автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Системы спектрального анализа сложных процессов с дополнительной обработкой входных сигналов и результатов измерений

1 п . -ч 19. >

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА

На правах рукописи

БАШИРОВА АЛЬФИЯ ГАЗИЗОВНА

УДК.621.317.7.

СИСТЕМЫ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СЛОЖНЫХ ПРОЦЕССОВ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКОЙ ВХОДНЫХ СИГНАЛОВ И РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.12.17 - Радиотехнические и телевизионные

системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 1994

Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете ш. А.Н.Туполева

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор . Урецкий Я.С. ,

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сафиуллин Н.Э. кандидат технических наук, с.н.с. • Насыров И.З.

Ведущзя организация: • КФ НИАТ, г. Казань

Защита состоится _"_июня_1994 г. в ___ часов.

на заседании специализированного совета К.063.43.05 при Казанском государственном техническом университете им. А.Н.Туполева по адресу :

420111, г. Казань, ул. .К.Маркса, 10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан " 24 " мая_1994г.'

Ученый Секретарь специализированного совета кандидат технических наук

В.А.Козлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.При разработке новых транспортных средств и юрудования различных отраслей промышленности серьезное внима-1е уделяется вопросам уменьшения шума и вибрации, возникающих эи их работе. Международные правила и стандарты требуют снижения с влияния на человека и окружающую среду. Кроме того, высокие эовни вибрации и шума приводят к поломке собственных узлов и аг-эгатов транспортных средств.

Высокая потенциальная эффективность методов и систем спект-ального анализа виброакустических процессов обуславливает целе-эобразность их применения на различных этапах проектирования, эоизводства и эксплуатации транспортных средств и оборудования, эи разработке мероприятий по снижению уровня вибрации и шума.

Известные экспериментально-расчетные методы и системы спект-эльного анализа не всегда удовлетворяют требованиям, предъявляема! к испытаниям транспортных средств, из-за сложного характера, яброакустических процессов транспортных средств вследствие их ирокополосности, большого динамического диапазона, многообразия вдов: широкополосные и узкополосные случайные процессы, полигар-энические процессы,' а также их смеси. Поэтому для измерения их центральных характеристик требуются различные, адекватные каждой эдели, методы спектрального анализа.

Таким образом, задача повышения качества спектрального ана-иза виброакустических процессов транспортных средств и их обору-эвания является актуальной.

Цель работы. Разработка эффективных методов и систем измере-ия спектральных характеристик виброакустических процессов транс-ортных средств, повышающих качество спектрального анализа.

Методы.....исследования. Основные научно-практические результаты

олучены путем систематизации и теоретического обобщения достиже- . ий в области виброакустических исследований и спектрального ана-иза стационарных виброакустических процессов.

Теоретические исследования базируются на использовании сов-еменных методов теории вероятностей, случайных процессов, мате-атической статистики, спектральных преобразований случайных про-ессов, системного анализа и математического программирования, ля сравнения качества методов спектрального анализа используются звестные модели спектров и числовые1 примеры. .

Экспериментальные исследования проведены с использование; современного виброакустического испытательного оборудования средств спектрального анализа в реальном масштабе времени, ПЭВМ.

Научная новизна

1. Исследованы тенденции развития аппаратуры спектральноп анализа на основе патентной информации. Установлено, что наиболе» перспективны анализаторы параллельного действия на основе линейной фильтрации как в аналоговом, так и в цифровом исполнении, Распределение патентной информации по целям изобретения показало, что сегодня наименее иоследов&чы вопросы уменьшения методически} погрешностей.

2. Исследованы переходные искажения систем спектральной анализа, порожденные неортогональностью АЧХ анализирующих фильтров. Установлено, что представление АЧХ анализирующих фильтров I виде функций отсчетов ортогонализирует каналы анализа и позволяем применить алгебраический метод для восстановления спектра в виде непрерывной функции чаототы. Разработан метод спектрального анализа, учитывающий неортогональность АЧХ анализирующих фильтров \ априорную информацию об измеряемых с-пектрач и позволяющий получить оценки спектра в произвольных полосах, используя измерительные каналы с постоянными частотными характеристиками.

3. Установлено, что погрешность смещения можно уменьшить путем предварительной обработки (выравнивания) спектра за счет дополнения его спектром сигнала, зависимого или независимого 01 исследуемого сигнала. Выигрыш метода тем больше, чем выше степень изрезанности спектра исследуемого сигнала.

4. Исследована флуктуационнзя составляющая методической погрешности. Установлено, что статистическая погрешность зависит от вида анализируемого спектра (ее равномерности в полосе анализа). Разработан метод адаптивного усреднения, позволяющий по достигнутой % величине статистической погрешности и экспериментально определенному времени анализа оценить ширину неравномерности внутри полосы анализа, что кроме того уменьшает и погрешность смещения.

