CC BY
25
УДК: 681.31
Приймак А.А., Рубанов М.Ю,
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ: ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ
Усовершенствована процедура разделения на эмпирические моды для выделения близких частотных составляющих на основе предварительной обработки — дифференцирования или интегрирования, выполняемых для акцентирования высокочастотных или подавления низкочастотных компонент. Ключевые слова:
экстремальная фильтрация, дифференцирование, интегрирование
Введение
В настоящее время появилось много работ, посвященных применению экстремальной фильтрации ЭФ [1-4]. Одно из направлений связано с применением ЭФ для предварительной обработки для последующего параметрического анализа, когда сложную задачу оценивания параметров модели порядка р сводят к простым задачам оценивания параметров составляющих первого и второго порядков.
В методе экстремальной фильтрации по экстремальным значениям в моменты ,( = про-
изводится сглаживание оператором вида
Уа = 0,25 уэ7-_1 + 0,5уэ/ + 0,25 уэ+1,
(1)
УЭ1_1 х к'->-'7Э1
выделяется знакопеременная составляющая
Хр1 = _0,25хэ/_1 + 0,5хэ _ 0,25хэ/+1 , (2)
Препятствием применения такого подхода является факт, что моды не всегда разделяются четко. Например, не происходит разделения и близких по частоте составляющих с соизмеримыми амплитудами.
Рассмотрим этот важный для практики случай, проиллюстрированный рисунком 1, где на верхнем графике представлен сигнал с близкими частотами и соизмеримыми амплитудами. Рисунок 2 показывает, что и на спектре составляющие (2) сливаются.
Основная часть
Для решения задачи выделения составляющих будем использовать известные факты:
амплитуды составляющих при дифференцировании сигнала (возможно многократном) усиливаются по-разному, становится возможным разделение близких по частоте мод.
амплитуды составляющих при интегрировании сигнала (возможно многократном) ослабляются по-разному, становится возможным разделение близких по частоте мод.
-10
50 100 150 200 250 300
Рисунок 1 - Разложение экстремальным фильтром сигнала с близкими частотными составляющими: по оси х - временные отсчеты, по оси у амплитудные значения в размерных единицах
В первом случае амплитуда изменяется в (2я/С )п
п
раз, а фаза - на величину п— , а во втором случае
2
они умножаются на
величину - п
2ПС
а фазы изменяются на
2
На рисунке 3 показан пример применения четырехкратного дифференцирования перед применением экстремальной фильтрации. Видно, что составляющие выделены. Знаком «*» показаны результаты фильтрации, а сплошной линией - интерполированные значения. Аналогичные результаты дает и применение предварительного интегрирования.
2с-1.81.61.41.21 -0.80.60.40.20-
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Рисунок 2 - Спектр сигнала с близкими частотными составляющими: по оси х - частота, Гц, по оси у амплитудный спектр в размерных единицах
Рисунок 3 - Разложение экстремальным фильтром сигнала с близкими частотными составляющими с предварительным многократным дифференцированием: по оси х - временные отсчеты, по оси у амплитудные значения в размерных единицах
п
1
п
10
10
-10
50
100
150
200
250
300
10
0
50
100
150
200
250
300
20
0
-20
0
50
100
150
200
250
300
50
100
150
200
250
300
0
50
100
150
200
250
300
Дальнейшее совершенствование алгоритма декомпозиции будет связано с применением предварительной обработки не только к сигналу х на первом этапе, но и к сглаженным составляющим ус, (1) из которых знакопеременные составляющие выделяются на следующих итерациях.
Заключение
Несложные преобразования (дифференцирование и интегрирование) позволяют более корректно выделить моды методом экстремальной фильтрации и, тем самым повысить точность последующего параметрического и спектрального анализа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Методы разложения сигналов на основе экстремальной фильтрации / Н.В. Мясникова, М.П. Берестень, Л.А. Долгих // Датчики и системы. - 2011. - № 2. - С. 8-12.
