LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Цифрові системи керування реального часу для відтворення стаціонарних віброакустичних полів

words: real time control system, vibroacoustical field, vibroacoustical test, spatial - time correlation, spectral density, matrix algorithm, recurrent least squares method, stochastical approximation, adaptive control algorithm, information control system.

Зелык Я.И. Цифровые системы управления реального времени для воспроизведения стационарных виброакустических полей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.03 - системы и процессы управления. Институт космических исследований НАНУ-НКАУ, Киев, 1999.

Осуществлено теоретическое обоснование и практическая реализация нового концептуального решения акустических испытательных систем, обеспечивающего воспроизведение полей с заданной пространственной корреляцией в широком диапазоне частот, создано алгоритмическое и программное обеспечение, выполнены исследовательские и промышленные испытания цифровых систем управления реального времени для воспроизведения и активной компенсации стационарных виброакустических полей. Развиты методы решения обратных задач излучения в акустике, базирующиеся на использовании конечномерных математических моделей виброакустических трактов как объектов управления в условиях неопределенности параметров ОУ и действия неконтролируемых возмущений. Разработаны и исследованы матричные алгоритмы идентификации и управления с обратной связью и реализованы в информационно-управляющих системах виброакустических испытаний реального времени, внедренных на ряде предприятий.

Предложен оригинальный подход к приближенному объективному восстановлению полигармонических акустических полей в закрытых помещениях по дискретным измерениям, базирующийся на аппроксимации гармонического поля при каждом значении частоте отрезком тройного ряда по системе известных функций, коэффициенты которого находятся в результате решения трехкритериальной экстремальной задачи, один из критериев которой учитывает именно акустическую природу поля и геометрию помещения. При решении экстремальной задачи получена система линейных алгебраических уравнений для отыскания коэффициентов ряда существенно меньшей размерности, чем размерность матрицы системы, к которой приводило бы использование для решения соответствующей краевой задачи (с привлечением данных измерений) конечноразностных методов.

На основе всестороннего изучения состояния проблемы приближенного воспроизведения реальных виброакустических полей в лабораторных условиях с целью исследования виброакустической прочности новых изделий впервые предложено и реализовано (защищенное патентом Украины) концептуальное решение акустических испытательных систем, позволяющее воспроизводить виброакустические поля с заданной пространственной корреляцией в широком частотном диапазоне. Это качество является новым, не совпадающим со свойствами известных в современной мировой практике решений-прототипов в области прикладной акустики и систем испытаний, и предложенная концепция акустических испытательных систем обладает существенными отличиями и мировым приоритетом.

Предложены и исследованы в отношении быстродействия, объема оперативной памяти и достигаемой точности рекуррентные алгоритмы текущей идентификации линейного стационарного ОУ рекуррентным методом наименьших квадратов на основе векторно-матричных и матричных уравнений математических моделей ОУ, учитывающих действие на ОУ неконтролируемых случайных возмущений, исследовано быстродействие, объем необходимой оперативной памяти и достижимая точность алгоритмов.

Предложены и исследованы с точки зрения сходимости векторно-матричные и матричные стохастические регуляризирующие алгоритмы управления с обратной связью, решающие некорректные экстремальные задачи при воспроизведении виброакустических полей при произвольных конечных размерностях линейного ОУ в условиях действия аддитивного многомерного случайного некоррелированного шума при нестохастически заданных ограничениях на параметры ОУ и входные воздействия. Доказаны достаточные условия сходимости алгоритмов с вероятностью 1 к неподвижным точкам порождающих их отображений.

Предложен и практически исследован адаптивный алгоритм двухэтапного на каждом шаге совместного управления среднеквадратичным отклонением и спектральной плотностью скалярного широкополосного случайного процесса на выходе ОУ в ИУС реального времени «Спектр-2» и «Спектр-PC». В результате указанной реализации алгоритма обеспечивается высокая скорость его сходимости даже в условиях квазистационарных изменений параметров ОУ.

Предложен и применен в ИУС реального времени «Спектр-PC» алгоритм точного выявления частоты основной гармоники полигармонического виброакустического шума на основе двухэтапного последовательного БПФ и ДПФ-анализа и точного (по основной частоте) генерирования полигармонического компенсирующего сигнала. Алгоритм обеспечивает когерентность компенсируемого и компенсирующего сигналов и как следствие - высокую степень активного гашения шума.

Предложен и реализован в ИУС «Спектр-2» и «Спектр-PC» унифицированный алгоритм повышения точности генерирования гармонических сигналов с помощью цифро-аналогового преобразователя и синхронизатор-таймера, в результате которого вычисляется надлежащая поправка рассчитываемого кодового представления временной реализации генерируемого гармонического сигнала в оперативной памяти ЦАП (компьютера) таким образом, чтобы амплитуда первой гармоники сигнала аналоговой ступенчатой полигармонической аппроксимации на выходе ЦАП совпадала с заданной амплитудой идеального аналогового моногармонического сигнала.

Разработанное соискателем защищаемое в работе алгоритмическое обеспечение и программное обеспечение использовано в созданных при его участии цифровых системах управления реального времени для осуществления промышленных виброакустических испытаний, которые были внедрены на ряде предприятий: Институте кибернетики имени В.М. Глушкова НАНУ, Белоозерском филиале «Прибор» (г. Фаустово, Московской обл.), СибНИА (г. Новосибирск), ГОИ (г. Сосновый бор, Ленинградской обл.).

Системы такого типа могут использоваться в составе интегрированных комплексов автоматизации лабораторных и стендовых испытаний в метрологических и сертификационных центрах определенных отраслей промышленности, аналогичных центрах отдельных предприятий.

Ключевые слова: система управления реального времени, виброакустическое поле, виброакустические испытания, пространственно-временная корреляция, спектральная плотность, матричный алгоритм, рекуррентный метод наименьших квадратов, стохастическая аппроксимация, адаптивный алгоритм управления, информационно-управляющая система.