5. Исследованы переходные искажения систем спектрального анализа детерминированных полигармонических процессов. Установлено, что сужение полосы анализа для уменьшения переходных искажений приводит к увеличению необходимого времени анализа. Разработан метод обострения распределения откликов фильтров, повышающий точность определения частоты и амплитуды гармоник при испольэова-

:и фильтров с сильноперекрывающимися непрямоугольными АЧХ.

б. Исследованы вопросы контроля многоточечной случайной виб-ции для управления параметрами имитируемой вибрацией. Установ-но, что оценка спектра тога подвижной катушки вибровозбудителя >зволяет учесть все пространственные механические резонансы испиваемой конструкции. Разработан метод контроля спектра имити-емой вибрации на основе измерения спектра тока подвижной катуш-позволяющий исключить необходимость определения контрольных чек и установку множества вибродатчиков. Для контроля многотомной вибрации разработан также экспериментально-расчетный мед, позволяющий получить, спектр в каждой контрольной точке в ви-■ функции отсчетов с числом отсчетов Р»МхМ,испольвуя М-канальный нлизатор, последовательно подключавши к N контрольным точкам.

Практическая ценность, реализация и внедрение_результатов ¡следовании

Предложенные новые методы повышения качества спектрального ¡ализа виброакустических процессов являются базой для создания ¡фективнкх экспериментально-расчетных методов 'и систем для изменой спектральных характеристик виброакустических нагрузок.

Результаты работы, реализованные в виде отдельных устройств, ютем и методик, внедрены в КАЙ, СНИИА, КШ, ЦАГИ, ЧТО, СОКБ Ж, ПППО, ИПФ.

Разработанные устройства и системы защищены авторскими сви-

¡тельствами, 8 авторских свидетельств использованы в промышлен-юти.Материалы диссертации и приборы используются в учебном пропсе для студентов радиотехнического факультета Казанского госу-¡рственного технического университета.

Апробация.; работы. Основные положения диссертационной работы ¡кладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической кон-фенции "Автоматизация экспериментальных исследований" (Куйбы-з,1Э78), научно-технических конференциях . КАИ (Казань,1978 .982,1994),научно-технических конференциях ."Вибрация и шумы лег->вых автомобилей" (Тольятти,1977,1982), научно-технической кон-фенции "Математическое обеспечение проектирования в машиностро-[ии" (Харьков,1978), региональной научно-технической конференции 'правление виброиспытаниями" (Челябинск,1979), а также на 10 ;есоюзных и отраслевых научно-технических семинарах. Системы и зтройства демонстрировались в 1978-1988 гг. на ВДНХ СССР и отме-?ны медалями. Отдельные системы демонстрировались на междунзрод-

кых выставках з Чехословакии и Монголии. В 1984г. работа по тек "Методы и системы формирования случайных процессов" на конкурс научных работ КАИ заняла 3 место.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 45 работ в числе которых 29 авторских свидетельств и 4 патента ВеликоОри тании, ФРГ , Финляндии и США.

Структура и объем.диссертационная работа изложена на 14 страница;-; машинописного текста, иллюстрируется рисунками и табли цами на 44 страницах и состоит из введения,4 главзаключения,спи ка литературы из 110 наименований и приложения на 16 страницах,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности работы и показано что требование повышения качества измерения спектральных карайте ристик виброакустических процессов ставит задачу разработки эф фективных методов и систем измерения спектральных характерно™ виброакустических процессов, описываемых различивши моделями Приводятся структура диссертации и основные положения, вынооиш на защиту.

В_первой... главе проводится общий анализ проблемы измерени; спектральных характеристик виброакустических процессов транспорт' ных средств, рассматриваются модели и характеристики вибрационны; и акустических воздействий. На примере автомобильного транспорт; рассматривается природа возникновения шума и вибрации. Приводите: анализ источников шума и вибрации автомобильного транспорта. Последствиями воздействия шума и вибрации являются поломки собственных узлов,агрегатов и приборов, вредное воздействие.на водителя ] пассажира, на окружающую среду.

Для исследования вибрации и шума транспортных средств широкое распространение получили спектральные методы, в которых дли описания виброакустического процесса используется ее пространственно-частотная модель.

На основе анализа примеров реализации виброакустических процессов транспортных средств в работе приняты следующие модел] вибрации и шума: гармоническая и полигармоническая вибрация I шум; узкополосная и широкополосная случайная вибрация и шум; смесь полигармонической и случайной вибрации и шума.

Известные системы спектрального анализа не удовлетворяй'] требованиям задач диагностики вибрации и ¡¡¡ума транспортнье

зредств из-за значительной методической погрешности вследствие зирокополосностк, большого динамического и частотного диапазона., иногообразия видов виброакустических процессов.

Математические модели процесса измерении спектральных характеристик представлены в виде упорядоченных множеств, отображающих зешения задач наблюдения и классификации.

