Введение к работе
Актуальность теми. Обеспечение вибробезопасных условий труда операторов транспортных средств и самоходных ыяипш является одним пз важных аспектов социально-экономического развитая страны. Сравнительный анализ разлпчннг систем виброзащиты человека-оператора доказывает, что в области вязких частот большинство из них не отвечают требованиям безопасности, предъявляемых к общей вибрация. Одной нз причин такого положения является недостаточная степень разработки средств автоматизации для исследований динамики спстеи виброзадкти,, проводимых в условиях натурных н стендових нсшташй, а также иетодакп компьютерного моделирования.
Стендовые испытания для определения дшшшческих характеристик относятся к важному этапу проектирования систем ваброзащитн. Однако, существукэдае автоматизированные вибростендн посят узкоспециализированный характер, что ограничивает их применение для экспериментального исследования ншрокого класса виброзапитннх систем.
В последнее время в прикладних исследованиях широкое распространение получили IBM совместимые персональные компьютера. Но они еще ие нашли широкого применения в проектировании систем виброзащиты человека-оператора и исследовании их динамики методами вычислительного эксперимента, значительно сокращающими объем натурных и стендовых испытаний. Поэтому представляется актуальным создание новой методики проведения доводочных испытаний систем виброзащиты человека-оператора, основанной на взаимодействии стендовых испытаний п вычислительного эксперимента. Методика должна базироваться на новых алгоритмах и программных средствах, которые применяются и для авто- -ыатнзированнои обработки результатов стендовых испытаний и для моделирования на персональном компьютере динамики исследуемой конструкции, в том числе и процесса проведения стендовых испытаний. Практическое применение такого подхода позволяет конструкторам непосредственно на рабочем меоте производить экопресо-анализ результатов экспериментального исследования динамики систем виброзащиты человека-оператора и на его основе принимать решения, ускоряющие процесс проектирования и доводочных испытаний.
Пель работы.
Создание средств автоматизации для теоретического и экснернменталь-ного исследования динамики систем виброзащитк человека-оператора, применение которых позволяет повысить эффективность процесса их проектирования и доводки.
Поставленная цель достигается решением следующих задач: 1 Проведение сравнительного анализа основных типов систем виброза-циты чачовека-оператора и методов их испытаний.
-
Создание ыетоднки совершенствования динамических характеристик конструкций, основанной на сочетании стендовых и натурных испытаний с вычислительным экспериментом.
-
Рдзрабо^'а. математических моделей системы "оператор-виброзащитное сиденье", а также алгоритмов автоматизированного составления ж решения описывающих их дифференциальных уравнений.
-
Разработка математического обеспечения для автоматизации исследований данамшш систем виброзащиты на персональной ЭБй.
-
Применение разработанных методов и алгоритмов для создания автоматизированного виброиспытательного комплекса "алектрогадравла-ческий вибростенд - IBM совместимая ЭВМ", предназначенного для экспериментального исследования динамики различных конструкций внброзадитннх систем.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач использовались методы теоретической и аналитической механики, теории колебаний, имитационного моделирования, многокритериальной оптимизации, цифровой обработки сигналов, структурного программирования. Научная новизна работы.
' 1 Создана негодика соверпгонствования динамических характеристик систем виброзашдты, основанная на объединении процесса проведения стендовых испытаний с методами компьютерного моделирования.
-
Разработаны нелинейные математические модели, описываашие динамику системы "оператор-виброзащитное сиденье" и позволяющие последовать влияние сухого трения р подвеске сиденья на качество виб-роизоляции.
-
Развит символьно-численный метод предназначенный для автоматизированного составления и решения дифференциальных уравнений динамики систем виброзашдты.
-
Поставлены и решены задача векторной идентификации параметров
системы "оператор-виброзацитное сиденье" и задача многокритериальной оптимизации параметров подвески сиденья. 5. Разработаны и исследована на имитационной модели алгоритмы, предназначенные для обработки данных, получаемых при компьютерном моделировании динамики систем виброзащиты, и при проведении иг стендовых испытаний. Птактическая значимость.
Разработанное программное обеспечение для исследования на персональных ЭШ динамики систеи виброзздигн человека-оператора, предназ-наяено для нахождения наилучших конструкторских решений на этапе проектирования и доводки систем виброзащигсг.
