страница - 58
Суммарный сигнал в подобных системах получается нестационарным по форме из-за непрерывного изменения сдвига фаз между составляющими. Этот недостаток можно исключить, если задающий генератор, используемый в вибрационной системе, предназначенной для испытаний на синусоидальные вибрации, заменить генератором сложных напряжений, позволяющим получать сумму гармоник с 1-й по 6-ю с регулируемыми амплитудами и фазами каждой гармоники. При наличии в вибрационной системе генератора сложных напряжений испытания можно проводить при строго синусоидальном сигнале на выходе вибратора, так как появляется возможность компенсации нелинейных искажений.
Система для испытаний на случайную вибрацию
Системы для испытаний на широкополостную случайную вибрацию. Передаточная фун-
кция механической системы вибратор-изделие изменяется с изменением частоты вибрации и свойств изделия.
Для компенсации неравномерности АЧХ вибратора требуются корректирующие устройства, частотная характеристика которых обрат-на частотной характеристике вибратора с установленном на его столе изделием. Для компенсации резонансов системы вибратор-изделие необходимы аналогичные корректирующие устройства с частотной характеристикой, обратной частотной характеристике системы вибратор-изделие. Поэтому в виброиспытательных системах с целью компенсации резонансов (пиков), антирезонансов (провалов), кроме устройств, задающих, воспроизводящих и анализирующих режим испытаний, вводят специальные устройства - выравниватели.
1 | 3 | |||||||
Гш | —*» | 2 | —* | Л | —*• | ч | —»• | |
7 | ||||||||
8 | ««— |
Рис. 2.3.34. Структурная схема системы для испытаний на широкополосную случайную вибрацию
с перестраиваемыми фильтрами:
1 - генератор шума; 2 - программатор спектральной плотности ускорения; 3 - выравниватель; 4 - стабилизатор уровня возбуждения; 5 - усилитель мощности; 6 - вибратор с изделием; 7- вибропреобразователь; 8- анализатор спектра
Выравниватели АЧХ с перестраиваемыми фильтрами. На рис. 2.3.34 приведена структурная ехема системы с перестраиваемыми фильтрами. В таких системахкаждый из компенсаторов выравнивателя 3 представляет собой устройство, сбдержащее перестраиваемые фильтры с переменной добротностью и элементы аналоговой вычислительной техники, реализующие обратные математические зависимости. Фильтры позволяют создавать пики и провалы в частотной характеристике. Настроив их на пики и провалы в частотной характеристике механической системы, снятой вручную или с помощью записывающего устройства, и введя определенное затухание в каждый фильтр, можно добиться полного выравнивания частотной характеристики системы вибратор - изделие.
Такой метод коррекции частотной характеристики эффективен, и с его помощью можно получить хорошее выравнивание (с точностью до ± 3 дБ). Однако он не получил широкого распространения в связи с существенными недостатками. К ним следует отнести:
необходимость снятия АЧХ системы перед проведением испытаний;
сложность настройки, особенно при наличии значительного числа резонансов;
невозможность формирования спектра случайного вибрационного процесса, отличающегося от плоского;
необходимость перестройки выравнивателя при изменении резонансных частот объекта в процессе испытаний.
Ручные выравниватели АЧХ с гребенчатыми фильтрами. Коррекцию частотной характеристики механической системы вибратор-изделие и формирование заданной спектральной плотности ускорения удобно проводить путем разделения спектра входного сигнала на большое число узких частотных полос с помощью набора узкополосных фильтров, включенных параллельно, или так называемых гребенчатых фильтров. Широкополосный выравниватель с гребенчатыми фильтрами разбивает спектр случайного сигнала, поступающего с генератора шума, на п смежных полос с регулируемым затуханием в каждой полосе.
В виброиспытательных системах с автоматическим управлением широкополосной случайной вибрацией используют принцип разделения спектра входного сигнала на ряд узких
частотных полос с помощью гребенчатых фильтров, как и при ручном управлении. Однако в состав систем с автоматическим управлением дополнительно включают устройства автоматической регулировки уровня (АРУ) в каждой полосе частот.
Основная задача, которая ставится при проектировании устройств управления широкополосными случайными вибрациями, состоит в том, чтобы сформировать на входе управляемого объекта (вибратор с изделием) такой спектр, который бы на выходе объекта отличался от заданного не больше чем на допустимую суммарную ошибку:
Gy(f)-Gx(f)
где Gy(f)
спектральная плотность на выхо-
де объекта управления; Gx(f) - заданная спектральная плотность.
Суммарная допустимая ошибка включает погрешности аппроксимации и анализа, статистическую и аппаратурную погрешности.
Погрешность аппроксимации еалщ, обусловлена способом формирования функции спектральной плотности с помощью генератора шума и набора полосовых фильтров. Она характеризует модуль отклонения функции спектральной плотности на выходе блока формирования от приведенной функции задания (/) (спектральная плотность на входе
объекта управления) и является убывающей функцией числа формирующих фильтров:
<?*1</>-
GAf)
Ф0(ЯГ
где Ф0(./У) - передаточная функция объекта управления.
Погрешность аппроксимации для /-го канала выражается соотношением
Л
&аплр
ML
24
где А/ - ширина полосы пропускания узкополосного фильтра; Gx (/) - вторая производная
спектральной плотности (мера гладкости спектра).