Качество спектрального анализа характеризуется множеством юказателей iKn>iN, из которых главным показателем выбрана пог-эешность анализа ДВ. остальные (такие как динамический и частотой диапазоны, время анализа Та) переведены в разряд ограничении.

Задача разработки систем спектрального анализа формулируется следующим образом: требуется найти метод спектрального анализа R, лруктуру системы S и ее параметры П, которые обеспечивают min ¿G(R,S,n) при Kn { Knd }iN -CR, 3,П)

'де ДЗ = SS(iö) -G(m) |; G(m) , 6(м) - спектр и его оценка соответственно; { Knd >iN- множество допустимых показателей качества; ря заданного множества классов•спектров В.

Общей задачей теоретических исследований является создание эффективных методов спектрального анализа виброакустических процессов с использованием современных средств вычислительной техни-ш, повышающих качество спектрального анализа. Экспериментальные задачи работы состоят в разработке и внедрении в промышленность эффективных систем для измерения спектральных характеристик виб-зоакустических процессов.

Частные задачи заключаются в разработке методов построения и технической реализации различных вариантов систем.

Таким образом, в диссертации решаются следующие задачи:

1. Разработка методов спектрального анализа виброакустичес-шх процессов; измерения спектральных характеристик имитируемых шброакустических процессов; проектирования систем измерения шектральных характеристик.

2. Разработка систем для измерения и контроля спектральных сарактеристик виброакустических процессов;

3. Внедрение методов и систем'в промышленность.

Во второй_главе рассматриваются методы спектрального анализа злучайных, и детерминированных виброакустических процессов, а так-ш метрологические характеристики средств спектрального анализа. Тредлагаются и исследуются новые методы повышения качества опект-

- б -

рального анализа случайных стационарных виброакустических процессов, полигармонических процессов и их смеси.

Разработаны эффективные методы измерения спектра случайны? процессов на основе ортогонализации базионых функций для двух вариантов реализации - аналогового и цифрового. Аналоговый вариант позволяет получить систему квазиортогональных Оазисных функций О при ы = Ю1 1 * к

L(iúk, .<!>)

'1 при ш = «к

для всех и , кроме со = «и и со = <01

(Zk^l/Zk)* + (Zk/R )*■

При цифровом исполнении спектр G(w) и базисные функции L((o,Wk) представляются в виде функции отсчетов : g _ sin 2% //ко (<о - К /ко)

В (со) = Е Gj,

П-1 " /Дм (со - К Да)

sin 2ñ /Дш (to - К Дсо)

к 1 2й /Дсо (со - К Да)

Используя результаты параллельного анализа Вп:

Д(0 »

Вп - — I б(и)-Ьп(со)ско , 2% -ю

можно восстановить функцию Б(о^) ( если интервал До) выбрать е соответствии с теоремой Котельникова). При этом реализуются преимущества как последовательного , так и параллельного анализа.

Предложен метод уменьшения среднеквадратической погрешности, основанный на учете взаимного перекрытия АЧХ анализирующих.каналов. Алгоритм метода разработан для реализации в аналоговом и цифровом исполнении. При аналоговой реализации вводятся специальные межканальные связи, а при цифровой - используется дополнительная обработка результатов спектрального анализа путем решения системы линейных уравнений вида

- а кп

03

где а кп = 5 А2к(ь>)с}ш, 0к = $В(со)Агк(со)с1и) - измеренное значение

Шп •

дисперсии в к-ом канале.

При этом, выбирая полосы неравномерными (используя априорную информацию об измеряемых спектрах) можно получить более точные оценки.в полосах неравномерностей спектров, используя измерительные каналы с постоянными частотными характеристиками.

Среднекгадратическая погрешность оценки определяется

швестнш соотношением

(Д(0к)4СВ" (ш)]2 2тг-а

(23Г)4 576-ПЗ(й)]2 Та-Д^к

Погрешность смещения 8см тем больше, чеи более неравномерен

измеряемый спектр 3(ы). Второй член описывает статистическую пог-юшность еСт, причем коэффициент а равен 1 только при равномерном 3(<1>) в полосе частот и идеальном АЧХ фильтра. Показано,что умень-шть £См- можно выравниванием спектра исследуемого сигнала.Лред-гожены различные варианты выравнивания, приведена оценка их точ-гасти по сравнению с традиционным методом параллельного аналиа.

Для обеспечения требуемой точности намерения при. отсутствии шриорной информации об анализируемом спектре предложен метод эдаптивного усреднения по времени, который заключается в контроле ;азности йОк оценок спектра В(«к) на п-с-м и (п-1)-с-м шагах изме-;енкя, которая сравнивается с заданной статистической погрешностью до выполнения условия ДБк /Вк < ест.эад.- Метод позволяет уценить добротность неравномерности внутри полосы анализа, что (ополнительно уменьшает и погрешность смещения.

