автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Системы и алгоритмы автоматического управления процессами усталостных испытаний

РГб од 2 tí ДПР 1993

САИАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕШЧЕСНИЙ УЕ5Е2РС!ГГЕТ

Ез правах рукошсп

ГЕЙТЕНКО ЕВГЕНИЙ НИКШИЕШЧ

УДК 681.51:620.178

сисши и алгоишз дшахшнзского управления

ПР0ПЕССА!Д1 УСТАЛОСТЕН! ШЫГАЕЙ

. СпгшгапьЕосгь 05.13.07 - иякгатгзашя тэхеогоппзскггг прсцзсссз и прозгсогств

АВТОРЕФЕРАТ

дпссэртшгп! на ссяскгягэ гюеоЗ стесзш капетдатэ тсп^п-зсст 'наук

Сагарз 1993

Работа кшолиэна в Сшдарско:д государственном тешлческс:.:

утпхЕэрситето.

КзучниЗ руководитель - заслуганныЕ доятслъ науки и техники

Российской (¿здерсцки, доктор технически паук, про^зссор В.Н. ¡¿лхелъг.евгч.

СЗшиалыша оппонента - доктор технически парс.

профессор Э.Я. Рапопорт

- кешнкат хсшыческпх наук, доцент U.A. ПахрэЕлчов

Еэдусзя оргезгзгася - СгларскпЗ филиал шстгтуте ыезшо-

В0Д0К2Я РАН Ei. A.A. Благонрозовв

" еотга состоится " ЛС&с?? IS30 г< Б /Q чьсов

на ассздспла спзцка.тапрогшшюго соьота Д.СЗЗ.16.01 Самарского госудзрстЕЭЕОго гггззческого ушгзрсптета по адресу: 443010, Самара, ул. ГелзггсегюБскся, 141, суд. 23.

С г^осорхащзД ЕОЗЗСКСУПТЬСЯ в с^&котоке ясшврсгтетй.

Аихорофзрат разослан

Ученый сэкрэгарь спзцкаг^зарозавного совета, к.т.е.. лощат В.Г.2л;о2

ОВДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тега. Одной из вагнейшх научко-тохничзскпх задач является создание конструкция, лкзггих шсокуа нагзгзость и долговечность. На пути создания надеишх образцов повоЯ техники, обладащях высоким качеством функционирования, значительную роль играет испытания. Больаоэ значение при испытаниях сложных ооъек-тов, в частности летательных аппаратов, приобретают вопросы прочности при воздействии механических нагрузок динамического характера.

Проектирование конструкций «тотателыг,™ аппаратов с оптимальными массогабаритныии характеристиками п длительными сроками существования невозможно без учета влияния факторов округээдей среда на механические свойстза конструкционных материалов. Моделирование таких факторов в лабораторных условиях является задачей псклэ-чительной трудности и могэт привести к списочным выводам.

Наиболее достоверные данные, учлтываядяе фактора еоздэСсчтпя округаюкей среды, могут быть получены с покоаьн портативных систем, позволяющих проводить испытания материалов или элементов конструкций в автоматическом реггаэ непосредственно в процессе орбитального полета. Создание таких систем и алгоритмов их управления является многоплановой задачей с рядом специфически* требоЕСНЕй.

Цель работы - создание алгоритмов и систем управления для усталостных испытаний, проводима в автс?.:зтпчес::о:.! рзгпме, з условиях повышенных вненнлх возмупепий п ограничений на энергопотребление.

Научная новизна. I. Разработана методика синтеза слздяздх' систем управления электродинамическим вибратором с домпнирущэй этрпцательЕсЗ обратно,! связь» по перемещении, позволена строить стенды УСТЗЛОСТПНХ ИСШТСГП5 с УЛУЧ23НЕГЛ ДПИЕ.'ПЧЗСКП'.'И свойствами.

2. Разработаны основы синтеза и пленэрного проэкгировапия, а гак?.» алгоритмы управления дискрзтно-пзпрэр^БННх прзсбразсвзтелеЗ нового класса с ограничением тока попрерыЕЗЭГо канала то рэлейпо-ч-ог закону. Построзна модель преобразователя, описываемая дифференциальным уравнением второго порядка с нелинейностью типа релейной сарактеристики, и показано, что критерий энергетической айектив-зости преобразователя наиболее чувствителен к вариациям низкочас-

tothoS состаашаэВ тока кэпрэравного канала.

