на объект. Выходна  информаци  с датчиков преобразуетс  аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму и запоминаетс  в блоке пам ти выходного процесса . Далее над полученным массивом выполн етс  быстрое преобразование Фурье, вьиисл ютс  коэффициенты преобразовани  Ъ,.

По полученным коэффициентам вычисл ютс  периодограмма

(3)

Su(k) al + Ъ,

и АЧХ объекта „,.,. S.(k)

- stlkT

(4)

где SuCk), S,((k) - коэффициенты Фурье

выходного и входного проп ессов

и оценка АЧХ

35

40

45

 

  55

р(еиЬ| W(l) 1 ) w(k),

Р К-ер

(5)

где 1 - номер участка усреднени ;

k - номер текутцей ординаты спект . ра;

Р число ординат спектра на участке..

Режим спектрального анализа реализует кусочно-линейную аппроксимацию спектральной плотности мощности. Использование кусочно-линейной интерпол ции позвол ет, с одной стороны, более точно воспроизводить на вибростенде спектры реальных вибраций за счет повьш1ени  точности аппроксимации произвольных кривых, с другой стороны, снижает врем  выхода системы на режим испытаний (т.е. достижение требуемой погрешности спектра мощности сигнала с объекта) за счет ликвидации разрьшов спектра при переходе от одной полосы частот к другой.

Использование преобразовани  по интегральным функци м Уолша дл  кусочно-линейной аппроксимации обусловлено высоким быстродействием подобных преобразователей при достаточно высокой точности аппроксимации.

Спектральный анализ с кусочно- линейной аппроксимацией спектральной плотности мощности производитс  по следующей схеме: над реализацией выходного процесса y(t) вьшолн етс  быстрое преобразование Фурье и получают коэффициенты а и Ъ,, вычисл - етс  периодограмма по отношению (3 над получением массивом S,.(k) производ т преобразование по кусочно-линейным функци м Уолша.

Из полученных N коэффициентов оставл ют первые 1, остальные отбрасывают и производ т обратное преобразование в базисе кусочно-линейных функций Уолша над оставшимис  коэффициентами . Тем самым, мы имеем оцен- ку спектральной плотности мощности Б„(1) выходного процесса на границах заданных полос частот.

Преобразование сигнала в базисе кусочно-линейных функций Уолгаа можно представить в виде Е-1

f(t) J c;P(i,t); (6)

-; i ill f.(t)p (i, t),

где P (i,t) - система дифференциальных функций Уолша.

Поскольку восстановление сигнала происходит по 1 первым коэффициентам, следовательно, предельГ суммировани  в (6) устанавливаютс  от О до 1-1 использование функционального преобразовани  (6) и (7) позвол ет получит кусочно-линейную аппроксимацию спектральной плотности мощности §„(1) выходного процесса, что приводит, в свою очередь, к повьш1ению точности воспроизведени  входного возбуждени  Sy(l) на вибростенде.

Режим управлени  использует управление , основанное на известном алгоритме стохастической аппроксимации, а именно, спектр входного процесса на (п+1)-й итерации вычисл етс  как

1 л п

s7(i) s:ti).,

,, ,(8)

где S|.(l} - заданный спектр плотности

мощности;

S(l) - входной спектр плотности мощности на п-й итерации; s(l) - выходной спектр плотности

мощности на п-й итерации;

п

- в случае равномерного

приближени ; п - - номер итерации.

В качестве S°(l) выбирают уровень белого шума, обеспечивающий минимальную разность дисперсий спектра выхода и спектра задани  во всем диапазоне используемых частот.

В результате вычислени  оценок получаем 1 отсчетов (l) спектра входного процесса. Причем (l) имеет смысл оценки спектральной плотности- мощности на границах заданньк полос частот. Дл  восстановлени  N отсчетов спектра S ) (l) необходимо произвести линейную интерпол цию на каждом 1-ом отрезке полосы частот (по р на каждом 1-ом отрезке), а именно

зГ (ю (1)

. п+

а+о-зГ (1)

(k - IP) ,

(9)

где 1 .

цела  часть;

30

40

„ ь

55

45

Полученные (k)  вл ютс  исходной информацией дл  режима генерировани  входного воздействи .

Устройство работает следующим образом.