Для устранения переходных искажений при анализе детерминированных полигармонических воздействий рассмотрен метод послеизме-жтельной совместной обработки результатов последовательного и

параллельного анализа путем решения системы уравнений вида " я(%г (0к)2

А(Д(0к) = Е Ап ехр<---—-- }

П_1 2 йсок !

где Ап - амплитуда п-ой гармоники; А(Д«к), «п - результаты параллельного и последовательного анализа, соответственно.

Разработаны метод и программа обострения распределения отк-шков анализирующих фильтров и уточнения частот и амплитуд гармо-шк, позволяющие использовать фильтры с сильноперекрывзюпщмися ^ЧХ, что ускоряет процесс измерения.

Разработан эффективный метод измерения спектральных характеристик для случая, когда исследуемый виброакустический процесс содержит полигармоническую и широкополосную случайную составляющее, Сначала выделяют гармонические компоненты, а затем измеряют 1астоты и амплитуды выделенных компонент.

В третьей главе исследуются методы формирования и анализа имитируемых на вибростенде колебаний,основанные на знании алриор-гай информации об особенностях сформированного спектра и испыта-

- в -

тельного оборудования.

Анализ традиционной системы имитации виброакустических про' цессов показал, что ее реализация требует использования систем идеально ортогональных и стабильных по параметрам полосовых фильтров и линейности АЧХ виброакустических возбудителей. Результат! контроля имитируемых виброакустических процессов зависят от выбора точки контроля на испытуемом изделии, поэтому приходится измерять спектры е нескольких контрольных точках и управлять формированием по усредненному спектру.

На основе проведенного анализа разработаны эффективные методы формирования и анализа виброакустических процессов, позволяющие уменьшить погрешность систем имитации вибрации (СИВ) и расширить класс формируемых спектров.

Для уменьшения погрешности смещения при контроле имитируемы? случайных вибраций может быть использован метод выравнивания измеряемого спектра с учетом знаний числа и вида АЧХ формирующих каналов, т.е. структура формирователя дополняющего сигнала може! быть выбрана идентичной структуре осноеного формирователя.

Параметры формирователя дополняющего сигнала определяются ие условия:

AU + BV = Go,

где G0 - уровень выравненного спектра, А = | 1 - матрица коэффициентов

со

akn = 1/2яДй>к У ф£к(ы) -К2в(«) ,

—со

U = lui...Un!!1- вектор управления,определяющий коэффициент усиления основного формирователя, В = || bkn | - матрица коэффициентов

со

bkn = 1/2лАйк £ ф2к(") 4,2on(«)dw ,

—со

V = sVI...Vnll1- вектор управления, определяющий коэффициенты усиления формирователя дополняющего сигнала,

<Pk(to), Фп(«)5 Фоп(^) - АЧХ к-го анализирующего, n-го основного и n-го дополняющего формирующих фильтров соответственно.

На примере трехканальной системы формирования показано, что погрешность смещения, характеризующая СИВ с дополнением, существенно меньше погрешности традиционной системы при использовании набора фильтров с теми же АЧХ, причем, чем неравномернее имитируемый спектр, тем больше выигрыш.

Повышение прямоугольнооти АЧХ формирующих фильтров традици-

энными методами (использование фильтров высокого порядка) приводит к значительному усложнению и удорожанию СИВ. Предложен способ получения набора фильтров с квазиортогональными АЧХ с использованием простых ЬС-фильтров первого порядка.

При отсутствии априорных знаний механических свойств испытуемой конструкции возникают сложности в выборе точки контроля. Предложен способ контроля спектра при испытании конструкций на электродинамическом вибростенде, при котором измеряют спектр тока подвижной катушки вибровозбудителя, что позволяет учесть все пространственные механические резонансы конструкции.

Предложен метод контроля спектра многоточечной случайной вибрации в N точках конструкции в виде Вп(%) с использованием М-каналького анализатора. На основе послеизмерительной обработки результатов измерения АЧХ вибротракта в N контрольных точках з виде Р отсчетов (Р=МхМ) и измеренных дисперсий Ощ, на выходах ■анализатора получают пространственный спектр вибрационного поля с числом отсчетов Р на частотной оси, в N раз превышающим число анализирующих каналов, за счет естественной частотной избирательности вибротракта в различных точках испытуемой конструкции.

Для уменьшения статистической погрешности оценки спектра имитируемой вибрации разработаны варианты косвенной оценки спектра через оценку АЧХ вибротракта,точность которой определяется динамическими искажениями. Разработаны варианты системы с косвенной оценкой спектра,в которых совмещены во времени операции контроля АЧХ вибротракта и испытания на случайную' вибрацию.В качестве тестового сигнала используются гармоника или частотно-модулированный; сигнал.