2. Мясникова, Н.В. Время-частотное распределение на основе экстремальной фильтрации в цифровой обработке сигналов/ Н.В. Мясникова, М.П. Берестень // Датчики и системы. - 2013. - № 10. - С. 912.
3. Мясникова, Н.В. Разложение на эмпирические моды на основе экстремальной фильтрации/ Н.В. Мясникова, М.П. Берестень// Цифровая обработка сигналов. - 2014. - №4. - С. 13-17.
4. Мясникова, Н.В., Формирование диагностических признаков на основе экстремальной фильтрации/ Н.В. Мясникова, М.П. Берестень //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т.
2. С. 74-76.
УДК 531.3:681.2.08 Хади1 О.Ш., Литвинов^ А.Н.
Технологический Университет, Багдад, Ирак
2ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет" Пенза, Россия
АНАЛИЗ ВИБРОПРОЧНОСТИ ПЛАТ ПРИБОРНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Исследование динамических характеристик плат РЭС проводится в целях выявления вибро-рельефа плат, определения их собственных частот и форм колебаний а также анализа их вибропрочности при внешних эксплуатационных воздействиях. Анализ динамических характеристик плат выполнен с использованием программного комплекса , основанного на методе конечных элементов. Эти
данные необходимы для оценки напряженно-деформированного состояния и вибропрочности плат при заданных режимах их эксплуатации.
Ключевые слова;
плата, радиоэлектронные системы, собственные частоты, формы колебаний, вибропрочность
Введение
Динамический расчет современных конструкций радиоэлектронных систем (РЭС) изделий приборостроения должен учитывать сложный характер воздействия и весь комплекс требований, предъявляемый к ним, в числе которых низкий уровень шума, долговечность и высокая надежность конструк-ций.При эксплуатации диапазон внешних возмущений, как правило, является достаточно широким, что в подавляющем большинстве случаев не позволяет проектировать безрезонансные конструкции РЭС. В связи с этим необходимо уже на начальной стадии проектирования моделировать динамические процессы, происходящие в основных элементах конструкций РЭС: контактных системах [1], панелях, платах[2], микросборках изделий различного
назначения [3]. Влияние конструктивных особенностей плат на их динамические характеристики и обоснование выбора расчетной модели для плат приборных устройств различного назначения рассмотрено в [4].
Динамическия модель
Для численных исследований рассмотрена прямоугольная плата электронного блока. Размеры платы в плане (а*Ь), толщина Ъ. На её поверхности расположены электро-радио элементы (ЭРЭ), имеющие различные размеры и массы. Плата крепится к корпусу прибора винтами в четырех угловых точках и имеет дополнительное крепление в пятой точке, смещенной от центра платы. На Рис. 1 сохранены в масштабе реальные габариты ЭРЭ и их место расположения на плате.
Рисунок 1
Плата с элементами
Для определения собственных частот платы, на которых имеют место резонансы, применим метод конечного элемента, реализованный в программном комплексе ANSYS. Плата установлена в электронном блоке авиационного оборудования, т.е. подвергается вибрации с частотой до 2000 Гц, поэтому рассматриваем все собственные частоты fj ^ 2000 Гц, где j=1,2,... -номер собственной частоты. Нумерация частот производится по возрастанию.
В соответствии с рекомендациями [4] используем модель, учитывающую способ крепления ЭРЭ к плате с помощью паяного шва толщиной Ъш. Задача
решается в трехмерной постановке, т.е. учитываются реальные размеры всех ЭРЭ, толщина швов, а так же размеры крепежных винтов платы к корпусу.
Результаты математического моделирования
При компьютерном моделировании принято: размеры платы (а*Ь) =(120*80)мм2; Ъ=1,5мм; материал платы стеклотекстолит с модулем упругости Е=3*104МПа; коэффициентом Пуассона ц =0,22 и плотностью р=2000 кГ/м3, толщина шва Ъш=0,1мм, материал- припой ПОС - 61. крепление платы к основанию осуществляется винтами диаметром 4 мм.