Имитационное моделирование процеса виброиспытаний позволяет выработать требования к структуре технических и программных средств виб-ронспытательного комплекса, а также оценить точность и достоверность результатов, получаемых при проведении на нем испытаний.
На основании проведенных в диссертационной работе исследований бил разработан автоматизированный вибронспнтательнын комплекс "Электрогидравлкческий виброотеня 9ГВ IQ/T0O - IBM совместимая персональная ЭВМ", на котором выполнены экспериментальные исследования динамики различных виброзащитннх систем для ПО Ы0САВТ03Ш1, ПО ГАЗ, НЭИС, ЫГТУ, заводов УПО 2 БОГ Сг. Тверь), ОЭЗ Сг. Клшовск), . а также проводится отработка перспективных систем виброзащитк, создаваемых в ИМАШ РАН.
Рассмотренный в диссертационной работе подход позволяет повысить производительность проведения доводочных испытаний систем внброэа-циты за счет применения автоматизированных средств анализа динамики и эффективных алгоритмов обработки измерительной ипфоряации, хранения результатов испытаний и оперативной выдачи их пользователю в удобной и наглядной форме. Апробация.
Материалы диссертации докладывались на IV Научно-технической школе "Теория и практика создания человеке-машинных систем" ССуздаль, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Современное состояние и перспективы развития виброыетрии" СЗаворожье, 1985), X и XII конференциях молодых ученых Института Иашшоведения "Актуальные проблемы машиноведения" (Москва, 1985,1989), Московской конференции молодых ученых и специалистов "Роботы и их применение в народном хозяйстве" СМосква, 1987), VIII Международной конференции "Применение
- б -
ЭВМ в технике и управлении производством" compsontrol'S? Шосква, 19373, VI Всесоюзной конференции по управлению в механических системах СЛьзов, 19883, 2-й Ыевдунарадноя рабочем совещании по критериям для оценки влияния общей вибрации на человека СНосква, 19883, 48-й Научно-нетоднческой и научно-исследовательской конференции НАДИ СНосква, 19903, Производственно-технической семинаре "Аппаратура для вибрационного спектрального анализа в математической обработки сигналов" СИосква, 1990), 22-ы Международном симпозиуме по проиышленшы роботак СДетроит, І99ІЗ, 2-й Международной конференции по технологии автоматизации С Тайней, 19923. Публикации.
По теме диссертации опубликовано II работ. Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содерхит 232 страницы: текста Свклвчая 47 рисунков и 26 таблиц на 66 страницах, список литературы из 157 наименований на 16 страницах, прило-аение на 6 сграшцахЗ.
Во введении показана актуальность тема диссертационной работы, связанной с исследованием динамики системы "человек-нажина-среда" вря -вибрационных воздействиях. Решении данной проблемы посвящены работа возглавляемой академиком К. В. Фроловым научной школы, одним из направлений которой является виброзащита человека-оператора. В ранках этой проблемы сформулированы цель и задачи диссертационной работы п перечислены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе дан обзор конструкций систем виброзащигн человека-оператора, применяемых на транспортных средствах и самоходных машинах. Проведен сравнительный анализ методов и результатов их экспериментальных исследований. Предложена методика улучшения динамических характеристик систем виброзэжчты, основанная на сочетании проведения натурных я стендовых испытаний с вычислительным экспериментом.
Обзор научно-технической литературы показал, что в настоящее время наиболее распространенным средством защиты человека-оператора от общей вибрации являются впброзащитные сиденья. Имеется весьма боль-
шое количество конструкций сидений о пассивными ели активными системами подреесориванпя. Однако, большинство применяемых па транспортних средствах и самоходных машинах сидений хотя л существуют более эффективные конструкции подвесок, имеют пассивную подвеску типа "пружина- демпфер" и параллелогракмннй валравлякшзш механизм или асе механизм типа "ногницц". Поэтому, в дальнейшем : менно подвеска с па-раллелограммЕым механизмом рассматривается при построении и анализе динамики математических моделей "оператор-виброзаиптюе сиденье".
