Многоканальное управление виброиспытаниями сложных объектов

Если в процессе испытаний объектов мы задействуем более 2 датчиков и каналов управления, то уже можем говорить, что осуществляем «многоканальные» или «многоточечные» испытания. Зачастую так проверяют конструкции и части конструкций из авиакосмической отрасли, судостроения, автопромышленности, вертолетостроения.

В статье мы рассмотрим задачи, составные части экспериментальной установки и проблемы, которые возникают при проведении многоканальных испытаний сложных объектов: защита объекта от повреждений и установка управляющих датчиков.

Какие задачи решает многоканальное управление?

Здесь нет особых отличий от задачи вибрационных испытаний в целом:

• Проверить способность изделий выполнять функции и сохранять значения параметров в пределах, указанных в стандартах и технических условиях
• Определить границы виброустойчивости всего объекта испытаний (ОИ)
• Определить виброустойчивость ОИ при воздействии собственных частот элементов изделий
• Исследовать динамические характеристики объекта
• Выявить механические дефекты и / или ухудшение заданных характеристик
• Другие цели, определенные спецификацией

Если дополнительно требуется проверка объекта испытаний с использованием несколько стендов в одной или нескольких осях, то тогда мы проводим многоканальные многостендовые испытания — то есть испытания с использованием нескольких выходов и нескольких входов системы для управления по контуру c обратной связью.

Более точно задачи и цели испытаний определяются в спецификации и регулируются нормативной базой для конкретного вида испытания (синуса, классического удара, ШСВ, виброудара и т.п.). Также существует большой ряд ГОСТов и ТУ из разных отраслей, которые вы можете взять за основу при подготовке.

Чаще всего задается точность поддержания параметров вибрации на ОИ и применение многоканального управления позволяет решить эти задачи при невозможности оптимально расположить ежинственный управляющий датчик.

Стратегия управления

Когда речь идет о многоканальном управлении виброиспытаниями, в первую очередь необходимо собрать установку и определиться со стратегией управления:

• по взвешенному среднему,
• по максимум,
• по минимуму.

От стратегии зависит, насколько у вас получится оптимизировать отклонения от задания и выронить уровень вибрации на объекте.

Экспериментальная установка

Сама установка для многоканального управления виброиспытаниями, состоит из следующих элементов:

• Две синхронно соединенных  систем управления виброиспытаниями ВС-301 (т.к. задействуем 8 каналов),
• Вибропреобразователи (8 штук),
• Усилитель мощности ВС-319,
• вибростенд (один при одностендовых, до 8 при многостендовых испытаниях),
• программное обеспечение VisProbe SL, установленное на ПК,
• объект испытаний.

Мы в  качестве объекта испытаний мы взяли небольшой пластиковый вертолет. Расположили стенд на заранее подготовленной поверхности, закрепили на него платформу (стол) и сам объект испытаний. Ниже на фото вы можете увидеть приборы и стенд.

Затем включили программное обеспечение VisProbe SL для синхронизации элементов установки в целом, а также настройки и запуска испытаний.

Подключили датчики в соединенные между собой системы управления виброиспытаниями ВС-301, добавили в установку усилитель.

Первый датчик расположили в центре расширительного стола, 3 датчика использовали для ограничения непревышения, и еще 4 датчика расположили по углам расширительного стола. Использовали один выход как управляющий, поскольку проводим одностендовые испытания.

Как синхронизировать две системы между собой?

При многоканальных испытаниях с использованием нескольких систем мы синхронизируем их через общий коммутатор. Одна из систем является ведущей, а вторая – ведомой. В нашем примере мы получили 8 каналов управления, которые распознаются как единая система. Порядок настройки указан на скриншоте ниже.

Проблемы при многоканальном управлении

Многоканальное управление испытаниями сложных объектов связано с двумя наиболее частыми проблемами:

1. Куда установить управляющие датчики?
2. Как защитить объекта испытаний от повреждений?

Проблема оптимального и неоптимального расположения датчиков

На определенных частотах даже самый твердый стол ведет себя эластично: например, углы стола могут изгибаться. По этой причине, если датчик находится на таком краю стола, то он будет иметь свою собственную траекторию движения, отличную от той, которая воспроизводится на ОИ.

Если управляющий датчик стоит в точке, где имеется резонанс оснастки, система управления будет пытаться поддерживать заданный уровень вибрации именно в этой точке, а не там, где установлен объект испытаний.

Это может привести к несоблюдению требований по вибрации на самом ОИ.

Что можно считать оптимальным расположением датчика?

Самым оптимальным для датчика является расположение его внутри подвижной части стенда. Только в этом случае можно быть уверенным, что датчик точно измеряет уровень ускорения и другие показания, а также защищает стенд от повреждений (так как параметры движения вибростенда известны).

Альтернативным вариантом расположения датчика, но с небольшой погрешностью можно считать центр стола самого стенда или в центре расширительного стола.

Большинство испытателей сталкивается с ситуацией, когда размещение датчика на центр стола невозможно по причине расположения там объекта испытания (ОИ). В таком случае необходимо понимать, что вибрация на ОИ будет отличаться от профиля того задания, которое вы хотите реализовать.

Исправить это можно использованием нескольких датчиков. Таким образом, благодаря датчикам, расположенным по столу стенда, мы выбираем стратегию управления (по взвешенному среднему, по максимум или по минимуму), которая позволит оптимизировать отклонения и выровнять уровень вибрации на объекте в центре стола.

Последний способ расположения датчика — установка непосредственно на ОИ. Такой способ является неправильным и категорически не рекомендуется к применению, т.к. ОИ и стол имеют собственные резонансные частоты, что может привести к выходу из строя самого стенда.

Сравнение одноканального и многоканального управления?

В таблице ниже приведены результаты исследования разных стратегий управления.

Сравнение проводилось с датчиком расположенным непосредственно под объектом испытаний.

Важным является сравнение результатов отклонения при управлении по датчику расположенному на краю стола. Обращаем внимание, что в этом случае средняя ошибка достигает 16%, а максимальная (на определенных частотах) более 100%,  то есть уровень вибрации на объекте испытаний в два раза превышает уровень задания.

Стратегия управления по взвешенному среднему дала уменьшение средней ошибки до 2.3%. То есть даже при невозможности установить датчик в центре стола вы можете минимизировать ошибку в поддержании задания на ОИ.

Алгоритм управления	Макс. ошибка, %	Средняя ошибка, %
1 датчик в центре	7,7	0,3
датчик на краю стола	113.2	16.1
2 датчика по краям(по среднему)	107.8	12.3
4 датчика по краям (по среднему)	36.5	2.3

Многоканальное управление на каждой вибрационной установки требует дополнительных исследований, но может дать существенный прирост качества воспроизводимой вибрации при правильном выборе точек расположения датчиков и стратегии управлении.

Видеоролик о многоканальных испытаниях

Узнайте больше

Остались вопросы? Свяжитесь с отделом продаж или со специалистами технической поддержки «Висом»:

• Звоните: +7 (4812) 777-007 (поддержка), +7 (4812) 777-001 (отдел продаж)
• Пишите: support@visom.ru (поддержка), contact@visom.ru (отдел продаж)
• Отвечаем в мессенджерах: +7 (920) 310-90-29 (WhatsApp, Telegram, Viber)

Также мы предлагаем услугу «Удаленные испытания», в ходе которой вы можете управлять вибростендом и многоканальными системами по заданным вами параметрам в режиме реального времени через удаленный рабочий стол.