---

    

     В нормативном документе должен быть установлен способ задания степени жесткости условий испытаний для случайной вибрации: МАХ или SUM.

    

     Спектр ускорения может представлять собой:

    

     - суперпозицию спектров широкополосной случайной вибрации, узкополосной случайной вибрации и гармонических составляющих для систем управления, в которых гармонический сигнал задается в виде спектральной линии;

    

     - суперпозицию спектров широкополосной случайной вибрации и узкополосной случайной вибрации, а также независимые гармонические колебания для систем управления, в которых гармонический сигнал генерируется непрерывно в частотной области.

    

     5.1 Допуски на характеристики случайной вибрации

    

     5.1.1 Вибрация в проверочных и контрольной точках

    

     Инструментальная погрешность оценки спектральной плотности ускорения в контрольной и проверочной точках на интервале частот от  до  не должна выходить за пределы ±3 дБ относительно заданной спектральной плотности ускорения. Данный допуск не учитывает случайную погрешность и смещение. Характеристики случайной погрешности могут быть рассчитаны по результатам испытаний.

    

     Среднеквадратичное значение ускорения в диапазоне от  до , измеренное непосредственно или полученное расчетным способом, не должно отличаться более чем на ±10% от среднеквадратичного значения для заданной спектральной плотности ускорения. Это относится к сигналу как в реальной, так и в воображаемой контрольной точке.

    

     Данные требования могут быть трудновыполнимы на отдельных частотах или для образцов больших размеров или большой массы. В этом случае в нормативном документе могут быть установлены более широкие границы допуска.

    

     Спад спектральной плотности ускорения на нижних частотах должен составлять не менее плюс 6 дБ/октава, а на высоких частотах - не более минус 24 дБ/октава [см. В.2.3 (приложение В)].

    

     Для испытаний с качанием частоты допуски на спектральные составляющие с изменяющейся частотой должны быть теми же, что и на составляющие широкополосной вибрации. Однако это может быть невыполнимо при высокой скорости качания. В этом случае допуски на спектральные составляющие должны быть установлены в нормативном документе.

    

     5.1.2 Вероятностное распределение

    

     Мгновенное значение ускорения в контрольной точке должно быть распределено по закону, близкому к гауссовскому, как показано на рисунке 2. Подтверждение этому должно быть получено в процессе калибровки системы. Вид распределения сигнала в присутствии гармонической составляющей показан на рисунке 4.

    

 - стандартное отклонение

Рисунок 2 - Случайный сигнал, близкий к нормальному, с заданным уровнем отсечки

     Отсечка задающего сигнала должна быть на уровне не менее 2,5 среднеквадратичного значения (см. 3.18). Необходимо убедиться, что временная форма сигнала в контрольной точке содержит пики, превышающие заданное среднеквадратичное значение не менее чем в 3 раза, если только иные требования не установлены соответствующим нормативным документом.

    

     Если для управления используют сигнал в воображаемой контрольной точке, вышеуказанное требование к значению пик-фактора распространяется на все проверочные точки, сигналы в которых используют для формирования сигнала управления.

    

     Плотность вероятности распределения рассчитывают по двухминутной реализации сигнала в контрольной точке в начале, в середине и в конце испытаний.

    

     5.1.3 Статистическая точность

    

     Статистическую точность определяют через число статистических степеней свободы  и доверительный уровень (см. рисунок 3). Статистическое число степеней свободы определяют по формуле

    

,                                                         (1)

    

где  - разрешение по частоте, Гц;

        

        - эффективное время усреднения, с.

Рисунок 3 - Статистическая точность воспроизведения спектральной плотности ускорения в зависимости от числа степеней свободы для разных значений доверительной вероятности

     Значение  не должно быть менее 120, если только иное требование не установлено соответствующим нормативным документом.

    

     Если нормативным документом установлены доверительные уровни, которые необходимо соблюсти при проведении испытаний, для расчета статистической точности следует использовать данные рисунка 3.

