LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

(15)

де - -вимірна матриця, що характеризує похибки ідентифікації, для якої може бути оцінена її евклідова норма, інші аналогічні параметри.

Запропоновані здобувачем і дальше розвинуті в дисертаційній роботі методи вирішення обернених задач випромінювання в акустиці на основі математичних моделей віброакустичних трактів, представлених рівняннями типу (11) - (14), відрізняються від традиційних методів акустики тим, що базуються на теорії керування. Методи полягають у реалізації послідовних процедур ідентифікації та робастних чи адаптивних алгоритмів керування з зворотним зв’язком, що збігаються до точного або наближеного розв’язку задачі за умов невизначеності. Алгоритми, розроблені у відповідності з цими методами, реалізовані в створених цифрових системах керування реального часу.

У другому розділі обгрунтовується вперше запропоноване нове концептуальне вирішення акустичних випробувальних систем, яке забезпечує відтворення полів з заданою просторовою кореляцією в точках спостереження в широкому частотному діапазоні.

Основою акустичної випробувальної системи є ревербераційна акустична випробувальна камера. Для забезпечення можливості відтворення віброакустичних полів з заданими матрицями спектральних густин для цілого класу випробовуваних взірців виробів у цілому класі частотних діапазонів АВК повинна мати значний ступінь дифузності відтворюваного в ній поля. Дифузне акустичне поле характеризується однаковою густиною звукової енергії за об’ємом і однаковою середньою акустичною потужністю на одиницю площі у всіх напрямках. Дифузне поле в ревербераційній АВК може бути відтворене тільки при збудженні істотно широкосмуговими джерелами звуку. В кожній вузькій частотній смузі широкого діапазону просторова кореляція акустичного поля в точках спостереження не є постійною, а задовольняє цілком певним залежностям і істотно впливає на віброакустичну міцність виробу навіть при достатньо рівномірному розподілі рівню акустичного тиску (рівню звукової енергії) біля поверхні взірця. Таким чином, відтворення в ревербераційній АВК заданої просторової кореляції акустичного поля в точках спостереження в цілій множині вузьких частотних смуг широкого діапазону є актуальною проблемою і вимагає ефективного вирішення.

В той час як у США до кінця 70-х років було десь біля сотні технологічних ревербераційних камер об’ємом від 0,2 до 12200 з досяжним рівнем звукового тиску ~160 дБ, в колишньому СРСР були тільки одиниці дослідницьких акустичних камер.

Здобувачем були проведені піонерські експериментальні дослідження можливості керування просторовою кореляцією віброакустичного поля взірця в дослідницькій ревербераційній камері Київського міжнародного університету цивільної авіації (колись - КІІЦА) при рівневі звукового тиску до 130 дБ. З врахуванням вивченого здобувачем світового досвіду побудови АВК в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова була спроектована і побудована дослідницька ревербераційна камера ~10 м3 за об’ємом, у якій досягався рівень акустичного тиску до 138 дБ. Далі за участю автора на базі цієї АВК була створена чотирикомпонентна система акустичних випробувань і були проведені експерименти з дослідження розроблених ним алгоритмів ідентифікації та керування.

Для проведення віброакустичних випробувань на базі ревебераційних камер будувалися спеціальні акустичні випробувальні установки. Найбільш відомі серед них в середині 80-х років були у відомстві NASA (США) в дослідницьких центрах: ім. Джонсона, ім Ленглі, ім. Годдара, ім. Маршалла, Лабораторії реактивного руху, Лабораторії динаміки польоту ВПС США, та в Японському Національному Центрі космічних досліджень NASDA.

Загальним спільним недоліком існуючих акустичних випробувальних установок було те, що в них не ставилась і не могла бути в принципі розв’язана задача відтворення поля з заданою просторовою кореляцією, що істотно обмежувало ступінь адекватності відтворюваних у камері полів реальним акустичним полям.

Проблема відтворення в ревербераційній АВК акустичного поля з заданою просторовою кореляцією в широкому частотному діапазоні розв’язується в запропонованому здобувачем на паритетних засадах з академіком НАНУ В.М. Кунцевичем та д.ф.-м.н. М.М. Личаком новому концептуальному вирішенні акустичної випробувальної установки, яка захищена авторським свідоцтвом і патентом України, була запатентована в Російській федерації і на сьогоднішній день має істотні відмінності від світових аналогів та прототипу, забезпечуючи досягнення якісно нових показників.

Винайдена акустична випробувальна установка містить акустичну камеру і розташовані у ній випромінювачі звуку і істотно відрізняється тим, що, з метою відтворення акустичних полів з заданою просторовою кореляцією в широкому частотному діапазоні, до неї запроваджені генератори вузькосмугових сигналів, групи керованих атенюаторів і фазоповертачів, суматори, підсилювачі потужності;

при цьому вихід кожного генератора вузькосмугового сигналу підімкнений до інформаційних входів атенюаторів своєї групи, а в групі вихід кожного атенюатора з’єднаний з інформаційним входом свого фазоповертача, вихід кожного фазоповертача групи з’єднаний з відповідним їй входом свого суматора, вихід кожного суматора під’єднаний через свій підсилювач потужності до свого випромінювача звуку.

Такі принципи побудови установки дозволяють підпорядкувати сигнали, що подаються на випромінювачі звуку, керованим взаємним кореляційним залежностям, і, таким чином, джерела поля в установці будуть когерентними. Тому в акустичній камері можлива керована інтерференція акустичних полів, і можна відтворювати поля з заданою просторовою кореляцією в широкому частотному діапазоні.

Розглянута і теоретично вирішена задача відтворення акустичного поля з заданими власними і взаємними спектральними густинами на кожній частоті з застосуванням винайденої експериментальної установки у випадку, коли розмірності входу і виходу АВК співпадають, а її матриця частотних характеристик невироджена в усьому частотному діапазоні. В результаті її розв’язання одержані аналітичні вирази для коефіцієнтів передачі цифрових атенюаторів і зсувів фаз фазоповертачів на кожній частоті, які забезпечують задану просторово-часову кореляцію відтвореного акустичного поля в точках спостереження.

У створених за участю автора цифрових системах керування реального часу для відтворення віброакустичних полів з заданою просторово-часовою кореляцією, розглянутих у розділах 5 і 6 дисертації (де як пристрої генерування, аналізу та керування використовуються комп’ютер з пристроями введення-виведення аналогових сигналів), цифрове генерування належних вхідних сигналів АВК, які б забезпечували таку кореляцію здійснюється програмно-апаратним чином з використанням зворотного швидкого перетворення Фур’є (ЗШПФ). При цьому ЗШПФ реалізує властивості вузькосмугових формуючих фільтрів і дозволяє перетворити спеціально сформований масив комплексних чисел у часові реалізації векторного випадкового вхідного процесу АВК. Когерентність генерованих цифровим чином випадкових процесів, що після перетворення в аналогові сигнали подаються на випромінювачі звуку, досягається шляхом підпорядкування їх вирахуваним взаємним кореляційним залежностям у результаті мультиплікативної дії на незалежні випадкові