PROCESS AND DEVICE FOR STEERING, CONTROLLING AND REGULATING VIBRATING AND QUALITY CONTROL TEST STANDS

Abstract: 1. Process for producing a control signal for controlling and/or regulating monoaxial or multiaxial vibratine and quality control test stands usine electrodynamic and/or hydraulic test drives, in which arbitrarily preset control signal characteristics are filed in digital form, a main signal and if necessary an auxillary signal from the filed control signal data being generated and coupled to one another, the output pulse of the filed control signal data is preset in a specified base interval with presettable pulse frequency with fine resolution, the signal shape of a filed control signal characteristic is altered in at least one of its parameters during the program sequence, and an amplitude/level regulation is carried out with sweep control value characteristics.

Description: Verfahren und Einrichtung zum Steuern und Regeln von Schwingungs- und Betriebsfestigkeitsprüfanlagen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern und Regeln von ein- und mehrachsigen Schwingungs- und Betriebsfestigkeitsprüfanlagen unter Einsatz von elektrodynamischen und/oder hydraulischen Prüf antrieben. Bekannte derartige Steuer- und Regelanlagen sind im wesentlichen für die Steuerung eines Prüfantriebs, d.h. eines Schwingerregers mit Folgeregeleinrichtung konzipiert. Ein Funktionsgenerator liefert ein Führungssignal, das dem Sollwerteingang des Prüfantriebreglers zugeführt wird. Das Folgeverhalten des Prüfantriebes lässt sich durch geeignete Reglereinstellung zwar optimieren, ist jedoch insbesondere im höherfrequenten Bereich unbefriedigend. Die bekannten Steuer- und Regelanlagen lassen sich in folgende zwei Gruppen einteilen: 1. Vorwiegend analoge sogenannte Regelgeneratoren für Sinusprüfungen mit fester oder gleitender Frequenz. Das oben erwähnte mangelnde Folgeverhalten wird hier durch eine Amplituden- bzw. Pegelregelung kompensiert. Diese Steuerungen erlauben nur Sinus anregung. Sie sind insbesondere nicht in der Lage Klirreffekte, d.h. Qberschwingungen aufgrund von Nichtlinearitäten, zu vermeiden, noch ist es mög lich, mehrere Antriebe synchron mit festen Fre quenzverhältnissen und vor allem vorgegebenen Pha senrelationen zu betreiben. 2. Uberwiegend mit analogen Rauschquellen und Filter bänken oder digital mit FFT-Hethoden arbeitende Steuer- bzw. Regelanlagen für die Realisierung von transienten Belastungsverläufen bzw. von statio närer Rauschanregung, welche eine iterative Ver besserung des Nachfahrverhaltens erlauben. Diese Anlagen sind nicht oder nur aufwendig für gekop pelt mehrachsige Anlagensteuerung geeignet. Eine mehrkanalige Sinusanregung ist nicht oder allen falls aufwendig für einachsigen Betrieb möglich. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen für das Spektrum an Prüfsignalverläufen - einfrequente Sinusanregung - Transienten, insbesondere ein- oder mehrfrequente Schocks - mehrfrequentes, stationäres Rauschen - Betriebsfestigkeitsprozesse wie Blockprogramme, Markov'sche Prozesse mehrere Steuer- und Regelsysteme eingesetzt werden müssen. Eine koordinierte Steuerung bzw. Regelung mehrachsiger Prüfantriebe ist nur sehr aufwendig möglich und beinhaltet vor allem nicht den mehrachsigen-Sinus- bzw. Gleitsinusbetrieb. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit welchen die erwähnten Nachteile beseitigt werden, welche durch Verwendung bzw. den Einsatz moderner Mikroelektronik in Kombination mit verfügbaren Standard Rechnersystemen durch optimale hard-softwareorientierte Schnittstellen wesentlich wirtschaftlicher sind und durch die damit mögliche, weitgehend freizügige Wahl von Prüfsignalverläufen nicht nur alle bekannten Prüfsignalverläufe ermöglichen, sondern auch die Einführung und Anwendung neuer problemorientierter Prüfverfahren. Das Verfahren und die Einrichtung sollen dabei sowohl für einachsige wie für gekoppelt mehrachsige Schwing- und Betriebsfestigkeitsprüfungen von Strukturen geeignet sein. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass beliebig vorgegebene Steuersignalverläufe in digitaler Form abgelegt werden, dass ein Haupt- und ein Hilfssignal erzeugt und miteinander verknüpft werden, dass der Ausgabetakt der Signale in einem vorgegebenen Basis-Intervall mit vorgebbarer Taktfrequenz mit feiner Auflösung vorgegeben wird, dass die Signal form eines analogen Steuersignalverlaufs in einen Speicher abgelegt und seine Parameter während des Programmablaufs verändert werden, und dass eine Amplitudenbzw. Pegelregelung mit gleitendem Sollwertverlauf durchgeführt wird. Bei der Sollwert vorgabe wird zweckmässig der Prüfantriebs Frequenzgang berücksichtigt. Die Erfassung von Messsignalen erfolgt vorteilhaft in einem festen Frequenzraster zur Ansteuerung. Dies bringt erhebli che Vorteile bei der Auswertung. Zur Steuerung und Regelung mehrachsiger Prüfantriebe sind mehrere Prüfantriebe gekoppelt und werden über mehrere synchronisierte Kanäle mehrachsig bzw. mehrkanalig gesteuert bzw. geregelt. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs beschriebenen Art ist erfindungsgemäss derart aufgebaut, dass drei Funktionsblöcke Basisfunktionen und Optionen, Zusatzfunktionen und Pegelerfassung sowie eine zentrale Steuer-, Bedien- und Auswerteinheit über digitale Daten- und Adressleitungen kommunizierend geschaltet sind. Für mehrachsige bzw. mehrkanalige Steuerung bzw. Regelung sind mehrere synchronsierte Gruppen von Funktionsblöcken mit der zentralen Steuereinheit kommunizierend geschaltet. Zweckmässig weist der Funktionsblock Basisfunktionen und Optionen einen auf eine Speicherverwaltung geschalteten Zeit- bzw. Frequenzgeber, einen mit der Speicherverwaltung verbundenen ersten Signalspeicher, einen ersten D/A-Wandler und ein Analogmodul mit zusätzlichem Analogausgang zur Ausgabe des Steuersignals auf, die mit einem Digitalinterface verbunden sind, weist einen zweiten Signalspeicher und einen zweiten D/A-Wandler auf, die mit einer Schnittstelle für digitale Zusatzfunktionen verbunden sind, und weist einen Phasenmodul mit Phasenkorrektureingang und eine Anzeigeeinheit auf, wobei der Zeit- bzw. Frequenzgeber einen Synchro nisiertakteingang und einen synchronsierten Messtaktausgang hat. Der Analogmodul weist dabei zweckmässig einen Analogausgang Sollwertvorgabe auf. Vorteilhaft weist der Funktionsblock Zusatz funktionen eine Amplitudenregeleinrichtung, eine Phasenregeleinrichtung und weitere Funktionsmoduln auf, die mit einem Digitalinterface verbunden sind. Der Funktionsblock Pegelerfassung weist zweckmässig je Kanal einen A/D-Wandler, einen Pegelspeicher und eine Speichererweiterung auf, die mit einem Digitalinterface verbunden sind. Weiter ist die zentrale Steuereinheit vorteilhaft mit einer Einheit für Prüfablaufsteuerung und -überwachung und einer Einheit für Testauswertung und Dokumentation verbunden. Schliesslich sind die Funktionsblöcke und die zentrale Steuereinheit vorteilhaft über einen bidirektionalen Datenund Adressbus mit 16 Bit parallel kommunizierend geschaltet. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Einrichtung, welche auf einem neuen Hard-Softwarekonzept basieren, wird ein Prüfsignalgenerator bzw. ein Abtastsystem mit variablem Abtastinkrement geschaffen, welche eine mehrachsige bzw. mehrkanalige Steuerung und Regelung mehrerer gekoppelter Prüfantriebe auf einfache Weise ermöglichen. Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. ' 1 eine schematische Darstellung eines Funk tionsblock Basis funktionen und Optionen gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine ausführlichere Darstellung des in dem Funktionsblock nach Fig. 1 verwendeten D/A Wandler, Fig. 3 eine schematische Darstellung des Funktions blocks Zusatzfunktionen gemäss der Erfindung, Fig. 4 und 5 ausführlichere Darstellungen der in dem Funktionsblock Zusatzfunktionen nach Fig. 3 verwendeten Amplitudenregeleinrichtung und Phasenregeleinrichtung, Fig. 6 eine schematische Darstellung des Funktions blocks Pegelerfassung gemäss der Erfindung, und Fig. 7 ein Blockschaltbild eines mit den erfindungs gemässen Funktionsblöcken aufgebauten Prüf signalgenerators. Wie in Fig. 1 dargestellt, können Steuersignalverläufe bzw. ein Steuersignal A oder A+ccB beliebig vorgegeben werden, und zwar abgelegt in digitaler Form auf Signalspeichern 1a und 1b mit entsprechender Grösse gemäss der Anzahl der Digitalwerte, z.B. 32 k x 16 Bit. Die Signalausgabe erfolgt in analoger Form als Steuersignal, und zwar jeweils über zwei multiplizierende D/A-Wandler 2a, 2b, wobei eine digitale Einstellung der Signalamplitude ermöglicht wird. Zwischen den beiden D/A-Wandlern 2a, 2b befindet sich ein zusätzlicher Analogeingang 3 für Regelzwecke, insbesondere externe Amplitudenkorrektur, vgl. auch Fig. 2. Ein mit B bezeichnetes Hilfssignal lässt sich mit Hilfe der Signalspeicher 1a, 1b und der D/A-Wandler 2a, 2b zu einem mit A bezeichneten Hauptsignal als Option hinzufügen. Das Hilfssignal B kann wie das Hauptsignal A beliebigen Verlauf haben, wird aber mit Hilfe eines Zeit- bzw. Frequenzgebers 6 im gleichen Zeitraster wie das Hauptsignal A ausgegeben. Es steht als separates Signal an einem Hilfssignalausgang 4 zur Verfügung, z.B. Hauptsignal A Sinus, Hilfssignal B Kosinus usw., oder es lässt sich in einem Analogmodul 5 gewichtet zum Steuersignal addieren, so dass ein Steuersignal A oder ein Steuersignal A+B ansteht. Der Analogmodul 5 erlaubt ferner die Addition eines programmierbaren Gleichanteiles sowie getrennt die analoge Vorgabe eines zeitabhängig programmierbaren Sollwertverlaufes an einem Analogausgang Sollwertvorgabe 13. Der Ausgabetakt der digital abgelegten Signale und damit die Frequenz bzw. das Frequenzband des analogen Steuersignals bzw. des Hauptsignals A und des Hilfssignals B lässt sich über den Zeit- bzw. Frequenzgeber 6 vorgeben. Dieser Zeit- bzw. Frequenzgeber 6 liefert ferner an einem synchronisierten Messtaktausgang 15 einen synchronen Messtakt und lässt sich bei Mehrkanalbetrieb extern mit einem gemeinsamen Mastertakt oder Synchronisiertakt beaufschlagen. Der Zeit- bzw. Frequenzgeber 6 liefert in einem vorgegebenen Basis-Intervall, z.B. eine Oktave, eine vorgebbare Tastfre quenz mit entsprechend feiner Auflösung (z.B. 512 Schritte programmierbar). Auslesefrequenzen, die über dem vorgegebenen Basisfrequenz Intervall liegen, werden dadurch erzeugt, dass über eine Speicherverwaltung 7 jeweils eine entsprechende Anzahl Adressen ausgelassen werden, z.B. im Raster 2, 4, 8,16 ..; Auslesefrequenzen