    

     5.1.4 Разрешение по частоте

    

     Разрешение по частоте , Гц, зависит от максимальной тактовой частоты контроллера системы управления и числа линий в спектре сигнала :

    

,                                                       (2)

    

где  - максимальная тактовая частот контроллера системы управления, Гц, которая должна не менее чем в два раза превышать  (см. рисунок 1);

         

       - число спектральных линий, равномерно расположенных по диапазону частот вплоть до .

    

     Разрешение по частоте должно быть установлено нормативным документом [см. также раздел 13, перечисление h)].

1- чисто гармонический сигнал; 2- гармонический и случайный (СПУ - 0,1 м/с) сигналы; 3- гармонический и случайный (СПУ - 1 м/с) сигналы; 4- гармонический и случайный (СПУ - 5 м/с) сигналы; 5- чисто случайный сигнал (СПУ - 5 м/с)

Рисунок 4 - Плотность вероятности распределения гармонического (амплитуда 50 м/с, частота 120 Гц) и случайного (в диапазоне от 20 до 200 Гц) сигналов, а также их сочетаний

     5.1.4.1 Сочетание широкополосного и узкополосного случайных сигналов  выбирают таким образом, чтобы:

    

     - одна из спектральных линий совпадала с , а первая спектральная линия была расположена не выше 0,5;

    

     - две спектральные линии определяли форму спада спектральной плотности ускорения узкополосного сигнала.

    

     Если вышеперечисленные требования дают два разных значения , то выбирают наименьшее из них.

    

     Примечание - Выбор  предполагает компромисс между стремлением более качественно описать спектр возбуждения и необходимостью обеспечить быстродействие системы управления. Кроме того, увеличение скорости качания частоты может потребовать более высокого разрешения по частоте для поддержания управления во всем диапазоне частот качания.

    

    

     5.1.4.2 Сочетание гармонического и случайного сигналов

    

       выбирают таким образом, чтобы одна из спектральных линий совпадала с , а первая спектральная линия была расположена не выше 0,5.

    

     Качание частоты гармонического сигнала, по возможности, должно быть непрерывным. Для систем управления, в которых частота гармонического сигнала изменяется скачкообразно,  должно составлять не более 0,1%.

    

     5.2 Допуски на характеристики гармонической вибрации

    

     5.2.1 Вибрация в контрольной точке

    

     При качании частоты гармонической составляющей, воспроизводимой на фоне случайных колебаний, для оценки ее амплитуды обычно используют цифровой следящий фильтр. Этот фильтр позволяет отсечь значительную часть случайной составляющей. Однако в любом случае оценка амплитуды будет содержать долю случайного шума на частотах, расположенных вблизи частоты гармонического сигнала. Кроме того, чем больше отношение спектральной плотности ускорения случайного сигнала к половине квадрата амплитуды гармонического сигнала (называемое также отношением мощностей), тем больше будет доля этой случайной погрешности. Уменьшение полосы следящего фильтра позволит уменьшить случайную погрешность, однако это сопровождается увеличением числа отсчетов, по которым выполняют усреднение.

    

     Если образец обладает острым, высокодобротным резонансом, увеличение числа отсчетов приводит к значительному смещению оценки отклика.

    

     Допуски на амплитуду гармонических составляющих, действующих на фоне случайной вибрации, должны быть больше, чем совокупная погрешность, включающая в себя случайную погрешность, смещение, погрешность цепи управления и инструментальную погрешность.

    

     На рисунке 5 показана рекомендуемая скорость качания частоты в зависимости от отношения мощностей в предположении выполнения следующих условий:

    

     - применяют цифровую следящую фильтрацию с использованием интегрирования произведения сигнала в контрольной точке на гармонический сигнал;

    

     - применяют экспоненциальное усреднение при оценке амплитуды сигнала;

    

     - коэффициент демпфирования образца равен 0,01;

    

     -  представляет собой совокупную погрешность смещения и случайной погрешности, не учитывающей другие источники погрешностей, такие как погрешность цепи управления и инструментальная погрешность;

    

     - совокупная погрешность выражена через стандартное отклонение.

