Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава I. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ 9
1.1. Предварительные замечания 9
1.2. Требования к системам частотного анализа 42
I.S. Методы и технические средства для определения динамических характеристик сложных механических объектов 49
1.4. Вопросы структурного построения вычислителя коэффициентов Фурье 2.5
1.5. Сравнительный анализ принципов формирования время-импульсных последовательностей 44
Выводы. Постановка задач исследований 56
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫЧИСЛИТЕЛЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ Ш>ЪЕ С ВРЕМЯ- тШУЛЪСНШ ЇЇРЇЇ0БРА30ШМШ 59
2.1. Предварительные замечания 59
2.2. Анализ методической погрешности ЖФ с различными типами время-импульсных преобразователей 61
2.3. Анализ методической погрешности ВКФ на основе ВИЛ с учетом влияния погрешности аппроксимации опорных сигналов 65
2.4. Исследование способов повышения точности ВКФ с ВИ преобразователями 95
Основные результаты. Вывода 404
Главэ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СТРУКТУР АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО АНАЛИЗА 106
3.1. Предварительные замечания ЮБ
3.2. Особенности применения время-импульсных преобразователей в измерительном канале системы частотного анализа №7
3.3. Исследование и разработка функциональных узлов вычислителя коэффициентов Фурье 115
3.4. Исследование вопросов применения цифровых время-импульсных преобразователей в гармоническом анализаторе 127
Основные результаты. Выводы 134
Глава 4. РАЗРАБОТКА ВОПРОСОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КАНАЛА АНАЛИЗАТОРА ФУРЬЕ 156
4.1. Анализ влияния инструментальной погрешности время-импульсного множительного устройства на погрешность анализа 156
4.2. Разработка принципиальной схемы время-импульсного множительного устройства 155
4.3. Экспериментальные исследования время-импульсных МУ и вычислительного канала 159
4.4. Технические характеристики разработанной аппаратуры и примеры ее промышленного применения выводи 1&0
ЗАКЛЮЧЕНИЕ %5
ЛИТЕРАТУРА Щ
ПРИЛОЖЕНИЕ 192.
Введение к работе
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года ставится задача повысить эффективность научных исследований, значительно сократить сроки внедрения достижений науки и техники, углубить связь фундаментальных и прикладных исследований с производством.
Большое значение для решения поставленных задач имеет совершенствование научного и производственного эксперимента. Широкую и развивающуюся область экспериментальных исследований составляют задачи анализа динамических характеристик различных систем и объектов, возникающие как на этапах их разработки, так и при натурных испытаниях / 2 /. Испытания, проводимые о целью определения основных динамических характеристик объекта в отечественной литературе принято называть частотными или резонансными / 3 /. Метод частотного анализа широко используется при исследовании автоматических систем управления с целью определения передаточных функций, запасов устойчивости, времени переходного процесса и др., при определении динамических свойств материалов (вязкости, упругости, тангенса угла потерь), при исследовании параметров технологических процессов и т.д. В последнее время он стал успешно применяться в задачах испытаний механических конструкций для измерения механической жесткости, импеданса и других динамических характеристик.
Большое развитие частотные экспериментальные методы получи-ли в авиационной промышленности для исследования слокных механических объектов, какими являются конструкции летательных аппаратов, динамические характеристики которых зачастую не поддаются точному аналитическому описанию / 2-4, 13-17 /.
Одним из основных методов испытаний механических объектов является метод многоканального частотного анализа, при котором требуемые динамические характеристики определяются на основании измерения синфазных и квадратурных составляющих основной гармонии реакций конструкции на гармонический тестовый сигнал /2, 3/. Требование многоканальности диктуется не только ограниченными сроками эксперимента и его стоимостью, но и желанием получить максимально достоверную математическую модель объекта.
В общем случае технические средства частотного анализа предполагают наличие ряда подсистем: возбуждения, анализа и управления. Подсистема возбуждения обеспечивает формирование гармонического тестового сигнала достаточной мощности в требуемом частотном диапазоне. Основой подсистемы анализа являются вычислители коэффициентов рье, при этом эффективное техническое упрощение вычислительного канала может быть достигнуто при использовании время-импульсных методов преобразования информации. Подсистему управления составляет мини- или микро ЭВМ с необходимыми периферийными устройствами.
Следует отметить отсутствие методики проектирования подобной аппаратуры как в отношении ее метрологического обеспечения, так и в отношении ее структурного гостроения / II, 12 /. Поэтому вопросы исследования и разработки технических средств частотного анализа, ориентированные на создание экономичных и отвечающих современным метрологическим требованиям, программируемых измерительных структур являются актуальными.