unterhalb des Basisfrequenz-Intervalles werden dadurch realisiert, dass über die Speicherverwaltung 7 Signalwerte mehrfach, z.B. Faktoren 2, 4, 8, 16 ..., ausgegeben werden. Ein Phasenmodul 8, einsetzbar sowohl für das Hauptsignal A als auch für das Hilfssignal B, erlaubt es, über ein Verschieben der Adresse des aktuell auszulesenden Signalwertes, programmiert feste Phasenrelationen zwischen Hauptsignal A und Hilfssignal B sowie zwischen verschiedenen Steuerkanälen bei Mehrkanalbetrieb einzustellen. Zusätzlich ist über einen externen Phasenkorrektureingang 14 eine externe Phasenaufschaltung, z.B. für Regelzwecke möglich Über diesen digitalen externen Phasenkorrektureingang 14 lassen sich für das Hauptsignal A bzw. das Hilfssignal B die relativen Phasenlagen zusätzlich beeinflussen, z.B. zur Realisierung einer Phasenregelung mittels Zusatzfunktionen. Die Basisfunktionen werden durch eine Anzeigeeinheit 9 für Signalfrequenz oder andere geeignete Werte ergänzt. über ein Digitalinterface 10, geeignet für Daten- und Adressübertragung,lassen sich zum einen der bzw. die Signalspeicher la, ib beschreiben, zum anderen können die einzelnen Funktionen adressiert und die zugehörigen Parameter wie Frequenz/Ausgabetakt, Phasenbeziehungen, Signalamplituden, Gleichanteil, Steuersignal, Sollwertvorgabe, verändert werden. Dies erfolgt z.B. über ein Prüfablaufprogramm, das von einer übergeordneten zentralen Steuereinheit 16, die z'.B. ein prozessredhner oder ein Tischrechner mit entsprechender Schnittstelle ist, an die das Digitalinterface 10 angeschlossen ist, ausgeführt wird. Der Funktionsblock Basisfunktionen und Optionen 11, realisiert in einzelnen Moduln, erlaubt also die Erzeugung eines analogen Steuersignalverlaufs, dessen beliebige Signalform auf einen Speicher abgelegt ist und dessen Parameter, wie Frequenz/Laufzeit, Amplitude, Phase, Gleichanteil, sich per Programm auch während des Signalablaufes verändern lassen. Auf diese Weise lassen sich gebräuchliche und/oder neue Testfunktionen, insbesondere - Sinus, Dreieck, Rechteck - Schocksignale bzw. Transienten, z.B. Sinus-Schwe bung, Halbsinus, Erdbebenzeitverläufe - Stochasitsche Prozesse, z.B. stationäres Pseudo Rauschen, Wiedergabe von Strassenprofilverläufen usw. - Betriebsfestigkeitsfunktionen, z.B. Blockprogramme, Markov'sche Prozesse mit dynamisch programmierbaren und damit veränderbaren Signalparamtern realisieren. Optionelle Moduln, in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, erlauben das Hinzufügen eines Hilfssignals B, das zum Hauptsignal A gewichtet addiert oder gesondert als Hilfssignal, z.B. für progranrnierbare Oberschwingungen zur Verminderung des Klirrfaktors, verwendet werden kann. Als weitere Funktionen sind signalabhängige Trigger, Anzeige für Frequenz oder andere Grössen sowie ein externes Starten/Stoppen neben der programmässigen Ausführung vorgesehen. Zwischen den Signalspeichern la und ib und den zugehörigen D/A-Wandlern 2a, 2b sind Schnittstellen 12 für digitale Zusatz funktionen vorgesehen. Sie sind für den bisher beschriebenen Betrieb überbrückt und erlauben es, den jeweiligen Datenstrom A bzw. B über digitale Funktionsgeneratoren zu führen und damit zu verändern, wie es im Zusammenhang mit dem Funktionsblock Zusatzfunktionen 17 weiter erläutert ist. über den Analogausgang Sollwertvorgabe 13 sowie den zusätzlichen Analogeingang 3 Amplitudenkorrektur lässt sich eine Amplituden- bzw. Pegelregelung mit gleitendem Sollwertverlauf (Pegelverlauf) durchführen. Dabei lässt