CC BY
14
ГЛАВА 5. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ, ДИАГНОСТИКИ, ИЗМЕРЕНИЙ И СЕРТИФИКАЦИИ
УДК 62-97/-98
Герасимов О.Н, , Лысенко А.В,
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
АЛГОРИТМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИСПЫТАНИЙ БОРТОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ МЕТОДОМ ПЛАВНОГО ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ
Испытание для определения динамических характеристик конструкции проводят с целью определить динамические свойства изделий и получить исходную информацию для выбора методов испытаний на вибропрочность, виброустойчивость, на воздействие акустического шума, для выбора длительности действия ударного ускорения при испытаниях на воздействие одиночных и многократных механических ударов, а также для динамических расчетов изделий [1]. ГОСТ 30630.1.1-99 при испытаниях для определения динамических характеристик конструкции методом плавного изменения частоты регламентирует значение скорости изменения частоты равное одной-двум октавам в минуту.
При проведении этих испытаний возникает противоречие выбора постоянной времени фильтра, заключающееся в при выборе слишком большого значения выходной сигнал будет хорошо отфильтрован, но схема будет медленнее реагировать на изменения входного сигнала. Следовательно, на низких частотах приходится выбирать - увеличить ли постоянную времени сглаживания, что обеспечит хорошую точность, но замедленную реакцию на изменения входного сигнала, или оставить малую постоянную времени, т.е. быструю реакцию, но ухудшить точность.
Для решения этого противоречия разработан алгоритм регулирования постоянной времени при проведении испытаний бортовых электронных средств методом плавного изменения частоты. Регулирование постоянной времени осуществляется активным сглаживающим фильтром в соответствии с сигналом управления от генератора [2].
Если проводить сканирование широкого диапазона частот (например, от 10 Гц до 1кГц и более) со скоростью рекомендуемой ГОСТ 30630.1.1-99 за одну итерацию и одним устройством, то на низких частотах сглаживающий фильтр преобразователя не обеспечит эффективного усреднения, и на выходе появятся значительные пульсации и погрешность постоянного уровня. При скорости изменения частоты в одну октаву за минуту на поддиапазоне от 10 до 20 Гц N составит 900 периодов измеряемого сигнала.
Экспериментальные исследования по анализу колебательных характеристик печатных плат [3, 4] показали, что на интервале 1/60 октавы при ре-зонансах с высокой добротностью изменения уровней АЧХ достигают 1dB. Т.е. за время установления равное одной секунде измеряемый сигнал может измениться на 10%. При скорости изменения частоты 1 октава в минуту быстродействия преобразователя с временем установления 1 секунда на низких частотах недостаточно. За одну секунду в испытательном сигнале (10-20 Гц) уложится в среднем 15 периодов, что явно недостаточно для преобразования в эффективное значение с приемлемой погрешностью [5-7].
При проведении испытаний за одну итерацию одним устройством с получением в результате непрерывного спектра частот конструкции в заданном частотном диапазоне предлагается при формировании испытательного сигнала на низких частотах уменьшить скорость изменения частоты до значения 100 периодов за поддиапазон соответствующий tуст и равный 0.01 октавы. Такая скорость изменения частоты соответствует скорости одна октава в минуту на частотах в области 160 Гц. При частотах, значения которых составляют менее 160 Гц испытания предлагается проводить методом ступенчатого изменения частоты по ГОСТ 30630.1.1-99 пу-
тем плавного изменения значения частоты от нижней фиксированной частоты fH до следующей более высокой фиксированной частоты fe.
Реализовать формирование испытательного сигнала предлагается генератором прямого синтеза на 8-разрядном микроконтроллере. Схема алгоритма регулирования постоянной времени при проведении испытаний бортовых электронных средств методом плавного изменения частоты представлена на рисунке 2.
Один период синусоидальных колебаний представлен в памяти программ 256 значениями. Эти значения необходимо загрузить в ОЗУ, что бы в последствии передать их в соответствующий порт ввода-вывода по указателю Accum. Формирование нуля на выходе осуществляется передачей в порты ввода-вывода значения 7F в бесконечном цикле. Запуск генератора осуществляется командой Start полученной по последовательному интерфейсу в цикле программы или по прерыванию. Accum это аккумулятор фазы состоящий из трех 8-разядных регистров. В младший регистр добавляется слагаемое AF определяющее текущее значение частоты:
AF • Fclock m • 2B
где Fclock - тактовая частота, m - количество тактов в цикле генерации, B - разрядность аккумулятора (в данном случае 24).
Фазовый сдвиг n-ого канала определяется 8-разрядной переменной ср добавляемой к старшему регистру аккумулятора непосредственно перед передачей в порт значения из ОЗУ. Условие Т=1 определяет, закончилось ли формирование одного периода колебаний, если да то необходимо заново рассчитать значение AF. Если нет, то необходимо установить значение сигнала управляющего т выдачей в порт двух старших регистров AF. Цикл необходимо задать так, чтобы количество тактов в разных ветках было одинаковым.
На частотах выше 160 Гц скорость постоянна, равно одной октаве в минуту и зависит от значения AF = AF + ß, где ß:
ß =
160•2B • m
F
clock
На частотах ниже 160 Гц AF равно:
AF = AF +
ß-Fh 160
где Ен - нижняя фиксированная частота по ГОСТ 30630.1.1-99 диапазона частот, в котором находится текущая частота.
Таким образом, чем ниже частота - тем меньше скорость изменения частоты. Условие Е = Ек необходимо для выхода из цикла при завершении формирования испытательного сигнала.
Разработанный алгоритм регулирования постоянной времени при проведении испытаний бортовых электронных средств методом плавного изменения частоты позволяет устранить противоречие выбора постоянной времени фильтра, что позволяет повысить точность определения динамических характеристик исследуемой системы.
Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка методов и средств создания высоконадежных компонентов и систем бортовой радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической и транспортной техники нового поколения» (Соглашение № 15-19-10037 от 20 мая 2015 г.) при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Рисунок 2 - Схема алгоритма регулирования постоянной времени при проведении испытаний бортовых электронных средств методом плавного изменения частоты
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 30630.1.8-2002 (МЭК 60068-2-57:198 9) Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие вибрации с воспроизведением заданной акселерограммы процесса.
2. Способ определения спектральных колебательных характеристик конструктивных элементов РЭС и установка для его реализации: Патент на изобретение / Голушко Д.А., Затылкин А.В., Лысенко Н.К., Таньков Г.В., Юрков Н.К. // Патент на изобретение № 2536325, заявка №2012130735 от 05.02.2013.
3. Таньков, Г.В. Волновой метод исследования динамических характеристик упругих конструкций радиоэлектронных средств при нестационарном нагружении / Таньков Г.В., Затылкин А.В., Рындин Д.А. // Вестник Пензенского государственного университета. 2013. № 2. С. 101-107.
4. Затылкин, А. В. Исследование влияния деформационной составляющей внешнего вибрационного воздействия на надёжность радиоэлектронных средств / Затылкин А.В., Голушко Д.А., Рындин Д.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 42-43.
5. Артемов И.И., Уханов А.П. История техники. Автотракторостроение. Учебное пособие. Пенза, 2005.
6. Дедков В.К. Компьютерное моделирование характеристик надежности нестареющих восстанавливаемых объектов / В.К. Дедков, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 368-370.
7. Евстифеев A.A. Модели минимизации направленного ущерба транспортной системы при отсутствии информации / A.A. Евстифеев, Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2009. № 11. С. 137-145.
