CC BY
48
УДК 621.316.969 Лысенко А. В.
Пензенский государственный университет
МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ФАЗОВОГО РАССОГЛАСОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В АКТИВНЫХ СИСТЕМАХ АМОРТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Введение
Практически все современные автоматизированные технические системы и объекты имеют электронные устройства, осуществляющие функции управления, регулирования, координации и связи. При этом круг задач, решаемых с помощью электронной аппаратуры, с каждым годом расширяется, а их сложность возрастает. Это привело к тому, что оснащенность электронной аппаратурой автомобилей, железнодорожных объектов, сельскохозяйственной, дорожной и строительной техники, чрезвычайно возросла, и отказ в работе хотя бы одного из устройств может привести к отказу всего объекта [1]. Поэтому требования к надежности электронных и электронно-вычислительных средств постоянно растут. Надежность и стабильность работы ЭС значительно ухудшается при механических воздействиях - вибрациях, ударах, линейных перегрузках, акустических шумах (для наземной подвижной техники - вибрации и удары), источниками которых могут быть различные двигатели, в том числе и дорожная тряска, быстро вращающиеся разбалансированные массы, взрывы и многие другие [2].
Для обеспечения необходимой надежности и стабильности работы ЭС применяют различные средства защиты от вибраций и ударов: демпферы, пружины, прокладки, амортизаторы (пассивные, регулируемые, активные) и т.д., которые позволяют снижать воздействия вибрационных нагрузок на всём диапазоне частот, в том числе и на резонансных частотах [3, 4].
1 Анализ возможности применения метода фазового рассогласования
Активные амортизационные системы предназначены для снижения амплитуды вибраций не только на резонансных частотах, но и на всём требуемом диапазоне частот за счёт реализации метода изменения жесткости регулируемых подвесов систем амортизации [5]. Но это влечет за собой усложнение систем виброзащиты за счет введения дополнительных средств измерения вибраций, а так же увеличение их стоимости, поэтому применение таких средств защиты обосновано только в исключительных случаях ответственной ЭС. К тому же во многих случаях вибрационная защита достаточна на резонансных частотах, т.к. остальные частоты диапазона на ЭС влияют не сильно [б].
Таким образом, необходимо применить иной метод компенсации вибрационных воздействий на резонансных частотах. В качества такого метода был выбран метод фазового рассогласования электрических величин, применяемый, например, при проектировании ЭС в фазовых дискриминаторах, моноимпульсных измерителях угловых координат и т.д., и позволяющий устранить влияние флуктуаций амплитуды сигнала при сложении фаз сигналов [7].
Выявлено, что метод фазового рассогласования применим не только для управления электрическими величинами, но и механическими [8-10]. Применение метода фазового рассогласования механических величин позволяет обеспечить виброзащиту только на резонансных частотах, что позволяет уменьшить как массогабаритные показатели системы активной виброзащиты, так и существенно снизить сложность, стоимость и энергопотребление самой системы амортизации при незначительной степени снижения уровня вибронагрузки.
Таким образом, необходимо разработать новый способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС на основе метода фазового рассогласования, который позволил бы защитить конструкцию именно на резонансных частотах.
2 Способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС
На основе результатов анализа возможности применения метода фазового рассогласования разработан способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях РЭУ на резонансных частотах. Способ отличается введением фазового рассогласования внешнего вибрационного воздействия в точки крепления объекта виброзащиты, позволяющий существенно снизить вибрационные нагрузки на конструкцию РЭУ. Способ представлен в виде схемы IDEF0 на рисунке 1.
Внешнее вибрационное воздействие (гармонической формы) поступает на все амортизаторы. Амплитудно-частотные характеристики внешнего вибрационного воздействия регистрируются при помощи датчика активного виброамортизатора (ведущего амортизатора) (А4). После чего выделяется действующее значение амплитуды (блок А0) , при этом фаза гармонического сигнала принимается за «нуль» (блок А1) . Параметры внешнего воздействия (амплитуда, фаза и частота) поступают в блок управления. Для дальнейшей работы сигнал усиливается и преобразовывается из аналогового в цифровой при помощи АЦП. Цифровой сигнал поступает на микроконтроллер (ATMega 128), который позволяет измерить полученные параметры и при помощи синтезатора разности сигналов распределить их по требуемому числу каналов (блок А2) . При этом количество каналов (n) зависит от количества амортизаторов, подключенных к блоку управления за вычетом одного (n-1).