На первом шаге в блок 16 оперативной пам ти ввод тс  значени  S(l) уровн  шума, которые далее вывод тс  на интерпол тор 7,- где восстанавливаютс  отсчеты S(k), перемножаемые со случайными фазами и подаваемые в процессор 9 обратного преобразовани  Фурье. Коэффициенты Фурье (2) посту-- пают в блок 17 оперативной пам ти коэффициентов S(k) входного процесса блока 7 сравнени  спектров, а в блок 19 оперативной пам ти коэффициентов S(k) выходного процесса поступает отклик системы на входное воздейст- вие. Далее вьгчисл ютс  амплитудно- частотные характеристики объекта W(k) (4), которые сглаживаютс  (5), тем самым мы имеем оценку амплитудно- частотной характеристики W(l). После осуществлени  кусочно-линейной аппроксимации функциональным преобразователем . 5 периодограммы (3) в блок 6 сравнени  спектров вводитс  оценка спектральной плотности мощности выходного процесса и запоминаетс  в

513

блоке 18 оперативной пам ти выходног

если нев зка

процесса,В

. , , случае,

Su(l) - 8„(1)/ больше заданной по

Г

Л

грешности, вьиисл етс  новое значени спектра входа (9), которое поступает на. интерпол тор 7 и далее на вибростенд . Таким образом контур управлени  замкнут. При условии, когда не-, в зка меньше заданной погрешности, поправка в (9) задаетс  равной нулю и на выход блока 6 поступает спектр входа S|j(l). Работа устройства начинаетс  с режима идентификации. Дл  этого в блок 16 оперативной пам ти входного спектра блока 6 записываютс  значени  S (l) уровн  белого

шума.

вычисл ютс  значени 

которые поступают далее в интерпол тор 7, где восстанавливаетс  спектр входа (9), Л лее на выходе умножител  8 формируютс  коэффициенты Фурье (2), которые поступают на третий вход блока 6 сравнени  спектров, а также отображаютс  во временную область в процессоре 9 обратного преобразовани  Фурье, на выходе которого имеем дискретные отсчеты стационарного случайного процесса (l), подаваемые через цифроаналоговый преобразователь 1 на вибростенд 2, С датчиков,, установленных на объект испытани , снимаетс  отклик y(t), который преобразуетс  аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму и поступает на вход процессора 4. В процессоре 4 вычисл етс  периодограмма (3), по ступающа  в функциональный преобразователь 5, а спектральные коэффициенты Лу, и Ъ выходного процесса поступают на первый вход блока 6 сравнени  спектров. Функциональный преобразователь 5 осуществл ет кусочно-линейную аппроксимацию (6) - (7) периодограммы (З), т.е, восстановленное (6) значение Su(l) дает оценку спектральной плотности могщости выходного процесса на границах заданных полос частот (фиг,3б), котора  поступает на второй вход блока 6, в котором формируетс  оценка спектра входа К(1, Сформированна  -оценка входа поступа на вход интерпол тора 7, где происходит восстановление спектра входа. После вьпюлнени  первой итератдии, а

л

S,

,(k)

спектименно вычислени  оценки ONV

ра выхода по описанной процедуре, в

блоке 6 формируетс  оценка спектра входного процесса второй итерации (в), в том числе, если вектор нев зки /S (l) - Sj(l) , где - . задаваема  погрешность. Если вектор нев зки оказываетс  меньше , то

считаетс , что система вышла на рабочий режим. На этом процесс наст- ройки закончен и йожно переходить к режиму виброиспытаний, т,е, на вход вибростенда подает Sj((k).

5 Таким образом, предлагаемое

устройство позвол ет повысить точность воспроизведени  на вибростенде реальных вибраций за счет кусочно- линейной аппроксимации исходной

0 спектральной.плотности мощности, что не позвол ет делать известное устройство . Кусочно-линейное представление спектров позвол ет при одной и той же точности задани  с кусочно-посто5  нным спектром сократить объем обрабатываемой информации почти в 3 раза, что приводит к сокращению времени обработки информации на каждой из итераций, и в конечном итоге сокра0 тить врем  выхода системы на рабочий режим,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  динамическими испытани ми, содержащее генератор фазы, выход которого через последовательно соединенные умножи- тель, процессор Обратного преобразо0 вани  Фурье, цифроаналоговый преобразователь , вибростенд, аналого-циф . ровой преобразователь, процессор пр мого преобразовани  Фурье подключен к первому входу блока сравнени 

   45 спектров, отличающеес  тем, что, с целью повьщ1ение точности воспроизведени  вибраций, введены интерпол тор и функциональньй преобразователь, вход которого под-.

   5Q ключен к выходу процессора пр мого преобразовани  Фурье, а выход - к второму входу блока сравнени  спектров , соединенному третьим входом с выходом умножител , а выходом 55 через интерпол тор с вторым входом умножител ,

   5

   Обшай шина.

   16

   П

   16

   Фи2.г

   а

   W(K)

   19

   го

   I

   ,s

   Составитель В.Башкиров Редактор О. Головач Техред Л. Сердюкова Корректоре. Черни

   Заказ 6281/46 Тираж 863Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.А/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.П ектна ,4

   ФагЪ

   tt)K