На погрешность аппроксимации существенно влияет шаг дискретизации спектра и форма АЧХ узкополосного фильтра. При идеальном фильтре с прямоугольной АЧХ заданная спектральная плотность аппроксимируется ступенчатой линией с шагом А. Наилучшим
отношением шага А к полосе пропускания А/
является отношение, лежащее в интервале
А * 0,5 <-< 0,7.
А/
Погрешность анализа связана с конечной избирательностью анализирующих фильтров, поэтому обычно измеряют не дисперсию на определенной частоте / а среднюю дисперсию в полосе пропускания фильтра. Она уменьшается с увеличением избирательности анализирующих фильтров, т.е. также является убывающей функцией числа каналов управления.
Статистическая погрешность естат обусловлена тем, что длительность усреднения сигналов на выходе детекторов блока анализа является конечной величиной, т.е. продолжительностью измерения дисперсии на выходе узкополосных фильтров. Для /-го канала статистическая погрешность
4W,
где Tt - время анализа. Она возникает при
уменьшении полосы пропускания фильтра, т.е. является возрастающей функцией числа каналов управления.
Аппаратурная погрешность обусловлена погрешностью преобразователей системы управления (виброизмерительного преобразования, погрешности вьшолнения математических операций, обработки сигнала рассогласования и т.д.) и не зависит от числа каналов.
Системы для испытания изделий на узкополосную случайную вибрацию. Виброиспытательные системы, предназначенные для воспроизведения широкополосной случайной вибрации, позволяют имитировать механические воздействия, наиболее близкие к реальным. Аппаратура управления такими системами сложна и дорогостояща, поэтому ее используют в крупных испытательных центрах. В заводских условиях применяют аппаратуру, позволяющую в основном имитировать широкополосную случайную вибрацию. Для этой цели используют виброиспьггательные системы, осуществляющие испытания изделий на узкополосную случайную вибрацию со сканированием сигнала по частоте. Обычно ее строят по такому же принципу, как и системы для испытания методом качающейся частоты. Однако вместо генератора качающейся частоты синусоидального сигнала используют специальный генератор узкополосного шума со сканированием средней частоты и в систему АРУ дополнительно вводят функциональный блок, увеличивающий уровень шумового сигнала в зависимости от частоты на 3 дБ/окт.
Системы для испытаний на смешанную вибрацию
Многоканальные виброиспытательные системы. Если деформация неоднотипная и конструкция имеет достаточно разнесенные частоты и пренебрежимо малую связь между деформациями, один вибратор не обеспечивает достоверных результатов. Анализ значительно усложняется, если конструкция имеет близко расположенные собственные частоты и (или) жесткосвязанные деформации.
В таких случаях механическую многосту-пенную систему сводят к одностепенной путем подбора такого вектора обобщенных сил возбуждения, при котором траектории движения точек конструкции имеют синусоидальный характер (чистый тон). С помощью дополнительных возбуждающих сил исключают все мешающие колебания и для этого тона определяют собственную частоту, демпфирование, обобщенную массу (или жесткость). Одним из критериев правильного подбора вектора обоб-
Г
щенных сил является отсутствие фазовых сдвигов между возбуждением и скоростью колебания отдельных точек конструкции.
В связи с необходимостью управления дополнительными вибраторами для возбуждения дополнительных сил требуется многоканальная система. Очевидно, что систему, содержащую несколько вибраторов одного типа, питаемых от одного или нескольких параллельно работающих источников, управляемых одним генератором, следует рассматривать как многоканальную по применяемой аппаратуре, так как она сравнительно просто сводится к системе с одним вибратором.
Таким образом, признаком многоканальной системы служит не только число вибраторов в ней, но и наличие управления уровнем и фазой возбуждаемой силы каждого вибратора.
Многоканальные системы применяют при вибрационных испытаниях больших конструкций, при исследовании собственных форм колебаний конструкции и для получения многокомпонентной вибрации.
о
Рис. 2.3.35. Структурная схема двухканальвой виброиспытательной системы:
1 - генератор; 2 - аттенюатор; 3 - инвертор; 4 - усилитель мощности; 5 - вибратор; 6 - изделие
J | -в» | > | Ч —> | 5 | =0 | |
> | Ч | |||||
J | —> | гЧ | 5 | |||
5 | - | > | —-»> | Ь | -✓ | |
J | — | о | Ч | Ь |
Рис. 2.3.36. Структурная схема многоканальной виброиспытательной системы:
двухфазный генератор; 2 - блок общего управления уровнем и фазой; 3 - блоки управления уровнем и фазой колебаний каждого вибратора; 4 - усилитель мощности; 5 - вибраторы; 6 - изделие
Простейшей многоканальной системой является двухканальная система, оба вибратора которой возбуждают силы, совпадающие по фазе либо находящиеся в противофазе (рис. 2.3.35).
В многоканальных системах необходимо управлять не только амплитудой, но и фазой колебаний каждого возбудителя с целью создания синфазных колебаний возбуждаемых
точек конструкции испытуемого изделия. Для этого в состав каждого канала системы включают различного типа фазовращатели.
На рис. 2.3.36 приведена структурная схема многоканальной системы для исследования сложных механических конструкций. Число каналов такой системы определяется числом вибраторов, необходимых для исследования конструкции испытуемого изделия.
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]