Приведена классификация системных погрешностей и предлагаются новые методы и структуры построения систем имитации, позволяющих существенно ослабить указанные дестабилизирующие факторы и расширить класс воспроизводимых спектров. Разработанные структуры можно классифицировать по следующим видам:

- системы с одним набором фильтров, выполняющих функции формирования и анализа, что устраняет, погрешность рассогласования;

- системы, содержащие в своем составе формирователи и анализаторы, АЧХ которых отличаются видом и количеством, а настройка их на заданный спектр осуществляется с помощью вычислителя;

- системы, в которых анализатор содержит избыточное число каналов, что позволяет подстроить параметры формирующих каналов

(полосу и среднюю частоту ) с учетом конкретной АЧХ вибротракта;

-системы, позволяющие проводить испытания на нестационарные вибрационные режимы, путем компенсации изменения коэффициентов усиления формирующих каналов за счет соответствующего регулирования коэффициентов усиления каналов анализа;

- системы, в которых независимость частотных каналов достигается путем применения специальных методов ортогонализации.

В четвертой главе рассматриваются вопросы проектирования систем параллельного спектрального анализа на основе выражения суммарной погрешности анализа случайного процесса, полученного при гауссоЕсксй аппроксимации узкополосной неравномерности шириной ДЯ исследуемого спектра Б(ш) и АЧХ анализирующего фильтра о полосой ¿киа:

£*"■ (1 - ехр{ яа2у2/(1+т2)>/ / 1+т£ } + 2я /Па-АЙ-т) (1)

где т = Дйа/ДЯ ; ос = (й - (¿а) /ЛЯ .

Построены графики зависимости (1) как функции от Та'Лыа, Та-йЙ и т, которые позволяют по заданным { К^ >(частотный диапазон время анализа Та), В (в виде добротности самой узкополосной неравномерности спектра) определить 5 (количество Ы) и П (параметры анализирующих фильтров), минимизирующие погрешность.

Приведены примеры реализации результатов теоретических и экспериментальных исследований в системах анализа вйброакустичеоких процессов и в устройствах для формирования и анализа виброакустических процессов, разработанных и внедренных на ряде предприятий.

Разработан многоканальный анализатор спектра сигналов акустической эмиссии(АСАЗ), возникающих при динамических нагружениях деталей и узлов машин. АСАЭ используется для определения их механического состояния.

Для анализа различных видов виброакустических колебаний разработан универсальный анализатор спектра случайной вибрации .(УАСЧ), имеющий три режима работы: октавный, третьоктавный и последовательный спектральный анализ.

При участии 'КФ НИАТ разработана автоматизированная система анализа быстроменяющихся параметров газотурбинных • двигателей (АСОВ), которая позволяет уточнить значения центральных частот и уровней отдельных гармоник на фоне широкополосного случайного виброакустического процесса за счет послеизмерительной обработки результатов параллельного спектрального анализа. Повышение ка-

гства спектрального анализа достигается за счет использования редлагаемых в данной работе методов спектрального анализа.

Автоматическая система имитации и анализа широкополосной пучайной вибрации (АСИАШСВ) позволяет поддерживать заданный пектр вибрации в контрольной точке с учетом характеристик средс-б воспроизведения механических и акустических колебаний. Разра-этана система формирования и анализа спектра виброакустических озмущения с октавнкми частотными полосами (СИАВВ).

Автоматизированная система имитации вибраций (АСИВ) позволят контролировать характеристики имитируемой Бибрзции в несколь-их точках контроля. Разработанная система позволяет осуществлять бор, обработку, индикацию и документирование получаемой с вибро-атчиков информации.

Приведены результаты внедрения в промышленность и в учебный роцесс разработанных систем спектрального анализа и контроля митируемых виброакустических процессов.

Заключение содержит основные результаты диссертационной рз-

оты.

В приложении приведены акты внедрения разработанных систем.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основным научным результатом диссертации является разработка овых методов и систем спектрального анализа виброакустических роцессов транспортных средств и их отдельных узлов и агрегатов.

Практическим результатом диссертации является техническая. ¡еализация аппаратуры для анализа виброакуотическких процессов ,на; енове предложенных методов повышения их качества и их внедрение :а ряде промышленных предприятий.

Частные результаты диссертации.

1. Исследованы тенденции развития аппаратуры спектрального шализа на осноге патентной информации. На основе анализа более .00 отечественных и 230 зарубежных охранных документов установлено, что наиболее перспективны анализаторы параллельного действия (а основе линейной фильтрации как в аналоговом, так и в цифровом юполнении. Распределение патентной информации по целям изобретена показало, что сегодня наименее исследованы вопросы уменьшения ¡х методической погрешности.

2. Исследованы переходные искажения систем спектрального

' - 12 -

анализа, порожденные неортогональностью АЧХ анализирующих фильтров. Установлено, что представление АЧХ анализирующих фильтров ! виде функций отсчетов ортогоналивирует каналы анализа и позволяв: на основе результатов параллельного анализа применить алгебраический метод для восстановления В(и) в виде непрерывной функщв частоты. Разработаны два варианта реализации: аналоговый и цифровой. Точность восстановления ограничена флуктуационными искажениями, а т.к. возможно использование относительно широкополосны;' анализирующих фильтров,то ест < Ю%.

3. Разработан метод спектрального анализа, учитывающий неортогональность АЧХ анализирующих фильтров и априорную информации об измеряемых спектрах.Метод основан на поолеизмерительной обработке результатов параллельного анализа и позволяет получит! оценки спектра в произвольных полосах (например, в полосах нерав-номерностей измеряемых спектров), используя при этом измерительные каналы с постоянными частотными характеристиками (погрешноси смещения при использовании метода не превысила 3,3%). Разработан; аналоговая реализация предложенного метода с введением межканальных связей.

4. Установлено, что погрешность смещения можно уменьшить путем предварительной обработки (выравнивания) 6(ю) за счет дополнения его спектром В0(м) сигнала,независимого или зависимого о' исследуемого сигнала. Использование зависимого сигнала позволяем получить выравненный спектр при меньшем динамическом диапазоне □о(а), при этом точность оценки Б(а) оказывается существенно выше. Выигрыш метода тем больше, чем выше степень изрезанноот! спектра исследуемого сигнала. Точность анализа по сравнению с традиционным параллельным анализом увеличивается на (10-30) дБ.

б. Исследована флуктуационная составляющая погрешности ес, спектрального анализа. Установлено, что еСт зависит от вида анализируемого спектра (ее равномерности в полосе анализа). Разработан метод адаптивного усреднения, основанный на регулировали! времени усреднения Т# в зависимости от значения текущей величин! ест- Метод позволяет по достигнутой ест и экспериментально определенному Т# вычислить частотную полосу неравномерности внутр! полосы анализа, что существенно уменьшает и погрешность смещения.

5. Исследованы ..переходные искажения систем спектрального анализа полигармонических процессов. Установлено, что сужение полос анализа для уменьшения переходных искажений приводит к увели-

1ению необходимого времени анализа. Разработан метод обострения распределения откликов фильтров, повышающий точность определения 1астоты и амплитуды гармоник при использовании фильтров с сильно-перекрывающимися непрямоугольными АЧХ. Точность определения час-готы составляет 3%,амплитуды 5%. Разработан также комбинированный летод спектрального анализа, основанный на обработке результатов зоследовательного и параллельного анализа полигармонических про-дессов, также позволяющий уменьшить переходные искажения.

7. Исследованы вопросы контроля многоточечной случайной вибрации для управления параметрами имитируемой вибрации. Установлено, что оценка спектра тока подвижной катушки вибровозбудителя позволяет учесть все пространственные механические резонансы испытываемой конструкции. Разработан метод контроля спектра имитируемой вибрации, основанный на измерении спектра тока подвижной катушки, который позволяет исключить определение контрольных точек и установку множества вибродатчиков.

Для контроля многоточечной вибрации разработан также экспериментально-расчетный метод, позволяющий при использовании анализатора с М каналами, подключаемого последовательно к N контрольным точкам , получить спектр в каждой контрольной точке в виде функции отсчетов с числом отсчетов Р = МхЯ путем решения М раз системы из N уравнений.

8. Разработан эффективный метод измерения спектральных характеристик для случая, когда исследуемый виброакустический процесс содержит полигармоническую и широкополосную случайную составляющие. Метод основан на выделении гармонических компонент и последующем измерении их частот и амплитуд. Разрешающая способ*' ность повышается более, чем в 10 раз.

9. Разработаны способы повышения точности и расширения функциональных возможностей систем имитации виброакустических процессов, основанные на устранении погрешности рассогласования формирующих и анализирующих каналов; на настройке формирующих каналов с использованием анализирующих каналов, отличающихся количеством и видом АЧХ от формирующих, и использовании вычислителя; на подстройке параметров формирующих каналов за счет введения дополнительных анализирующих каналов; на ортогонализадаи формирующих каналов; на контроле имитируемой вибрации по сквозной АЧХ вибротракта.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Статьи

1. Урецкий Я. С., Баширова А.Г., БашировЗ.А., УппитВ.А., Бейлин В.М.Вопросы проектирования и' использования анализаторов спектра для анализа динамических процессов ГТД// Авиационная промышленность. 1978. N7. С. 18-20.

2. Баширов 3.А., Баширова А.Г. Автоматическая система имитации и анализа эксплуатационных вибраций// Организация автомобильного производства. 1978. N 14.С 45-48 ( Экспресс - информация / Филиал НШНавтопрома ).

3. Баширов З.А.,Мнекин Р.В. .Баширова А.Г., Стрельников A.A., Чинякин С.'П.Автоматическая система имитации и анализа широкополосных случайных вибраций//Измерительная техника, 1979, N2, С.40-41.

4. Урецкий Я.С., Баширова А.Г., Баширов З.А. Некоторые пути повышения качества спектрального анализа вибропроцессов// Имитация, измерение и анализ случайных вибраций: Материалы семинара /ЦНШинформации.М., 1980. С. 11-14.

5. Урецкий Я.е., Баширова А.Г., Мнекин Р.В. -Анализ способов построения устройств генерирования и анализа случайных вибропроцессов// Имитация, измерение и анализ случайных вибраций: Материалы семинара /ЦНИИинформации.М. , 1980. С.15-18.

6. Баширова А.Г., Стрельников A.A.,Уппит В.А. и др. Использования спектрального анализа в вибродиагностике ГТД// Имитация, измерение и анализ случайных вибраций: Материалы семинара /ЦНИИинформации.М. , 1980. С.49-53.

7. Баширова А.Г., Гиматов В.Г. Обзор методов и аппаратуры спектрального анализа Использования спектрального анализа в вибродиагностике ГТД// Измерение и анализ случайной вибрации: Материалы семинара /ЦНШинформации.М. , 1982. С.5-16.

8. Урецкий Я.С., Баширов З.А..Баширова А.Г..Стрельников A.A. Средства имитации вибрации// Проблемы машиностроения. Вып.12. Киев: Наук, думка, 1980. С.48-51.

9. Урецкий Я.С..Баширова А.Г.,Баширов З.А. Спектральный анализ // Проблемы машиностроения. Вып.12. Киев: Наук.думка,1980, С.35-37.

10. Урецкий'Я. С., Баширова А. Г.', БашировЗ.А. Проектирование и применение анализаторов спектра широкополосных случайных вибраций// Метрология. 1982. N 1. С.29-34.

11. Урецкий Я.С., Баширов З.А., Баширова А.Г., и др. Анализ виброакустических нагрузок узлов и деталей машины // Виброакустика автомобиля. Куйбышев, 1982. С.43-46.

12. Урецкий Я.С., Баширова А.Г. Методы спектрального анализа вибраций// Метрология. 1982. N 2. С.17-22.

- 15 -Изобретения

1. А.с.680412 СССР, МКИ G 01 M 7/00. Устройство для испыта-ия на широкополосную случайную вибрацию /Багоиров З.А., Еавшро-а А.Г.,Мнекин Р.В., Урецкий Я.С. и др.(СССР).

2. А.с.736017 СССР, МКИ G 01 R 23/16. Анализатор спектра лучайных вибраций /Урецкий Я.С., Баширов З.А., Баширова А.Г., епехова Н.Ю. (СССР).

3. А.с.756244 СССР,МКИ G 01 M 7/00. Устройство для формиро-ания спектра широкополосных случайных вибраций / Баширова А.Г., рецкий Я.С., Мнекин Р.В., Баширов З.А.(СССР).

4. А.с.796684 СССР,МКИ G 01 M 7/00. Устройство для испытания а случайные вибрации/ Урецкий Я.С., Баширов З.А., Баширова А.Г. СССР).

5. А. с.815547 СССР, МКИ G 01 M 7/00. Устройство для испыта-:ий на случайную вибрацию /Баширова А.Г., Стрельников А.А., Тка-:енко А.Г., Мизрин В.А. (СССР).

6. А.с.868394 СССР,МКИ G 01 M 7/00. Устройство для формиро-шия широкополосного случайного сигнала возбуждения вйбростенда ' Урецкий Я.С., Баширов З.А., Баширова А.Г.и др.(СССР).

7. А.с.879351 СССР, МКИ G 01 M 7/00. Устройство для воспро-1зведения спектра случайных вибраций/ Урецкий Я.С., Баширов З.А., >аширова А.Г. и др.(СССР).

8. А.с.679492 СССР, МКИ G 01 R 23/00. Устройство для анализа шектра широкополосных случайных сигналов /Урецкий Я.С., Баширов 5.А., Баширова А.Г. и др.(СССР).

9. А.с.887961 СССР, МКИ G 01 M 7/00. Устройство для испыта-гая изделий на случайные вибрации/ Урецкий Я.С., Баширов З.А., Затирова А.Г.(СССР).

10. А.с.918807 СССР, МКИ G 01 M 7/00. Устройство для вибро-юпытаний изделий / Урецкий Я.С., Баширов З.А., Стрельников А.А., (аюмов Р.Р., Баширова А.Г.(СССР).

11. А.с.930038 СССР, МКИ G 01 M 7/00. Устройство для испыта-шя изделий на случайную широкополосную вибрацию / Урецкий Я.С., ЗашировЗ.А., Баширова А.Г. и др. (СССР).

12. А.с.945799 СССР,МКИ G01 R 23/16. Анализатор спектра/ Грецкий Я.С., Баширов З.А., Баширова А.Г. и др.(СССР).

13. А.с.976321 СССР,МКИ G 01 M 7/00. Устройство для испытали на случайные вибрации / Урецкий Я.С., Мнекин Р.В., Стрельни-■сов А.А., Баширов З.А., Баширова А.Г. и др. (СССР).