В каждом ведомом канале генерируется смещение по фазе на угол (360°/n) по сравнению с каждым соседним каналом (блок А3). Таким образом, на выходе микроконтроллера получаем несколько разностных сигналов, смещенных по фазе, но с одинаковой амплитудой. В блоке управления предусмотрены преобразователи, способные преобразовывать цифровые сигналы в аналоговые (ЦАП). Аналоговые сигналы поступают на амортизаторы, при суммировании с действующей на них вибрацией выдают результирующие сигналы, которые вместе с неизмененным сигналом ведущего амортизатора выводится на объект виброзащиты.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является обратная связь, позволяющая формировать требуемый фазовый сдвиг с учетом изменения частоты внешнего воздействия, и, выделяемая по одному из каналов (ведущему каналу).
Измерительное Блок Активный Обратная
устройство управления виброамортизатор связь
Рисунок 1 - Способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС
3 Методика формирования фазового рассогласования внешнего вибрационного воздействия в активных системах амортизации ЭС
На основе предложенного способа разработана методика формирования фазового рассогласования внешнего вибрационного воздействия в активных системах амортизации ЭС для решения практической задачи виброзащиты ЭС на четырех амортизаторах.
Методика состоит из шести этапов:
В блоке управления задать расстояние от точки крепления до центра (измеряется физически).
Снять действующее значение амплитуды внешнего вибрационного воздействия в первой (базовой) точке крепления объекта виброзащиты (А = Лизм) ;
Измерить и принять значение фазы внешнего вибрационного воздействия в первой (базовой) точке крепления объекта виброзащиты за "нуль" (фі = 0°).
Сместить фазу внешнего вибрационного воздействия в каждом канале на 90° (сформировать управ-
ляющие сигналы Аус2 , АУС3 и Аус4 , где —yc2(t) = —j° ■ w ■ sin [[(ю-1) - к ■ l] + p / 2] ,
—усз(? ) = у' w ■ sin|^[(ю-1)- к ■ l + p] II ■^г А — w ■ sin [(ю- )-k ■1 ] 3p + — ) . 2 ]
Усилить полученные сигналы на каждом канале до уровня Аус2 = Аус3 = Аус4 = Ао и ввести их в соответствующие амортизаторы.
Перейти к выполнению пункта 3 настоящей методики.
Выполнение методики подразумевается в бесконечном цикле, выходом из которого является физическое отключение питания. Данная методика отличается от общепринятой смещением фазы внешнего вибрационного воздействия каждого канала, что позволяет снизить вибрационные нагрузки на конструкцию ЭС в несколько раз. Методика нашла применение в учебном процессе кафедры «КиПРА» ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» [11,12] .
Вывод
Разработанный способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС на резонансных частотах, позволяющий существенно снизить вибрационные нагрузки на конструкцию ЭС. На основе способа предложена методика формирования фазового рассогласования внешнего вибрационного воздействия в активных системах амортизации ЭС, отличающаяся от известных формированием трех разностных сигналов, выделяемых из одного ведущего канала, что позволяет снизить вибрационные нагрузки на конструкцию ЭС за счет снижения амплитуды резонанса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Талицкий, Е. Н. Защита электронных средств от механических воздействий. Теоретические основы: Учеб. пособие / Владим. гос. ун-т. Владимир, 2001. 256 с.
2. 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.
3. Лысенко, А.В. Классификация амортизаторов радиоэлектронных средств на основе фасетной структуры / А.В. Лысенко / Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 242-247.
4. Затылкин, А. В. Алгоритм и программа расчета статически неопределимых систем амортизации бортовых РЭС с кинематическим возбуждением / А.В. Затылкин, А.В. Лысенко, Г.В. Таньков // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 223-225.
5. Лысенко, А. В. Методика моделирования внешних механических воздействий на бортовую РЭА / А. В. Лысенко, Е. А. Данилова, Г. В. Таньков / Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 226-228.
6. Затылкин, А. В. Моделирование изгибных колебаний в стержневых конструкциях РЭС / Затылкин
А.В., Таньков Г.В., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2006.
Т. 1. С. 320-323.
7. 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.
8. Затылкин, А. В. Система управления проектными исследованиями радиотехнических устройств: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 2012. 18 с.
9. Ольхов, Д. В. Система обработки экспериментальной информации в проектных исследованиях радиотехнических устройств / Д. В. Ольхов, А. В. Затылкин, Н.К. Юрков // Известия ЮФУ. Технические науки. -2012. № 5. -С. 94-99.
10. Юрков, Н.К. Основы теории надежности электронных средств : учеб. пособие / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - 100 с.
11. Затылкин, А. В. Опыт применения технологии ERM в разработке интеллектуальных средств обучения / Затылкин А.В., Буц В.П., Юрков Н.К. // Известия ЮФУ. Технические науки. -2011. № 2. -С. 218 -223.
12. Затылкин, А. В. Модели и методики управления интеллектуальными компьютерными обучающими системами: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Пенза, 2009. 18 с.