3. Разработаны еоенз алгоритмы п система диагностики ыакро-трсзин на повзрхностях, основанные на ыетрическкх принципах. Предложены пространственная кояэчпозлемэнтная модель рззгстивлого датчика трота и елгорлто построения образов трзшн на основз кдэп-твХакашз датчиков.

4. Обоснованы елгорнтш (Хоргяровангя к управленая квззнстоха-стическшс процессов нагругенля при усталостных испытаниях. Разработана алгоратш, контроля выполнения граничных условий реализуемости заданного вагругзния при нестационарной нагрузке.

Практическая значго^ость. На основе теоретических и зкснери-ыэнтальЕЫд исслэдовашШ выполнены опытно-конструкторские разработки пра Еепосрэдствэнном учасгси автора. Изготовлены автоматизированная спстегга двнаютеских испытана и кошекс программ для пс-ШТЕЕ22 о S3CTKEJ нагругзЕпзы на изгнО, которые в течение двух лет угазско екшвдатирувтся в Самарской государственна:-' аэрокосыичес-кса уЕдвзрснтзтв.Разработана техническая документация и изготовлен оштек2 образец портативного стенда усталостных испытаний, которые взздрошг в ШЕтральноу сшзцкглпзнрованноы конструкторском серо.

Анробахгая рзДотк. основные результаты диссертационной раооты дккаизагксь, сбсуздалгсь s ошш одобрены на IV всесоюзной научно:- коЕфорзЕсн "Соврз::эШ1е проОлзш строительной ЫеХЕНИКИ и прочности лэтатаяышх аппаратов" (г. Харьков, 1991 г.); на науч-ЕЭ-цр2зткчоско2 козЮрешш с кэцдунвродним участке?.' "Проблемы ен-Сорлатски" (г. Cazapa, IS3I г.); на Бсосоазно^ научно-практической хсогфзрашпн "апактроприводн пзршэпкого тока с полупроводниковая цраоорззоват0ля:ди (г. Свзретовск, IS33 г.); на Всесоюзной паучно-тзгпгчзс:о2 коЕЗюрзвцзз "Црз:знэнзэ прзоорасовательноЗ техшла: в злзктраопйрготпко, электооприводаг и с.пе::троте2Е0Л0ГЕческих уста-ное:й1и (г. Тольятти, IS34 г.) п Еаучно-техничаски коррекциях СГАУ (г. Самара, ЮЭ1, IS92 г.).

Пубглаапя. По ызториалш исследований опубликовано 7 печатных работ, получено 8 авторских свидетельств на пзобрзтонне.

Структура я объем работа, Диссертация состоит из введения, 6 глав, зеглечопля, списка литературы п црнлогонпг. Работа изложена на 225 страницах. содзрют 83 рисунка и I таблицу. Текст диссертации saszsaas 143 сгргяпц,с;:0.г:о1р£ф1я еёсчстгв-з? S3 EsxBEosanüL

- б -

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность настоящего исследования и I дана обцая характеристика содержания работа по роздали.

В первой глава проводятся обзор иетодоз, -систем п устройств :тендовых испытаний, ставится задача исследований.

На основа обзора работ отечественных и зарубегЕых авторов ПРОИЗВОДИТСЯ £НЗЛНЗ ССВрЗМЭННЫХ систем СТ0НДОЕ12Х испытанна. С счетом результатов анализа я специфики настоящей проблемы для дос-дззвия поставленной цели в работа решается следуете задачи:

1. Исследования моделей натругзнного электродинамического шбратора з рзглмах его возбуждения от источников нгпрянения и то-;а и синтез систекн управления, обэспзчнвакдаП заданные дина;.<2чос-з» свойства вибратора в условиях повышенных ензпеих возмущений.

2. Разработка моделзЗ энергетических прсцессоз в дискретш-¡епрерызных преобразователях и их исследования с цэльп синтеза ал-оритков и систем эффективного преобразования энергии при одновременном сохранении качества воспроизведения сигналоз.

3. Разработка автоматических систем диагностики испытуемых :зделиа, в том числе макротрещин, основаЕннх на кзтрических прин-ииах. Создание алгоритмоз идентификации датчиков и на их основе лгоритмов построения и распознавания образов трзсин.

4. Разработка алгоритмов генерирования стохастических сигна-ов для усталостных испытанна, управления и контроля их восдроиз-едзния в условиях'нэстационарности параметров объект^ испытаний.