Приведенные в работе давше по результатам экспериментального исследования различных типов впброзацптннх сидений показывают, что большинство из них пе обеспечивает требуемого стандартами гашения колебаний. Одной из причин этого является недостаточное внимание разработчиков систем впброзащиты человека-оператора к автоматизации процесса проведешш стендовых исшталшй. Такие испытания. дают вазшум информацию о динамике исследуемой конструкции и помогают конструктору принимать объективные решения на стадии проектирования и доводки. В связи с этим в диссертации сформулированы требования к автоматизированному комплексу, состоящего из вибростенда и персональной ЭВМ. Он позволяет оперативно проводить серии испытаний, формировать банк данных результатов испытаний и осуществлять их сопоставление в удобной и наглядной форме.
Другая причина состоит в недостаточной уровне автоматизации методов доводки, с помощь» которых на стадии вычислительного эксперимента можно проводятся исследования динамики совершенствуемой системы впброзащиты, и по их результатам в конструкцию вносятся изменения. Поэтому, в работе предложена методика совершенствования динамических характеристик систем виброзащиты чачовека-оператора, основанная на многокритериальном подходе к задаче идентификации параметров математической модели конструкции по результатам стендовых испытаний о последующим проведением ее многокритериальной оптимизации и внесением соответствующих изменений в опытный образец. Для решения отих задач предлагается использовать разработанный в Институте машиноведения профессором Р. Б. Статниковнм метод исследования пространства параметров. Остальные главы диссертации следует рассматривать в качестве составных частей предложенной методики совершенствования динамических характеристик систем виброзащиты человека-оператора. Во второй главе дани нелинейные математические модели системы "оператор-виброзащитное сиденье", рассмотрен символьно-численный
метод автодагизированиого составления и решения систем дифференциальных уравнений. Поставлены и решены задача идентификации параметров системы "оператор-виброзащитное сиденье" и задача многокритериальной оптимизации, подвески сиденья. Приведены результаты исследования символьно-численвыи кетодои влияния сухого трения на динамику виброзащитного сиденья.
На основе анализа результатов стендовых испытаний различных типов внброзащитных сидений, нагруженных имитатором тела человека в виде жеоткой кассы установлено, что уровни ускорений на посадочном месте имеют два максимума. Первый, в диапазоне 1-3 Гц вызван динамическими свойствами подвески сиденья. Второй, в диапазоне 4-7 Гц зависит от велг шы сухого трения в подвеске и характеризует взаимодействие нагрузки о посадочным местом сиденья. Проведение испытаний сидений о человеком показывает, что в диапазоне 5-7 Гц тело человека гасит колебания вследствии резонанса внутренних органов. Исследованию динамических свойств тела человека при вибрационном воздействии и разработке его математических ыоделей посвящены работы К. В. Фролова, Г-Н. Еановко, Б.А. Потемкина, В.А. Трегубова, Гирке, Коэрмава. В или показано, что в низкочастотной области для случая вынужденных колебаний тело человека можно рассматривать как систему кеетких касс, которая совершает колебания в вертикальном и горизонтально-продольном направлениях на элементах типа "пружина-демпфер". С учетом вышеизложенного, структурные схемы систеи "жесткая ыасса-виброзащитное сиденье" и "тело человека-виброзащитное сиденье" даны на рис. I и рис. 2.
Подвеска сиденья ыоделируется параллелограыиныи механизмом в виде рычагов ij, упругим элементом at и денпфиром b>t. Сухое трение обозначено через Ft. Рычаги \, наклоненные под углом «0 и подвеска Cbt, ct>Fi5» расположенная под углом »0 крепятся к каркасу сиденья <»,. Посадочное место, состоящее из подушки и спинки сиденья, моделируется безинерционныии элементами Стг»ь2»с2э И Cms»bs»ea3» ИРИ"1641 т2" тв = о. При стендовых испытаниях сиденье нагружают имитаторами тела человека, простейшим из которых я^ияется кесткая масса »4 С рис. D. Динамическая модель тела человека, учитывающая резонанс внутренних органов, С рис. 23 состоит из двух масс »4, к>3, упругих элементов ел, са,св,с^, и демпферов ь*»ья,ьв»ь,» присоединенных к подушке и спинке сиденья.