sich per Programm bereits bei der Sollwertvorgabe ein Prüfantriebs-Frequenzgang (Amplitude und Phase) berücksichtigen, was z.B. eine gegenüber herkömmlichen Methoden wesentlich bessere Regeldynamik zur Folge hat. Die Sollwertvorgabe kann aber auch unabhängig, z.B. für die Ansteuerung einer Temperaturregelung, verwendet werden. Der Signalspeicher kann dabei repitierend (periodische Signale, Pseudo-Rauschen usw.) oder einmalig (Schocks, Transienten) ausgegeben werden. Start/Stop erfolgt über die zentrale Steuereinheit 16 oder über einen externen Triggereingang. Eine weitere Betriebsart erlaubt es, an beliebigen Stellen des Signalverlaufes anzuhalten und wieder zu starten, z.B. für Versuche, bei denen Belastung und Entlastung zeitlich getrennt erfolgen (z.B. Zug-/ Druck-Prüfmaschinen). Der synchronisierte Messtaktausgang 15 des Zeit- bzw. Frequenzgebers 6 liefert schliesslich eine Tastfrequenz, die sich per Programm auf ein festes Zahlenverhältnis zum Auslesetakt der Signalwerte einstellen lässt und z.B. zur Ansteuerung der Moduln des Funktionsblocks Pegelerfassung 22 verwendet wird. Die zentrale Steuereinheit 16 mit Betriebsprogramm (Steuern, Regeln, Messen) für ein- oder mehrkanaligen Betrieb ist z.B. ein Prozessrechner, ein Tischrechner mit entsprechender Ein-/Ausgabe-Schnittstelle usw. Neben der zeitlichen Vorgabe der Prüfsignalparameter und damit des Prüfablaufs lässt sich insbesondere im Zusammenspiel mit dem Funktionsblock Pegelerfassung 22 mit der zentralen Steuereinheit 16 das Übertragungsverhalten des Prüfsystems z.B. als Frequenzgang berechnen bzw. ermitteln. Damit lassen sich dann per Programm korrigierte Signalverläufe gegebenenfalls iterativ festlegen, die ein möglichst gutes Nachfahrverhalten eines vorgegebenen Belastungsverlaufes ergeben. Diese sogenannte Frequenzgangkorrektur lässt sich alternativ auch über ein digitales Filter an der Schnittstelle 12 quasi online realisieren, wobei dann die Filterparameter über die zentrale Steuereinheit 16 vorgegeben werden können. Die zentrale Steuereinheit 16 dient ferner der Auswertung von Messergebnissen, insbesondere im Zusammenhang mit der Pegelerfassung mittels des Funktionsblocks 22. Fig. 3, 4 und 5 zeigen eine schematische Darstellung des Funktionsblocks Zusatzfunktionen 17. Die Zusatzfunktionen ergänzen bzw. erweitern die Möglichkeiten der Basisfunktionen, wie es bereits im Zusammenhang mit dem Funk tionsblock Basisfunktionen und Optionen 11, insbesondere Schnittstelle 12, Analogausgang Sollwertvorgabe 13 und Phasenkorrektureingang 14 anhand der entsprechenden Schnittstellen aufgezeigt worden ist. Die programmierte Ansteuerung erfolgt über die Steuereinheit entsprechend der Beschreibung des Funktionsblocks Basisfunktionen und Optionen 11 über eine digitale Daten- und Adressschnittstelle, wobei in der Steuereinheit das Interface für die Basisfunktionen herangezogen werden kann (gemeinsamer Digitalbus), oder aber ein davon unabhängiges zweites Interface (getrennte Busleitungen). Die Zusatzfunktionen können jeweils eine gewisse Anzahl von Moduln umfassen, die über ein Digitalinterface 18 für Daten- und Adressübergabe (Funktionsadressen) per Programm angesprochen werden, und zwar vergleichbar oder identisch mit dem Digitalinterface 10. Insbesondere sind folgende Zusatzfunktionen in dem Funktionsblock Zusatzfunktionen 17 für das System kennzeichnend: Eine Amplituden- bzw. Pegel- bzw. Profilregeleinrichtung 19, welche insbesondere für die Kommunikation mit dem Analogausgang Sollwertvorgabe 