5. Построение автоматизированных систем усталостных испытана, их исследование и разработка прогретого обеспечения.

Зо второй главе рассматривался принципа функционирования лэктродинамического вибратора в различных рэпнзах возбуздавзя и опросы синтеза систем управления, поннпаетх его динамически войства.

С целью обеспечения необходимого для усталостных испытаний анемического диапазона Еозбупдаемых на частоах 0,1-300 Гц, сэтна-зз целесообразно пргйпзяиз элоктродпнемичэского Еибратора с уязвлением по параметру пэремэсэЕия подшашого стола вибратора от-эсительно нетодЕиглой шэтн.

Анализ динамических свойств электродинамического вибратора, зк объекта управления, производится с помощью математической мо-

доли систем "ЕиОратор-прэобрззователь шзности" в регныах источ- I ника папряЕЭная п источника токе.

В большинстве своей усталостные испытания характеризуйся консольный закрзоланиэн вспытуешх изделия, нагруааемых, например, нв изгиб. Поэтшу в качество коделн испытуемого изделия удобно принять сосредоточенную систем с эквивалентной кассой демпфированием иц и гзсткостъв Сн, соединенную со столом вибратора через

УПРУГИЙ 8Л8Н9НТ С ОвСКОШЧЕО ООЛЬЯГОЙ ЕЭСТКОСТЬЮ С^. ПОСЛв УПрОЕв-

ни2, соотвэтствувднх тазам условия* испытаний, мозшо поручить пе-редаточнув функции систеш "нагругэнаШ Еибратор-преобразователь" в рэЕЕме источника тока, связыващуа изображения переведения У(р) испытуемого изделия п тока Кр) возбуздекня:

- ЕЛ! 1 / (С,, + с )

1 Г + 2АсТсР + 1

гдо В, 1 - копструктапныэ электрические параметры вибратора:

Т|. (Ц|+НП)/(С^+СП){ Ас^Си+1)и>/г/ <*№(СЦ+С,1): V Си Е Сц -

параметра подвижной систеш виоратора, К1- коэффициент передачи преобразователя по току.

Эйеютвшм срздствш повышения динамических свойств систехы Еозбугзюния ЕатруЕэния е сшггенпя влияния внешних вознусений является глубокая отрицательная обратная связь по перенесении, позто.чу синтез спстега управления вибратора осувестзляется из условия равенства пэра даточной Функции коэффициенту передачи Кс в рабочем диапазона частот. С другой стороны, необходимо обеспечение устоЕ-чивости сдэдяазЗ систеш управления при ынксималънсй глубине обратной связи. Тшгв! образом, с пошаьв блока коррекции, включаемого в пряг:о2 тракт передачи, осуществляется операция дифференцирования, епрокакируЕзая до первого порядка соотношение, полученное из первого условия: _ „

г (р) = -- ,

(1 - Е0Н) К^О^+Сд) гдэ Н - коэффициент пэрадачи контура обратной связи.

Обусловдэнный дифференцированием подъем усиления сигналов перенесения на частотах, прзвызахшх рабочий диапазон, необходимо ограЕяалъ. С учетам этого земздошиая (интегриругаая) функция блока коррекции определяется на основе критерия устойчивости Гур-вица, записанного для характеристического уравнения следящей сис-

темы возбуядения. Расчета вздутся для нагрузки. обладающей максимально допустимой нвссоЗ и минимально дояустимым декгйарованием. Целью расчетов является определение коэффициентов передачи и пос-тояных времени блока коррекции, а тзкгз козф£щпента передачи преобразователя мощности, доставлявших вахгаыум N. величина которого определяет глубину обратной связи.

Для построения сяэдяввй системы управления с доминирущей обратной связьл по перемещения разработан тензорезисторный измерительный преобразователь перемещения, параметры которого в значительной мере определяют качественные характеристики системы.

Третья глава посвясена исследовании математических моделей, а тахзе разработке структурных схем и алгоритмов управления систем параллельного дискретного з непрерывного преобразования энергии.

С целью удовлетворения противоречивых требований высокого качества усиления заданиях сигналов и одновременно энергетической эффективности разработаны преобразователи мощности с параллельным непрерывным и дискретным преобразованием энергии. Пйротно-шшульс-ная модуляция выходного напряжения дискретного канала, кокмутцру»-иего в нагрузку более 90% энергии, определяется релейным законом ограничения тока непрерывного канала.