Символьно-численный метод основан на объединении различных прог-
чЛ ^ №< ьЫба
Рас. L
Система "зкесткал масса -виброзаіцктное сиденье"
&5
-ЛЛЛЛ/V-
С4^.Ш
'.Q.rr.q::
1 о,0. ' Ф?.
g2- nU № фбі
Ркс.2. Система "тело человека -виброэацитное сиденье"
раыи численных расчетов и символьных алгебраических преобразований в едином вычислительном процессе, не гребущей вмешательства оператора в ход вычислений. Он использует систему аналитических вычислений Reduce в позволяет в автоматическом рекиме составлять дифференциальные уравнения, описывающие динамику рассмотренных выше систем, получать их аналитическое решение в линейном с^-оэ случае, приводить уравнения к форме Копт вида:
*i ш 2pijt"kt»bi»cn'«o.vyj * v\.bi.e«."o.уоэ'и * CD
которые в і. лнейнок cFt* с» случае решаются численно, с шследушдеи оценкой алгоритмами цифровой обработки сигналов Сглава 3) параметров колебаний, моделируемых рядои (2)
а -в.. t -<х. і Р. ""* '
усо = \ в'в * cos cam', о в* в l sin сал*\о + > с. в ' С2Э
Стоит отметить, что определение числовых значений слояных аналитических виражений Pijr a , Rt, предварительно выводимых системой Reduce в явном виде, предусмотрено перед численным решением уравнений. (13, что весьма значительно сокращает время расчетов на ЭВИ. Применительно к IBM-совместимым персональный компьютерам на языках Reduce, Assembler Н Turbo Pascal Є. О разработано соответствующее программное обеспечение. В диссертации приводятся полученные с помощью программного обеспечения дифференциальные уравнения систем "оператор-внброзащитное сиденье".
Предусмотрено исследование динамики систем "тело человека-вибро-заидтное сиденье" и "жесткая масса-виброзадитное сиденье" для случат гармонического входного воздействия и воздействия, имитирующего наезд транспортного средства на единичную дорожную неровность, что дает возможность в автоматизированном режиме анализировать как вынужденные, так и свободные колебания сиденья.
Для проверки адекватности рассмотренных математических моделей систем "оператор-Еиброзащнтяое сиденье" реальным объектам и для определения числовых значений параметров описывающих их дифференциальных уравнений была поставлена и решена методом исследования пространства параметров задача векторной идентЕфикации. На рис. 3 для
Рис. 3. Коэффициенты передачи сиденья, нагруженного Рас. 4. Коэффициента передачи сиденья, нагруженного
жесткой кассой, телон человека.
Кривая I - результат стендовых испытаний. Кривая I - результат стендовых испытаний.
Кривая 2»- результат векторной идентификации. Кривая 2 - результат векторной ндептнфшсацпп.
входного уровня ускорения 0.2g показана зависимости коэффициентов передача от частоты для сиденья, нагруженного жесткой массой. Кривая I соответствует результатам стендовых испытаний, а кривая 2 -результатам векторной идентификации. Аналогичные зависимости для коэффициентов передачи сиденья, нагруженного телои человека, гр^" на рис. 4.
Решение задачи идентификации показало, что предложенные математические модели достаточно достоверно воспроизводят динамику виброза-щитного сиденья. Это позволило перейти к задаче многокритериальной оптимизации которая состояла в подборе таких числовых значений кинематических параметров «0, г 0,bt ,^, Ft подвеоки сиденья, при которых уровни средт квадратическпх ускорений на посадочной иеоте соответствовали бы допустимым значениям ускорений в І/З октавних полосах частот, регламентируемых ГОСТ 32.1. 012. 90 "Вибрационная безопасность. Общие требования'*. Данная задача также бала решена с помощью метода исследования пространства параметров. Сравнительный анализ результатов идентификации и последундей оптимизации показал, что угол наклона рычагов «0 должен находиться в диапазоне от 15" до 18", вязкое демпфирование в аыортизаторе целесообразно клеть в пределах 1200-1700 и- с/и, угол наклона подвески у0 долкен составлять 50^55", а жесткость прукикы подвески следует снизить до 4000-8400 н/u. Сухое трение Ft должно бнть уменьшено ко 42-53 Н. Зто дает, по сравнении с прототипом, снихение уровней ускорения на посадочном иесте в 2.5-3 раза.