13 entsprechend Fig. 4 vor- gesehen ist. Typisches Anwendungsgebiet ist z.B. die Regelung eines beliebigen Belastungsprofils bei Gleitsinus in Abhängigkeit von der Frequenz. Dabei kann bei der Sollwertvorgabe der Prüfantriebsfrequenzgang berücksichtigt werden, womit der Verlauf der Regelabweichung minimiert und die Regeldynamik optimiert wird. Diese Funktionseinheit besteht aus einer Amplitudenaufbereitung, einem Regler (z.B. PID-Regler) sowie einer Regelüberwachung, mit der sich z.B. Überschreitungen von programmierten Grenzen für die Regelabweichung signalisieren lassen. Die Amplitudenaufbereitung sieht zwei per Programm umschaltbare Eingänge vor. Eingang I ist direkt für die Aufschaltung des Amplituden- bzw. Pegel-Ist-Verlaufes vorgesehen,(Mes- sung z.B. Spitzenwert- oder quadratischer Mittelwert Pegel extern),Eingang II führt auf eine Einheit, die aus einem Messsignal den Amplituden- bzw. Pegelverlauf ermittelt. Eine Phasenregeleinrichtung 20 im Funktionsblock Zusatzfunktionen, vergleiche auch Fig. 5, wirkt über einen geeigneten Regler digital auf den Phasenkorrektureingang 14 in der Weise, dass über entsprechende Adressenmodifikation eine zeitliche Verschiebung bei der Ausgabe aus dem Signalspeicher 1a bzw. 1b erfolgt, was sowohl für das Hauptsignal A als auch für das Hilfssignal B möglich ist. Die Phasenaufbereitung ermittelt für ein Messsignal z.B. von einem Messpunkt am Prüfling (900/Resonanzregelung) die Phasenlage zu einem Messtrigger, der z.B. als Signaltrigger von den Basisfunktionen geliefert wird. Im Phasenregler wird dann mit einem per Programm vorgebbaren Sollwert verglichen und über ein Regelgesetz die Phasenkorrektur digital dem Phasenkorrektureingang 14 zugeführt. Unter weitere Funktionsmoduln 21 fallen insbesondere solche, die mit der Schnittstelle für digitale Zusatzfunktionen 12 (Signalfluss A bzw. B) kommunizieren. Das sind allgemein digitale Filter (Abtastung mit Basissystem synchronisiert), die z.B. ein- oder mehrachsige Frequenzgangkorrektur im Zeitbereich realisieren, wobei die Filterparameter per Programm vorgebbar bzw. änderbar sind. Als Spezialfall fallen darunter auch digitale Regler, die die zunächst erforderlichen Analogregler der Prüfantriebe ersetzen können. Bei spielsweise wird dann beim Hydraulikantrieb eine unmittelbare Ansteuerung des Servoventiles möglich. Ferner sind auch Kombinationen der Funktionen Regeln und Frequenzgangkorrektur in einer Einheit kennzeichnend. Die Identifika ton der Filterparameter erfolgt im Zusammenhang mit der Pegelerfassung in der zentralen Steuereinheit 16. Der Funktionsblock Pegelerfassung 22 (Fig. 6) umfasst eine spezielle Zusatzfunktion, für die zunächst die allgemeinen Kennzeichen der Moduln in dem Funktionsblock Zusatzfunktionen 17 zutreffen. Kanalweise ausbaubar werden über einen A/D-Wandler 23 mit entsprechender Steuerung sukzessive Messwerte z.B. vom Prüfling usw. in einen digitalen Pegelspeicher 24 mit z.B. 32 k x 16 Bit geschrieben. Der Einlesetakt, beispielsweise synchron für alle Kanäle, wird über den Messtakt der Basisfunktionen von dem synchronisierten Messtaktausgang 15 gesteuert. über einen Trigger können zusätzliche Marken, z.B. im höchstwertigen Bit bei reduzierter Auflösung, gesetzt werden. Der Messtakt vom Messtaktausgang 15 ist mit dem Auslesetakt synchronisiert und kann in einem programmierten Verhältnis zu diesem stehen bzw. modifiziert werden. Neben dem kontinuierlichen Beschreiben des Messspeichers ist auch ein blockweises Beschreiben mit programmierten