Математическая модель энергетических процессов в преобразователе мощности представлена в виде дифференциального уравнения второго порядка с нелинейность!) типа релейной характеристики:

+ 28 + «¿1 = ь1—а + ъ,и_ + ьаЕ(х_) , ахг <и 0 л 2 л 3 л

где е, ш0, ь1, ъг, ь3 - постояннао, спрздзлязмыэ асгавшага и реактивными элементам преобразователя н пагруски; 1л, ил - ток и нарягеЕие непрерывного канала; Шл) - релейная характеристика дискретного канала. Уравнение репаэтся аналитически с сомощьэ метода припасовывать последовательно для устойчивых состояний релейной характеристики.

Посредством численного модэлирозания с покспьи комплекса программ, реализующего модель на основа интегрирования по методу Рун-гэ-Кутта, проведены исследования чувствительности критерия энергетической эффективности непрерывного канала к вариация;,5 параметров преобразователя. В качестве показателя энергетической эффективности непрерывного канала принято действуйте значение его выходного

тока. Исследования влияния на энергетические процессы в преобразователе вромонних параметров коммутации нЕпрягенпя в дискретном канале, в Т£К23 различных ыодйдкацдй релейного закона управления проводилась с пс::сльэ еналогозой модели преобразователя в реальном масштабе вромокн.

Ка основа псслэдозгнка озартотичоских процессов а анализа приведенных результатов определены направления поиска методов уменьшения энаргегаческих потерь: снигзниз низкочастотной и постоянной состсвляхетс выходного тока н напряЕвкия на регулируете элементах непрерывного канала; повышение хщамлчоских свойств дис-кратного какала,- Для умэнкзення напряжения на рзгулируших элементах непрерывного канала разработаны преобразователи, в которых его штанге осуществляется по огибзхцзй выходного нацрягения дискретного канала. В отел случи аецряаэЕио питания непрерывного канала ДРОЕШЕЗТ шхохлез взлрпЕенгэ на «инпмально достаточную величину, что позволяет сог-фатать мсаность п потерн ызпрорышогс канала.

О цель» слияния низкочастотной составлявшей енходкого тока непрерывного кеяала в преобразователе реализован прспоракозально-Етгегрально-ДЕ^рзнциальныа алгоритм управления коммутацией нал-ря^зния в дшфзтЕса канала по релейному закону:

sn = + V +V1*-W* •

CKS3-V

где: Sa - сигнал управления дискретным еензлои: К^.К^.К, - весовые ковКацпенты, соотеэтствзпно. пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляших сигнала 1п дзтчика тока: Т - период дискретизации; v - показатель интервала интегрирования. Такой алгоритм управления коммутацией дискретного канала позволят снизить энергетические потеря в высокочастотной области рабочего диапазона частот, обусловленные фазовым сдвнгоы выходных напряжений каналов. Одновременно повышается энергетическая эффективность преобразователя при малых е средних уровнях модности путем дополнительной "подкачки" энергии дискретным каналом.

В четвертой главэ предлагается ноше алгоритмы е системы диагностики ыакротрзквн нз поверхностях элемзнтоз конструкций, основанные на метрических принципах.

Для получения ПЕйорыацзш о механике разрупения н особенностях пзрахода нспытуемш ездзлиП с трещинами в критическое состояние

разрушения используются фольговые датчики трещин, выполненные в виде проводящего слоя гребенчатой конфигурации, нанесенного на пзолирукщуы пленку. Лепесткам датчика придаются идентифицирующие признаки в виде токоз 2Г'10, где п - номер лепестка. Упорядоченное кногаство велики: токоз сохраняет свою значимость после суммирования и преобразования в ряд значений, соотзетстзугщкх номерам лепестков. Преобразование однозначно, поэтому множество номеров лепестков удовлетворяет условиям линейкой метрики по координате, перпендикулярной лепесткам, с точностью до расстояния мекду ними.

Комплекс программного обеспечения .диагностики трещин содержит программу распознавания трещин, их классификации и регистрации в виде истории развития. Применение нескольких датчиков* зарегистрированных в памяти ЭВМ в форме плана расположения, обеспечивает наблюдение слоганх объектов Сольной протяженности.

Для диагностики треки? ио двум координатам (метрика на плоскости) разработаны датчики с дрзвозилкей конфигурацией лепестков. Параметрами. соответствующими координатам, является: номер "х" лепестка в составе ступени (одного порядка разветвления) и номер "у" ступени в составе ветви. Для древовидных датчиков не всегда удается установить однозначнее соответствие значений токов и по::зров лзпзсткоз, полученных з результате преобразования. Однако путей дополнительных экспериментов с другнга кайпнанпяст входных и енходеуа сигналов, получг?мы?£т з результате переключения схемы измерений, образ уточняется. При этом матрицы значений тсхов, со-отвзтстстзуЕщие измерительном экспериментам, су^пруэтся:

где [1^] - и

-{

[У - И • [4] ♦... < ™

!зтрица входных а выходного токоз з-еоЗ схема измере-

7 матрицы :тожества целых лепестков определяться

соотношением ^ г о, если I - О

^ = \ ^

I , если 0 -

С целъэ поеыпзния точности определения координат трещин разработана система диагностики с датчиками, содерзащими резистивный слой непрерывного покрытия или решетчатой конфигурации. Построение образов тредпв производятся на основе конечноэлементной модели датчика, веющей пространстЕеннуо репетчатуэ структуру. Масштаб-

представления задается условным сопротивлением Л^ элементарного резистора модели и соответствующим шаговым линейным размером. Размерность Х«У решетчатого датчика определяется числом вертикальных и горизонтальных линий резистивного покрытия. Структурные связи и параметры модели описываются системой (Х-1)(У-1)+С линейных уравнений для токов I в ее элементах, составленных по законам Кирхгофа:

Гр«^; р^: 10: ес: йс) = о

где р = 1,2.....(Х-1) (У-1 )+С; И^.Н^,- параметры резистивных элементов модели; 1С,ЕС,НС - параметры с-ой измерительной линии.

Для идентификации датчика, на определенных направлениях, образованных его выводами, измеряются токи при подключении эталонного напряжения. В соответствии с результатами измерений путем итерационной процедуры производится адаптация модели, то есть поиск образа трещин. Критерием успешного завершения поиска образа служит минимум квадратичного функционала разности соответствугщих токов, полученных в результате измерений, и расчетных:

СКТ.-У) = I И"<Т> - .

С=1

где 1"(7) ~ расчетное значение тока, найденное на 7-ом шаге; 1о(V) - значение тока, полученное в v-тoм цикле измерений.

Повышение точности определения образов трещин достигается путем увеличения размерности модели и числа выводов резиолшных датчиков. Для увеличения чувствительности измерения проводятся последовательно с помощью одной измерительной линии на всех направлениях, затем усредняются, сравниваются с результатами предыдущего цикла измерений, а их разница оценивается. Направления экстремальных приращений определяют начальные координаты поиска минимума критерия невязки. В функционал критерия вводятся значения токов по всем направлениям, на которых регистрируется приращение. Таким образом производится усреднение по ансамблю измерений.

В пятой главе рассматриваются вопросы генерирования, анализа к управления процессами нагрузкения при усталостных испытаниях.

Процесс нагружения объекта испытаний осуществляется в старт-стопном режиме в течение интервала времени, определяемого размером выборки численной реализации. Формирование и анализ стохастических сигналов нагруаения производится посредством быстрого преобразова-

нал Фурье в паузах, имеющих пренебрегло малую длительность в сравнении с интервалом нагружения.

При моделировании реальных эксплуатационных нагрузок для усталостных испытания решающее значение имевт амплитудные значения флуктуаый, свойстве шеи случайным явлениям. В основу алгоритмов моделирования реалышх процессов нагрузения положено их известное представление в виде суперпозиции гармонических составляших различной амплитуды и частоты, имеющих случайные значения фаз:

•л ---

Z(Jfit) = X т 2S, (illtd) ДШ COS (hAWjAt + ф(ПЛО))] ,

к=1

где Z(jAt) - ординаты случайного процесса; 3„(Ьди) - спектральная плотность; <p(hiu) - фаза; ды, дг - интервал дискретизации по времени и частоте; М > 10-15 - число спектральных составляющих.

В процессе испытаний осуществляется управление статистическита характеристиками нагружения и их стабилизация, что обусловлено нестационарностью передаточной функции объекта управления, вызванной изменением характеристик испытуемого изделия по мере накопления в кем усталостных повреждений. Спектральная плотность S (hAu) заданного сигнала перемещения представляется в логарифмическом масштабе г. в диапазоне частот 0,5-304 Гц разбита на 18 спектральных составляших. Поиск спектральной плотности S^(iuu) входного сигнала с целью получения спектральной плотности Sv(!mu) отклика (на испытуемом изделии), близкой к заданной Б2(Пди), производится из условия достижения минимума квадратичного функционала

Н h=i h 2h vh

где S„h, Svh - составлявшие заданной и действительной спектральных плотностей; Фь - коэффициенты веса; Н = 18.

В процессе поиска экстремума функционала <5 по методу градиентов в области некоторого рабочего peseta производится вычисление

[¿зтрнцц производных L размерностью Н»Н: 1 J °

Контроль воспроизведения заданного вагругзкия основан на том, что в случае линейности режима матрица Ь оказывается диагональной. Превышение величины недоагональЕых элементов матрицы заданного уровня в является необходимей условием для проведения дополнитель-

ного анализа режима нагружения. Условиями, достаточными для классификации превышения границ реализуемости перемещения или силы, служат, во-первых, нарушение центрированности процесса нагружения, во-вторых, к таким условиям необходимо отнести снижение коэффициента передачи той или иной спектральной составлявдей при одновременном появлении соответствующих ей нечетных гармоник.

В шестой глзве рассматриваются вопросы технической реализации систем усталостных испытаний на примерах построения автоматизированной системы динамических испытаний и портативного стенда.

Автоматизированная система динамических испытаний построена по гибкой технологии, позволяющей оперативную перестройку, подключение и отладку устройств из состава портативного стенда. Управляющая ЭВМ автоматизированной системы и вычислитель портативного стенда аппаратно и программно совместимы и объединяются в локальную сеть. При подключении клавиатуры, дисплея и установке специальной микросхемы постоянного запоминающего устройства портативный стенд тестируется и программируется на языке Ассемблер.

Е состав автоматизированной системы динамических испытаний входит информационно-измерительная система с устройством связи с объектом, выполненным в стандарте КАМАК. Система возбуждения нагрузок содержит дискретно-непрерывный преобразователь и электродинамический вибратор,.развивакций усилие до 450 Н. Сигналы, возбух-даемые вибратором, контролируются с помощью измерительных преобразователей перемещения (тензорезисторного) и ускорения (пьезоэлектрического). Контроль испытуемых изделий осуществляется посредством систем диагностики с датчиками трещин, размещенными на изделиям, и сигнальными тензодатчкками напряжений на удлинителях.

Комплекс программ для усталостных испытаний с жестким нагру-жением на изгиб состоит из трех информационно связанных комплексов. Программный комплекс PROT предназначен для анализа и документирования входных и выходных данных испытаний, оформляемых в виде протокола испытаний. Протокол содержит входные данные: характеристики испытуемых изделий и условия испытаний, а также выходные данные: историю развития трещин и наработку до полного разрушения.

. С помощью программного комплекса DIAG производится тестирование системы динамических испытаний и идентификация процесса нагружения. Формирование спектральной плотности сигнала перемещения осуществляется из условия достижения критерием невязки величины,

гаоньшей задаваемого значения. Нагругякио производится посредством программного комплекса NACR в старт-стопном рекиме с кратковременными паузами, обусловленными анализом показаний датчиков состояния испытуемого изделия и формированием новых выборок численной реализации сигнала нагругения. .

Портативный стенд конструктивно разделен на две компактные части: электродинамический вибратор с датчиками и испытуемыми образцами в виде кассет, подключаемых по командам управления, и устройство управления и электропитания.

Устройство управления вклячвет дискретно-непрерывный преобразователь модности и импульсный источник электропитания. Вычислитель устройства управления выполнен по магистрзльно-модулыюму принципу с микропроцессорным интерфейсом "общая пина" и обладает адресный пространством 64 КБайт. Штатный комплект портативного стенда содержит (в постоянном запоминающем устройстве) объектный модуль nporpawnj испытаний с полнгармоцическим нагрукением.

Обмен данными кезду вычислителем и устройством связи с объектом осуществляется через порт ввода-вывода программируемого параллельного интерфейса. Для связи с ЭВМ верхнего уровня вычислитель содержит канал с последовательной передачей информации в дуплекс-пом ренине по протоколу интерфейса радиального последовательного.

Тестирование а коррекция аналоговых и аналого-цифровых кана-лоз преобразования информации портативного стенда производится автоматически, путем их перестройся з кольцевые концентрические структуры вокруг ядра, образованного аналого-цифровым преобразователем, кс!гмутаторсм и источником образцовых напряжений. Портативный стенд мопет применяться для проведения испытаний (в том числе гзогскомпсЕентЕых) в стационарных условиях путем установки сменного модуля питания от сети переменного тока напряжением 2203.

Апробация программ усталостных испытаний и проведение испытаний в условиях, приближенных к реальной эксплуатации, показали эффективность портативного стенда. Эксплуатация автоматизированного стенда динамических испытаний позволила получить опытный материал, который использован при разработке псвой техники.

Б приложениях прздставяеш таблица разделения диапазона рабочих частот, образец протокола усталостных испытаний, акт метроло-гпчоско" аттестации и доку::зЕга, Еодтвзрзкагщпе внедрение рззуль-тлтоз рГ'.б-сти п ЕолучоЕЕЗй тегпхпсо-зксЕсг^г-сский ЗффЗКТ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЕЫЗОДЫ

В диссертационной работе получены следующие основные научные и практические результаты.

1. Сформулирован комплекс научных и инженерных задач по разработке аппаратных и программных средств автоматизированных портативных систем усталостных испытаний.

2. Разработана методика синтеза следящих систем управления электродинамическим вибратором с доминирующей отрицательной обратной связью по перемещению. Предложены структурные схемы систем управления с коррекцией в прямом тракте передачи и тензорезисторным преобразователем перемещения, улучшающие динамичесгае сеойстеэ вибратора.

3. Разработаны основы синтеза и инженерного проектирования преобразователей мощности с параллельными канала?,и непрерывного и дискретного преобразования энергии и широтно-импульсной модуляцией. На базе построенной математической модели энергетических процессов в преобразователе показано, что критерий его энергетической эффективности наиболее чувствителен к вариация;-.! низкочастотных составляющих тока и напряжения непрерывного канала.

4. Разработана структурная схема преобразователя с питанием непрерывного канала по огибающей выходного напряжения дискретного канала, позволяющая уменьшить..низкочастотную составляющую напряжения непрерывного канала. Разработан алгоритм пропорю: нально-дкф-ференциально-интегрального управления ког<ыутацией дискретного канала, снижающий низкочастотную составляющую тока непрерывного канала и повышающий динамические свойства преобразователя.

5. Разработаны новые алгоритмы и системы диагностики макротрещин на поверхностях по одной и по двум координатам, основанные на метрических принципах. Представлены алгоритма построения образов трещин посредством идентификация фольговых датчиков трещин гребенчатой и древовидной конфигураций.

6. Разработаны алгоритмы диагностики макротрещш, основанные на идентификации рэзистивного датчика с помощью конечноэлемзнтной пространственной модели. Приведены результаты исследований моделей датчиков и средства повышения точности построения образов.

7. Разработаны алгоритмы управления и формирования квазислучайного сигнала нагружения (для усталостных испытаний) как супер-

позист спектральных составлявших со случайншгл значениями фаз. Контроль выполнения граничных условий реализуемости задания производятся на основе анализз матрицу связи приращений спектральных плотностей входного л выходного сигналов нзгрузкения.

8. Практическая реализация положений настоящей работы осуществлена з разработках автоматизированной системы динамических испытаний, ко;ллокса программ для усталостных испытаний с зестгапл наг-руженигм на изгиб л опытного образца портативного стенда усталостна испытаний. Степда проалз метрологическую аттестацию, а также с-ксперзгентальпу» апробацию я внедрены в инженерную практику от-рзсла. Техкнчес:гиз решения, использованные в разработках, защищены 8 sBTopciCTGi свидетельстве^ на изобретения.

По тэ?:э диссертации опубликована слэдугз» работы:

1. Гейтенко 2.Н. Автоматизация усталостных испытаний: Тезисы докладов // Современные проблемы строительной механики и прочности лэтатзлышх аппаратов: 17 Всесоюзная научная конференция / Харьк. ганец, институт, Харьков, IS9I. С. 102-103.

2. Гейт-зпко S.H. дзтсмзткческое убавление усталостными ис-пытацаяа: Ггз. докл. // Прсблега информатики: научно-практическая "оп'Цйрэнция с междунзролаш участием / Самгра, 1991. С .102-103.