В заключительной части главн приведены результаты компьютерного моделирования с целью исследования влияния сухого трения на уровни ускорений на посадочном кесге для случая гармонического воздействия а воздействия, имитирующего каезд транспортного, средства иа единичную дорожную неровность. Ба рис. 5 дави коэффициенты передачи системы "кесткая касса-виброзадитное сиденье" для входного уровня ускорения 0. 2g. ВелжчЕна сухого трения приникала значения 0,50,187,1200 Н С кривые 1,2,3,41 Из рис.5 следует, что с возрастанием сухого трения из-за блокировки ей подвески, основной резонанс смещается в область 5 Гц. Этот резоиано соответствует частоте колебаний нагрузки па ио-садочнок месте, что подтверждается исследованием характера свободнгаг колебаний для тех ке числовых значений параметров Срис. 6D. В третьей главе изложены алгоритмы идентификации реакций механических объектов, в том числе систем виброзащиты человека- оператора, иа
* ^
a (",'t'j
-*Д_ , , , ,- 1—— fr-^Зн > 1 —f-h^"* *~*ч—t—г
.с%Я 0.1СЭ 0.150'' о.гсо &пг Лл$$ о.з-.э ,о. ;зз ^.ччэ a,439i
'. "«ж».
\ ул. < ..*..
Рис.5. Зависимость коэффициентов передачи сиделья от величины стхого трепня п подвеске.
Foe. 3, Реакции виброзащитного сиденья из. ступенчатое коздейс геиз.
гармоническое и ступенчатое воздействия пра проведедпп стендовик испытаний (глава 5). Эти se алгоритмы используются л для анализа решений нелинейных дифференциальных уравнений при моделировании динамики виброзащитного сиденья символьЕО-числепним методом Сглава 2). Предполагается, что в обцеы случае реакция объекта на входное воздействие представляет собой оуиыу комплексных экспоненциальных функций вида:
b^expCv^bt-iO * Яп. n » 0.1...-.N, СЗ)
где: р - число полисов Спорядок модели),
. їЛЗи. «_»*«
um _ частоты колебаний,
ья - амплитуды колебаний,
<уп> - дискретная выборка реакции исследуемой системы на
входное возбуждение. <чп> - шум измерений.
Определение ь^. п ь»п, по экспериментальным данным <Уп>, составляет задачу идентификации. Одним кз наиболее известных методов ее решения является метод найменших квадратов Прони. Согласно этому методу, когда число элементов последовательности <уп> превосходит число р членов ряда СЗЗ, то справедливо соотношение С43,
Где! ар = 1 , ао. at, .. ., ap_t - пЄИЗВЄСТННЄ коэффициенты ЛЕ-
нейного предсказания, а ве гаиа г характеризует ошибку ашгрокси-
ыации линейного предсказания. Вектор оценок коэффипиептов линейного
предсказания а » а. t ,_, з* определяется из системы линей
ных уравнений
у-а = -х С5)
по методу найменших квадратов:
А « - CYTY>"1YTX Св)
где:
У.
Затем начисляются корни <« > полинома С?)
pCz>
I
С73
коэффициентами которого являются найденные оценки а. Коэффициенты демпфирования «т и круговые частота «т определяштсл из соотношения
2п» ехрСі» до С83
Лалее, с учетом СЗ) составляется система линейных уравнений
R-ь = і С93
решение которой относительно оценок неизвестного вектора амплитуд
С103
Следует отметить, что метод наименьших квадратов С53 связан с вычислительными трудностями, ЕЫЗЕавшши необходимостью определения обратных матриц и наличием иума измерения <чп> в исходных данных, который, как следует из С43, приводит к появлению коррелированного щупа <р> в анализируемом процессе. Известны модификации процедуры вычисления коэффициентов линейного предсказания С6), основанные на идеях ортогонализацш и преобразовании Хаусхолдера. Девисом предложен рекурсивный метод метод найменших квадратов, который не требует вычисления обратных матрац а позволяет держать з оперативной памяти компьютера только определенную часть данных. Одним из путей учета пума <ег> является предложенный проф. В. Б. Лариным способ составления системы конечноразностных уравнений; С53, состоящий в том, что в нее входят только уравнения для отсчетов соответствующих шагу дис-
кретизацаи т « fc-4t, где к - l, inttCH-p+i)/pJ. С учетск даипой процедури выбора шага дискретизации * в диссертационной работе прелло-яен алгоритм, именуемый в дальнейшем "Алгоритм I", который состоит из следунщдх шагов:
-
Шбор текущего значения кратности нага дискретизадкп ">="
-
Состатеше переопределенной одстекы уравнений *ь-\ ~ -\ п ее решение методом найменших квадратов в соответствие о (62.
-
Вычисление корней
-
Составление переопределенной снстеьш уравнений С9) к ее ренение методом наименьших квадратов согласно CI0J.
-
ЬпИСЛЄННЄ Критерия RT, ПрЄДЛОГчЄКЕОГО ДеВЕООЫ и Хэниовдом, характеризующего качество окспоненциальЕой ашгроксшацнк-.
"1^ сш
является погрегшостыа экспоненциально:'':
Тогда наилучшие оценки векторов ик ць^ соответствует значении критерия ЕТ наиболее близкого к единице-
Подробно расснотрена задача определения оценок коэффицзеЕгоп линейного предсказания а. Предлагается на втором и четвертої: таге рассмотренного выше алгоритма вкесго С6) иодольэовать процедуру реігур-рентного оценивания, основапнуи Еа линейном фильтре Калкана. В это:: случае вектор а можно рассматривать как вектор состояния дкиаьычсс-коіі системи
А , " А , СІ2)
который требуется оценить ко измерениям Упк HnkA + с>^( ,
гДе: н„„в ~1Упк-і ^nk-2 y«h.r J
Таким яе образом вычисляется и вектор оценок амплитуд в. Этот вариант алгоритма в дальнейшем называется "Алгоритм 2".
Для повышения точности определения параметров сигнала (3) при налички шумов измерений предлсжен дьужэташшй алгоритм вычисления оценок коэффициентов линейного предсказания (Алгоритм 3). На первом этапе, в соответствии с Алгоритмом 2, определяются опенки коэоЗфици-ентов линейного предсказания \, использующиеся в качестве начального приближения на втором этапе, где с помощью линеаризированного
- і7 -
фильтра Калмана решается задача совнестного оценивания вектора сос
тояния хя = '*„«„, -xt
Далее в работе анализируются различные способы определения порядка модели р. Отмечается, что наиболее простым способом задания порядка модели являегея предложенный Беллманом прдеи, основанный на анализе определителей наград ЇСазорати составленных из отсчетов даний <у„>. Целесообразно воспользоваться избыточной параметризацией, то есть задавать порядок модели несколько выше, чтобы учесть влияние пуна в исходных данных.
В последней разделе главы приводится алгоритм вычисления коэффициентов передача внброзащитного сиденья с учетом динамических характеристик тела человека. Алгоритм основан і методе биодинамической коррекции СБ. А. Потемкин) и позволяет по результатам стендовых испытаний внброзащитного сиденья, последовательно нагружаемого имитаторами тела человека с известными входными імпедансами и информации о входных ньшедансах тела человека, вычислять коэффициенты передачи вяброзащитного сиденья нагруженного телом человека. Таким образом исключается непосредственное участие испытуемого из процесса прове- дения стендовых испытаний ваброзащитных сидений. В четвертой главе рассматривается применение метода имитационного моделирования для сценки точностных свойств алгоритмов обработки измерительной информации и для воспроизведения на персональном компьютере процесса стендових испытаний сястеы виброзащиты человека-оператора.
В диссертационной работе под понятиен "имитационное моделирование", имеющим весьма широкое толкование, подразумевается процесс зоспроизведения на ЭШ динамики системы "вибростенд-виброзащитное сиденье-измерительный тракт-алгоритны обработки измерительной информации", с учетом сохранения структуры системы. Рассматриваются основные принципы построения и анализа имитационных моделей. Предлагается структура имитационной модели виброиопытательного комплекса, предназначенного для экспериментального исследования динамических характеристик систем виброзадиты человека-оператора, в которую входят модели вибросгенда, системы виброзащиты человека-оператора (гласа 2), измерительного тракта, а также алгоритмы обработки измерительной информации Сглава 3), блок вычисления оценок-погрешностей, интерфейс пользователя, база данных.