Pausen koordiniert mit dem Prüfablauf, z.B. Gleitsinusprüfung, kennzeichnend. Der Messspeicher ist in verschiedenen Ausbaustufen möglich. Das Auslesen und Auswerten der so erfassten Daten geschieht über das Digitalinterface 18 in der zentralen Steuereinheit 16 und ist beliebig online und/oder offline möglich. Signal- und Pegelspeicher in den Funktionsblöcken können identisch sein, und zwar Lese/Schreibspeicher, vorzugsweise vom Typ statisch, d.h. keine Zeitverschiebung durch sogenannten Refresh-Zyklus. Um Signalsprünge bei Änderung von Signalamplitude und Signalphase zu vermeiden, lassen sich wahlweise per Programm Zähler einschalten, die die auftretenden Differenzen mit dem aktuellen Abtasttakt oder dem Basistakt ausgleichen, so dass ein quasi-stetiger Übergang erfolgt. Fig. 7 zeigt in schematischer, blockweiser Darstellung die Funktionsblöcke 11, 17 und 22 sowie die zentrale Steuereinheit 16, die über einen bidirektionalen Daten- und Adressbus 26 mit 16 Bit parallel kommunizierend geschaltet sind. Die zentrale Steuereinheit 16 weist eine Steuer- und Bedienkonsole auf und dient der Generierung und dem Laden von Prüfsignalverläufen, der Ablaufsteuerung mit Paramwetervorgabe und Überwachung, der Anlagenidentifizierung und Versuchsauswertung. Sie enthält beispielsweise ein Tischrechnersystem HP 85, HP 9826/36. Die zentrale Steuereinheit 16 ist mit einer Einheit 27 für Prüfablaufsteuerung und -überwachung verbunden, mit deren Hilfe Schwingungsprüfungen Sinus, Gleitsinus, Sinusbeat, Echtzeitverläufe, Transienten, Schock, Rauschen, stochastische Prozesse, Lebensdauertests, Blockprogramme, Mar konische Prozesse und Zusatzfunktionen wie Temperatursteuerung durchgeführt werden können. Weiter ist die zentrale Steuereinheit 16 mit einer Einheit 28 für Testauswertung und Dokumentation verbunden, die insbesondere für Pegelverläufe (quadratischer Mittelwert, Grund- und Oberschwingungen) für Anregung und Prüfling, für Fourrierspektren, Übertragungsfunktionen, Antwortspektren, für Zeitverläufe, Histogramme, Verteilungsfunktionen und für Prüfprotokolle, Text und Grafik verantwortlich ist. Mit dem beschriebenen Verfahren und der zugehörigen Einrichtung kann die Steuerung bzw. Regelung mehrerer Prüfbetriebe als Mehrachsen steuerung/-regelung erfolgen. Mehrachsensteuerung im eigentlichen Sinne liegt dann vor, wenn zwischen mehreren Prüfantrieben Koppelungen auftreten, z.B. dadurch, dass sie gemeinsam an einer Struktur bzw. an einem Prüfaufbau angreifen. Diese Koppelungen lassen sich z.B. durch das übertragungsverhalten zwischen zwei Püfantrieben in Form von Übertragungsfunktionen kennzeichnen. Das Ubertragungsverhalten der Gesamtanlage wird dann durch eine sogenannte Übertragungsmatrix beschrieben, wobei die Diagonalfunktionen in der Regel die einzelnen Prüfantriebe in ihrem Zusammenwirken mit dem Prüfaufbau und die restlichen Funktionen die Roppelung zwischen den Prüfantrieben einschliesslich ihrer Wechselwirkung mit dem Prüfaufbau beschreiben. Für Mehrachsen- bzw. Mehrkanalsteuerung bzw. -regelung werden an den Daten- und Adressbus 16 die entsprechende Anzahl von Funktionseinheiten angeschlossen, gegebenenfalls auch aufgeteilt auf mehrere Busleitungen mit der entsprechenden Anzahl von Ein-/Ausgabe-Schnittstellen. Per Programm sind über die gemeinsame zentrale Steuereinheit 16 für jeden Kanal beliebige Signalverläufe definierbar und deren Parameter programmiert veränderbar. Insbesondere ist es möglich, die einzelnen Steuer-/Regelfunktionen entsprechend den