Существенные результаты по созданию и внедрению технических средств частотного анализа достигнуты в Ленинградском ордена
Ленина электротехническом институте им.В.Й.Ульянова (Ленина). Еще в 60-е гг. под руководством члена-корр.АН СССР А.А.Бавилова в ЛЭТИ были разработаны первые отечественные образцы анализатор ров частотных характеристик / 37 /. Методам экспериментального определения частотных характеристик линейных и нелинейных автоматических систем посвящена работа / 24 /. Практическую ценность представляет работа / 46 /, посвященная вопросам построения анализаторов частотных характеристик с использованием время - импульсных преобразований. В работах / 19, 20 / рассматриваются вопроси исследования и разработки цифро-аналоговых средств частотного анализа.
Настоящая диссертация посвящена вопросам исследования и разработки технических средств частотного анализа с использованием время - импульсных преобразований. В соответствии с постав- ленной целью в работе решаются следующие основные задачи:
- анализ существующих методов построения технических средств частотного анализа механических конструкций и исследование вопросов применения в них время-импульсных устройств;
- исследование метрологических характеристик вычислительного канала анализатора Фурье на основе время-импульсных преобразований;
- разработка структуры время - импульсного вычислителя коэффициентов фурье как типового модуля многоканальной системы частотного анализа;
« исследование и разработка принципов технической реализации аппаратных средств вычислительного канала.
Выбранные для исследования вопросы в отечественной и зарубежной литературе должного развития и освещения не получили. Теоретическую часть настоящей работы составляют исследования метрологических характеристик вычислителя коэффициентов $урье (ВКФ) при различных видах время-импульсного преобразования. Дія аналитического решения поставленной задачи использован спектральный метод, основанный на применении ортогонального разложения время-импульсных последовательностей. Для каждого из рассмотренных видов преобразований получены аналитические выражения, позволяющие количественно оценить величину методической ошибки ВКФ. Точное определение метрологических характеристик вычислительного канала проведено методом численного интегрирования на ЦВМ. В результате расчетов получены графические зависимости, позволяющие учесть влияние параметров импульсных преобразований на погрешность вычислителя коэффициентов Фурье.
Исследованы способы повышения точности время-импульсных преобразователей и предложены вычислительные структуры, отвечающие заданной точности при малых аппаратурных затратах. Разработана структурная схема многонанальной системы частотного анализа и предложены варианты построения функциональных узлов подсистем возбуждения и анализа.
Практическая ценность работы заключается в развитии аналитических методов расчета метрологических характеристик время-импульсных вычислительных устройств; получении графических зависимостей погрешности экспериментального определения частотных характеристик в зависимости от вида и параметров используемого время-импульсного преобразования и вида входного сигнала; разработке, экспериментальных исследованиях и внедрении в практику частотного анализа механических конструкций опытных образцов аппаратуры.
В качестве математического аппарата в работе использованы методы спектрального анализа,численного интегрирования и теория автоматического управления.
Результаты диссертационной работы, связанные с реализацией технических средств частотного анализа, непосредственно нашли отражение в плановых хоздоговорных работах ЛЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина), проведенные в 1974-1983 годах. Опытные образцы аппаратуры внедрены на ряде предприятий. Результаты внедрений подтверждены соответствующими документами.
Основные результаты диссертационной работы получили апробирование в докладах на следующих научно-технических конференциях и семинарах: опыт проектирования и эксплуатации радиоэлектронных систем. - Л.: ЛдТШ, 1975; опыт повышения качества изделий в радиоэлектронной промышленности. - Л.: ЛДйШ, 1977 г.; Всесоюзная НТК Линейные интегральные схемы и их применение в приборостроении и промышленной автоматике. - Л.: 1978 г.; аппаратура для исследования динамических характеристик объектов и систем, анализа звука и вибраций. - Л.: ЛдТЗТП, 1979 г.; промышленные роботы и их применение. - Л.: ЛДЇГГП, 1981 г.; аппаратура для виброиспытаний и диализа частотных характеристик промышленных объектов. - Л.: ДШШ, 1982 г.; научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина) в 1976-1983 гг.
По теме диссертации опубликовано тринадцать работ и получено три авторских свидетельства на изобретение.
Работа выполнена на кафедре Автоматики и процессов управления Ленинградского ордена Ленина электротехнического института им.В.И.Ульянова (Ленина).