Фактически, структура программного обеспечения имитационной моде-
ли соответствует структуре программного обеспечения автоматизированного виброисштательного комплекса, рассмотренного в главе 5. Разница состоит лишь в программных модулях, предназначенных для управления вибростендои и сбора экспериментальной информации с измерительного тракта. В имитационной ноделн они заменены подпрограммами- имитаторами, входа и выхода которых совпадают с входами и выходами соответствующих подпрограмм, виброиспытагельного комплекса.
Исследования на имитационной модели показали, что шум квантования, вызванный прохождением аналогових сигналов через 11-разряднкй АЦП, использующийся в системе сбора данных автоматизированного виб-роиспытательного комплекса Сглава 5) приводит лишь к незначительному ухудшению точности оценивания параметров сигналов, поступающих с ви-хода модели системы, впброзашктн. Для алгоритмов I и 2 погрешность определения амплитуд и коэффициентов демпфирования составила 0.5 -1.5%, а для частот 0.09-0. 4%. Избыточная параметризация позволила снизить зти. величины до 0.02-0.67% и 0.01-0. J% соответственно. Для алгоритма 3 погрешности составили 10~S- ю"2%, а избыточная параметризация не привела к увеличению точносте.
Били исследована зависимости погрешностей определения параметров сигнала (3) от уровня добавляемой к полезному сигналу аддитивной помехи виде белого шума, моделирующей шум линии передачи данных. Результаты моделирования показали, что наиболее чувствительным к шуму является алгоритм L Для всех трех алгоритмов избыточная параметризация, за счет появлення моделирующих помехи составлямадх, позволяет повысить точность оценивания. Установлено, что при наличии помех измерительного тракта наиболее точные результаты дает применение алгоритма 3.
Пятая глава посвящена описанию автоматизированного виброиспытательного комплекса, предназначенного для исследования динамики виброза-лпггннх систем, даны методики и результаты проведенных на нем серий стендовых испытаний виброзащитных сменим, подвесок самоходных машин, а также транспортного модуля робота вертикального перемещения.
.Разработанные алгоритмы и программное обеспечение для автоматизированного анализа динамики систем виброзащиты легли в оонову программного обеспечения автоматизированного виброисштательного комп-плекса, предназначенного для проведения стендовых испытаний различных виброзащитных сиотен. Биброиогштательный коинлеко ориентирован на следующие вида испытании Срис. ?):
СБОР ЭКСПЕ-РИМЕНТТАЛЬ-ШХ ДАННЫХ
В
БАЗА
J.
Л L
Испытания при случайном возбум-
ШЧШ-
ЛЕНИЕ
hi О ы о
Испытания при rapl-моничееком возбужг
1 ДйНЦЙ ' IftCUUH— .
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРА-МКТРОВ
переходиш; процессов
Испытания на удар
Статические испытания
.J
БАНК
Рио. 7. Структура программного обеспечения автоматизированного виброиспытательного комплекса.
- го -
-
Автоматизированное определение коэффициентов передачи и разности фаз.
-
Воспроизведение на вибростенде колебаний пола кабины транспортного средства с последующим вычислением среднеквадратичных значений ускорений в І/З октавних полосах частот на входе и выходе системы виброзащиты и сравнением их с кормами ГОСТ 12. L 012-90
3. Идентификация параметров реакции виброзадитной системы, на входное
воздействие, иыитнрущее наезд транспортного средства Еа единичную дорожную неровность.
4. Автоматизированное определение статических характеристик.
В состав технических средств входит электрогидравлический вибростенд ЭГВ 10/100 и IBM-совместимый персональный компьютер. Измерительная система состоит из акселерометров, датчика перемещения, динамометра, сглаживандцх фильтров к системы сбора данных, имещєй в своем составе АЦП, ЦАІІ и цифровые входы/выходы.
Основным языком программирования являлся язык Turbo Pascal б. 0, некоторые программы реализованы на Ассемблере к Фортране. В диссертации дается описание основных программных блоков, входящих в структуру программного обеспечения, предназначенного для управления вибростендом н ходом экспериментов, сбора и обработки измерительной информации, хранения данных и выдачи их пользователю в табличном к графическом виде. Разработанное программное обеспечение для автоматизации процесса исследования на вибростендах динамических свойств конструкций позволяет проводить испытания достаточно пирокого класса объектов, о чей свидетельствуит рассмотренные в диссертации результаты проведенных серий стендовых испытаний виброзащитшх систем.