14.-А.с.977970 СССР,МКИ G 01 M 7/00. Устройство для испытания изделий на широкополосную случайную вибрацию / Урецкий Я.С., Заширов З.А., Баширова А.Г., Якушин И.В. (СССР).

15. А.с.1017944 СССР,МКИ G 01 M 7/00. Устройство для вибро-

испытаний изделий/Урецкий Я.е., Баширов З.А., Баширова А.Г. i др.(СССР).

16. А.с.1045151 СССР, МНИ G 01 R 23/16. Анализатор спектра/ Урецкий Я.С., Баширов 3.А., Баширова А.Г. (СССР).

17. А.с.1095149 СССР.МКИ G 05 D 19/02. Устройство для испытаний изделий на случайные вибрации / Урецкий Я.С., Баширов З.А., Баширова А.Г. (СССР).

18. А.с.1133490 СССР.МКИ G 01 M 7/00. Многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций / Урецкий Я.С., Баширов З.А., Мнекин Р.В., Баширова А.Г. и др.(СССР).

19. А.с.1157527 СССР,МКИ G 05 D 19/02. Система формирования спектра ШСВ/ Баширов З.А., Урецкий Я.С..Баширова А.Г. и др.(СССР).

20. А.с.1290121 СССР. МКИ G 01 M 7/00. Устройство для испытания изделий на случайные вибрации/ Баширов З.А., Баширова А.Г., Макаров Н.П., Попов C.B. (СССР).

21. А.с.1302210 СССР, МКИ G01 R 23/16. Способ спектрального анализа случайных сигналов и устройство для его осуществния / Баширова А.Г.,Урецкий Я.С.,Седельников Ю.Е. (СССР).

22. А.с.1322178 СССР.МКИ G 01 R 23/16. Анализатор спектра /Баширов З.А., Баширова А.Г..Шапиро А.З., Уппит В.А.(СССР).

23. А.с.1337804 СССР, МКИ G 01 R 23/16. Устройство для анализа спектра широкополосных случайных сигналов / Урецкий Я.С., Баширов З.А., Баширова А.Г. и др.(СССР).

24. А.с.1384090 СССС, G 01 R 23/16. Анализатор спектра случайных сигналов / Баширова А.Г.,Колин С.Е.,Урецкий Я.С. (СССР).

25. А.с.1404864 СССР, МКИ G 01 R 23/16. Способ контроля спектра случайной вибрации и устройство для его осуществления/ Баширов 3.А.. Урецкий Я.С., Баширова А.Г. и др.(СССР).

26. А.с.1497610 СССР.МКИ G OID 19/02. Устройство для формирования спектра случайных вибраций /Баширов З.А..Урецкий Я.С. Баширова А. Г. и др. (СССР).

'27. Пат.2.145.820 Великобритания. МКИ G 01 M 7/00.Система для испытаний на случайную и гармоническую вибрацию/Урецкий Я.С., Баширов 3.А., Каюмов P.P..БашироваА.Г. и др.(СССР).

28. Пат.75670 Финляндия, МКИ G 01 M 7/00. Система для испытаний на случайную и гармоническую вибрацию /Урецкий Я.С., Баширов З.А. , Каюмов P.P. .Баширова А. Г. и др.(СССР).

29. Пат.3.329.261 ФРГ. МКИ G 01 M 7/00. Система для испытаний на случайную и гармоническую вибрацию/ Урецкий Я.С.. Баширов З.А., Каюмов P.P., БашироваА.Г. и др. (СССР).

30. Пат.4.513.620 США. МКИ G 01 М 7/00. Система для испытаний на случайную и гармоническую вибрацию/ Урецкий Я.С., Баширов З.А. . Каюмов P.P., Баширова А.Г. и др.(СССР).

31. А. с. 1511511 СССР, МКИ 8 01 М 7/00. Способ контроля 1ектра случайной вибрации изделия при испытании на широкополосно случайную вибрацию и устройство для его осуществления / Баши-эв З.А., Баширова А.Г., Урецкий Я.С.(СССР).

' 32. А.с.1607073 СССР, МКИ 6 01 М 7/00. Устройство генерации /ма/ Архипова У.И..Баширова А.Г.,Колин С.Е..Урецкий Я.С.

33. А.с.1622830 СССР,МКИ й 01 И 3/16. Анализатор спектра/ аширов 3.А., Урецкий Я.С., Баширова А.Г.5 Пырков О.Ю.(СССР).

Формат 60x84 1/15. Бумага типографская Печать офсетная.

Печ. л. 1.00 Усл.печ.л.0.93. Усл. кр.-отт.0.98. Уч.-изд.л.1.0 Тираж 60. Заказ

Казанский государственный технический

университет им. А. Н. Туполева '

Ротапринт Казанского государственного технического университета им А. Н. Туполева 420111, Казань, К. Маркса. 10.