3. Гейтенко E.H., :.'лхэлькевяч В.Н. Рациональный по энерго-потрэбзшэ электропривод стенда вибрационных испытаний // Системы 'атс:г2г.г!:?с;-:ого управления электроприводам: Пегззузовскпй сборник :-.зу::;:а: тру;;сз / Чувпч. госуд. унггвзр., Чебоксары, IS37. С.9Э-104.

■i. Гзлтоксо З.М., Г^згелькеЕзч В.Н. Дкяаютоскпв свойства с.:. устало стлзе пс,з:тгпиЛ // Мзхгяотронпыэ спстегз л их элс-мзя-r::: usj^zn: трудов / КЭШ, Новосибирск, 1932. С.23-34.

5. E.H., ЗСост М.П. Кзпрзрывно-ггпульснке преобразо-

zzrjri с ггхедегг пзр:"Ь22его тс:ш: Тез. дек. //Применение просбра-тзхгг.:л з элзктрозрпсодзг и олехтротэхнологпческах ус-Всгссхз. язучпо-теш. / Тольятти, 1984. С.41-42.

3. !.'з:альг.г2П З.Н., Гс-Зтз:-;о E.H. Напрернвно-зшульспыз пре-сбрсговзтэлз нззрллзнпя заданной Форш: Тезисы докладов //Злектро-пргяет цэрзмэнного тока с полупроводниковыми преобразователями: Псзсогхз. научно-практ. коиТзрзн. / УШ1, Свердловск, I3S5. C.BS-70.

7. ГзИтзегсо З.Н., Ерпсов С.Л. Система сзтс?.гэтического копт-

тро~:л: Тгсгса дсятадоз // Со^рзпзпЕне проблемы строительно;!

механики и прочности летательных аппаратов: IV Всесоюзная научная конференция / Харьк. авиац. институт, Харьков, 19Э1. C.I58-I59.

8. A.c. & 780789 СССР. 1£КК К02М 7/537. Транзисторный инвертор / Гейтенко E.H. (СССР). X 2794173/24-07; Заяв. 19.06.79; Опубликовано 18.07.80.

9. A.c. & 890541 СССР. ШШ HD2P 13/18. Способ формирования квазисинусоидального напряжения/ Гейтенко E.H.(СССР).£ 2794174/2407; Заяв. 19.06.79; Опубликовано 15.12.81, £ 46, С.283.

10. A.c. J6 1029356 СССР, УКИ Н02Ы 7/48. Преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной формы / Гейтенко E.H., Козин ц.П. (СССР), й ¿335611/24-07; Заяв. 04.09.81; Опубликовано 15.07.83, J6 26, С.208.

11. A.c. Я 1136283 СССР, МКИ HQ2IJ 7/537. Преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение заданной форгл! / Гейтенко E.H., Козин М.П. (СССР), й 3595368/24-07(22); Заяв.26.05.83; Опубликовано 23.01.85, Я 3, С.192.

12. A.c. JS 1615852 СССР, ШШ HD2H 7/537. Способ управления преобразователем электрической энергии / Гейтенко E.H.. Кнхельке-вич В.Н., Козин М.П. (СССР). Я 4363187/24-07(22); Заяв. 21.12.87; опубликовано 23.12.90, £ 47, С.244.

13. A.C.Ä 1739270 СССР,. ШШ G01IÍ 27/01.Способ обнеруЕония появления и развития тревин / Гейтенко E.H., Тарасов Ю.Л., Илхелько-вич В.Н. и др. (СССР). Jé 48400117/10; Заяв. I9.0S.S0; Опубликовано 06.07.92, & 21, С.75.

14. Заявка £4763355/28 СССР.ЫКИ G01H 3/32. Стенд для усталостных испытаний образцов на изгиб/ Гейтенко E.H., Кихелькевич В.Н., Тарасов D.JI. и др. (СССР). Заяв; 07.02.92. РеЕэние овыдаче а.с. от 28.09.91.

15. Заявка ü 4938786/25 СССР, ИКИ G01II 27/20. Способ определения времени и места появления трепщн/ Гейтенко E.H. .Ерисов С.1..

Гадалин Н.И.(СССР). Заяз.27.05.91. Решение о выдаче a.c¿ 15.12.92.

—

Подписано в печать 25/Я4Л .Формат 60x84 I/I6. Офсетная начать. Усл.п.л.1,0. Уч.-из.л.1.0. Tupas 100 экз. Заказ JS Бесплатно. Участок оперативной полиграф: СГАУ, Самара, ул. Ульяновская, 18.