1-10% ; 2-5% ; 3-2,5%

Рисунок 5 - Рекомендуемая скорость качания частоты в зависимости от отношения мощностей для разных значений

     В этом случае полная погрешность  определяется формулой

    

,                                         (3)

    

где  - коэффициент, равный двум (если полная погрешность определена через удвоенное стандартное отклонение);

         

       - стандартное отклонение инструментальной погрешности;

         

       - стандартное отклонение погрешности системы управления.

    

     5.2.2 Допуски на значение частоты

    

     Применяют следующие допуски на значение частоты гармонического сигнала:

    

     1) для сигнала с качанием частоты:

    

     ±1 Гц в диапазоне от 5 до 50 Гц,

    

     ±2% в диапазоне выше 50 Гц;

    

     2) для сигнала на фиксированной частоте: ±2%.

    

     5.3 Стратегия управления

    

     5.3.1 Одноточечное или многоточечное управление

    

     Если предписано нормативным документом или выявлена в ходе предварительного обследования необходимость проведения испытаний с многоточечным управлением, то должна быть определена стратегия этого управления.

    

     Нормативным документом должно быть установлено, какое управление следует применять: одноточечное или многоточечное. Если многоточечное, то нормативным документом должно быть предписано, по какому сигналу осуществляют управление: сигналу, усредненному по проверочным точкам, или по сигналу в некоторой выбранной точке (например, той, где вибрация максимальна).

    

     Примечание - Если управление по одной точке невозможно, то используют многоточечное управление, определив способ получения сигнала управления - по среднему или по экстремальному значению в проверочных точках. В любом случае контрольная точка будет воображаемой. Используемый метод управления должен быть отражен в протоколе испытаний.

    

    

     Ниже описаны возможные стратегии управления.

    

     5.3.1.1 Управление по среднему значению

    

     В данном способе управления сигнал управления определяют по сигналам в каждой проверочной точке, формируя его посредством арифметического усреднения на каждой частотной составляющей. После чего сравнивают амплитуды всех частотных составляющих сигнала управления и задающего сигнала.

    

     5.3.1.2 Управление по среднему значению с коррекцией

    

     Значение амплитуды  каждой частотной составляющей сигнала управления получают усреднением по амплитудам , …,  соответствующих частотных составляющих сигналов в проверочных точках с использованием весовых коэффициентов , ..., :

    

.                                   (4)

    

     Такая стратегия управления предполагает возможность внесения сигналами в разных проверочных точках разных долей в сигнал управления на каждой частоте.

    

     5.3.1.3 Управление по экстремальному значению

    

     В данном способе сигнал управления вычисляют по экстремальным значениям параметра управления на каждой частоте в каждой проверочной точке. Такая стратегия позволяет построить сигнал управления в частотной области как огибающую по спектрам сигналов в проверочных точках, нанесенных на один график (управление по максимальному значению), или как нижний предел этих сигналов на каждой частоте (управление по минимальному значению).

    

     5.4 Определение частотной характеристики

    

     Исследования частотной характеристики образца проводят во всем диапазоне частот испытаний по ГОСТ 30630.1.1.

    

    

     6 Степень жесткости условий испытаний

    

     Степень жесткости условий испытаний определяется сочетанием следующих параметров:

    

     - диапазон частот испытаний;

    

     - значения спектральной плотности ускорения широкополосной вибрации;

    

     - форма кривой спектральной плотности ускорения широкополосной вибрации;

    

     - диапазоны частот узкополосной случайной вибрации;

    

     - гармонические составляющие вибрации;

    

     - скорость качания частоты;

    

     - длительность воздействия вибрации.

    

     Указанные параметры должны быть определены соответствующим нормативным документом одним из следующих способов: