ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Цифровые методы создания широкополосной случайной вибраИспытания случайной узкополосной вибрацией из "Вибрации в технике Справочник Том 5 " Общие принципы управлении. Воспронэведение случайной вибрации с требуемыми характеристиками на выходе многомерной вибросистемы основано на общих принципах как для аналоговых, так и для цифровых методов. [c.461] Чтобы по заданной матрице (/ш) определить матрицу формирующего фильтра, необходимо знать матрицу частотных характеристик вибросистемы Hq (/ш), для чего следует выполнить процедуру идентификации. После этого нужно реализовать формирующий фильтр с матрицей передаточных функций Нфф (/ш). Такой фильтр сложный и имеет высокий порядок из-за сложности динамических характеристик вибросистем. Кроме того, формирующий фильтр нужно долго подстраивать вручную для получения требуемой точности. Все операции необходимо повторять для каждого нового объекта испытаний. Поэтому такой путь решения задачи оказывается неприемлемым для практики, хотя он и применялся на ранних стадиях развития испытаний при создании разомкнутых систем. [c.461] Из (3) следует, что для получения заданной спектральной плотности Sau (м) необходимо управлять только амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) УФФ. [c.462] Как известно, оценки среднего значения спектра в узкой полосе частот являются состоятельными, но смещенными [2, 12, 14]. Смещение зависит от точности ступенчатой аппроксимации неизвестной прямой измеряемого спектра. В связи с этим число фильтров, необходимых для работы в широком диапазоне, а также число замкнутых каналов управления должно быть большим (несколько десятков). [c.463] Поэтому аналоговые методы широко применяют на практике лишь для создания одномерных случайных внбрацпп. Виброиспытания на многомерные случайные вибрации проводят в основном с помощью цифровых методов. [c.465] изображенные на рис. 5, применяют для последовательного анализа взаимного спектра. В этом случае анализирующие фильтры являются сопровождающими фильтрами, средняя частота которых плавно перестраивается в диапазоне частот спектрального анализа [3]. [c.465] Общие принципы управления. Развитие цифровой вычислительной техники привело к применению ЦВМ не только для обработки экспериментальных данных, получаемых при виброиспытаниях, но и для непосредственного управления режимом испытаний. Структурная схема цифровой системы представлена на рис. 6. Вектор выходного сигнала у= Уг, J/з датчиков преобразуется аналого-цифровыми преобразователями АЦП в цифровые коды, которые обрабатываются в управляющей ЦВМ. На входы вибровозб)-дителей подаются усиленные по мощности аналоговые сигналы х= а ,, х , х , получаемые обратным (цифроаналоговым) преобразованием цифровых кодов, генерируемых ЦВМ. [c.466] Основная задача, возникающая при практической реализации цифровых методов управления при испытаниях случайной вибрацией, заключается в разработке математического обеспечения управляющей ЦВМ. Здесь рассмотрены алгоритмы, составляющие С1.держательную часть пакета прикладных программ математического обеспечения систем управления виброиспытаниями. Техническая реализация этих систем связана также с разработкой операционных систем, сервисного математического обеспечения и прочими вопросами системного программирования. Излагаемые ниже алгоритмы математического обеспечения для одномерного случая являются в основном общепринятыми решениями в современных цифровых системах [16, 21]. Описание многомерны х систем основано на работах [15, 18]. [c.466] Ф (гДш) — случайная фаза, равномерно распределенная в диапазоне [— я, я]. [c.466] Непосредственное вычисление ординат временного ряда х (kAi) по формуле (8) сопряжено с длительными вычислениями. Для ускорения вычислений применяют алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ) [см. Т. 1, введение]. Поскольку для вычисления х (kAt) необходим переход из частотной области S x (ш) во временную используют обратное преобразование (ОБПФ) [1,19]. [c.466] Число дискрет временного ряда, подвергаемого БПФ, или число коэффициентов Фурье, над которыми выполняется ОБПФ. должно быть 2Р, где р — целое число [2, 7]. В практических системах N = 1024 2048 ординат, М = 256 -f- 512 гармоник. Для перехода к новой реализации х [kAt) с той же спектральной плотностью Sxx (ш) следует прогенерировать новый набор случайных фаз п / и по (9) рассчитать новый массив х (kAt), (k =0,. .., /V — 1). [c.466] ЧИСЛО гармоник М генерируемого процесса достаточно велико, моментные харакге-jH THKii процесса (8), вычисленные при усреднении как по ансамблю реализаций 13], так и по времени [8], практически совпадают с соответствующими характеристиками гауссовского процесса. Например, эксцесс распределения процесса (8) убывает пропорционально М . [c.467] Объем массива Л/ ординат временного ряда х (/гЛ/) ограничивается объемом памяти. Как правило, время возбуждения колебаний в объекте при виброиспытаниях значительно превышает длину реализации х (kht). Для преодоления этой трудности существуют два пути. Первый путь является наиболее простым с точки зрения технической реализации, поскольку не требует никакого дополнительного оборудования. Он сводится к циклическому повторению реализации х (kht), записанной в памяти ЦВМ, в течение сколь угодно длительного интервала времени [16, 18]. При этом полу-чаегся псевдослучайный периодический процесс с линейчатым спектром [17]. Второй путь требует применения специализированного процесса БПФ (см. рис. 6), который позволяет существенно увеличить скорость обработки информации по алгоритмам БПФ. Это дает возможность повторять реализации х (kAt) не более 2—3 раз, вычисляя одновременно новую реализацию (kAt) с новым набором случайных фаз ср ((Дш). После этого реализация заменяется на х , и процесс повторяется в течение всего времени испытания. При этом усложняется организация вычислительного процесса, но устраняется периодичность сигнала х kAt], возбуждающего вибросистему. [c.467] А тт ( Дсо), определяющие собственные спектры компонент процесса х (kAt). Такая же замена делается в первых т компонентах вектора а/ в (6). [c.467] Быстрое преобразование Фурье является единой алгоритмической базой для генерирования и анализа случайных процессов в цифровых системах подобно тому, как в аналоговых системах та же задача решается с помощью единой аппаратурной базы — узкополосных фильтров. В связи с этим большое значение имеет применение специализированных процессов БПФ (см. рис. б), которые позволяют на несколько порядков уменьшить время выполнения БПФ и ОБПФ по сравнению с программной реализацией этих алгоритмов в УВМ и, таким образом, существенно увеличить эффективность цифровых систем. [c.468] Затем тот же процесс х (кМ) подается на второй вибровозбудитель (ему присваивается индекс х ), повторяются все вышеуказанные операции, вычисляется второй столбец матрицы Но (jiAa) Я ,. .., Я а, и так до тех пор, пока не будут определены все т столбцов матрицы частотных характеристик. [c.468] Значения элементов матрицы для Н , усредненные в диапазонах частот бсо хранятся в памяти ЦВМ. [c.468] Вернуться к основной статье