oben angegebenen Erfordernissen des Mehrachsenbetriebes aufeinander abzustimmen. Dies geschieht jeweils programmiert über die zentrale Steuereinheit 16, wobei die einzelnen Steuersignale vorab mit der inversen Übertragungsmatrix korrigiert werden, um Ubertragungs- und Koppelungsrückwirkungen zu beseitigen. Dies lässt sich aber auch im Zeitbereich durch entsprechend gekoppelte digitale Filter (vgl. Schnittstelle für digitale Zusatzfunktionen 12 und weitere Funktionsmoduln 21) mit Parametervorgabe durch die zentrale Steuereinheit 16 bewirken. Zur Erzielung eines einheitlichen Abtastverhaltens des Gesamtsystems wird ein gemeinsamer Basistakt für alle Zeit- bzw. Frequenzgeber 6 verwendet.

Claims: PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Steuern und Regeln von ein- und mehr achsigen Schwingungs- und Betriebsfestigkeitsprüfan lagen unter Einsatz von elektrodynamischen und/oder hydraulischen Prüfantrieben, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass beliebige vorgegebene Steuersignalverläufe in digitaler Form ab gelegt werden, dass ein Haupt- und ein Hilfssignal er zeugt und miteinander verknüpft werden, dass der Aus gabetakt der Signale in einem vorgegebenen Basis-Inter vall mit vorgebbarer Tastfrequenz mit feiner Auflösung vorgegeben wird, dass die Signalform eines analogen Steuersignalverlaufs in einen Speicher abgelegt und seine Parameter während des Programmablaufs verändert werden, und dass eine Amplituden- bzw. Pegelregelung mit gleitendem Sollwertverlauf durchgeführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der Sollwertvorgabe der Prüfantriebs-Frequenzgang berück sichtigt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Er fassung von Messsignalen in einem festen Frequenzraster zur Ansteuerung erfolgt. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere Prüfantriebe gekoppelt und über mehrere synchronisier te Kanäle mehrachsig bzw. mehrkanalig gesteuert bzw. geregelt werden. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass drei Funk tionsblöcke Basisfunktionen und Optionen (11), Zusatz funktionen (17) und Pegelerfassung (22) sowie eine zentrale Steuer-, Bedien- und Auswerteinheit (16) über digitale Daten- und Adressleitungen (26) kommunizierend geschaltet sind. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere synchronisierte Gruppen von Funktionsblöcken (11, 17, 22) für mehrachsige bzw. mehrkanalige Steuerung bzw. Regelung mit der zentralen Steuereinheit (16) kommu nizierend geschaltet sind. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Funk tionsblockBasisfunktionen und Optionen (11) einen auf eine Speicherverwaltung (7) geschalteten Zeit bzw. Frequenzgeber (6), einen mit der Speicherverwal tung (7) verbundenen ersten Signalspeicher (1a), einen ersten D/A-Wandler (2a) und ein Analgomodul (5) mit zusätzlichem Analogeingang (3) zur Ausgabe des Steuersignals aufweist, die mit einem Digitalinter face (10) verbunden sind, einen zweiten Signalspeicher (1b) und einen zweiten D/A-Wandler (2b) aufweist, die mit einer Schnittstelle (12) für digitale Zusatzfunk tionen verbunden sind, und einen Phasenmodul (8) mit Phasenkorrektureingang (14) und eine Anzeigeeinheit (9) aufweist, wobei der Zeit- bzw. Frequenzgeber (6) einen Synchronisiertakteingang und einen synchronisier ten Messtaktausgang (15) hat (Fig. 1). 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ana logmodul (5) einen Analogausgang Sollwertvorgabe (13) aufweist. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Funk tionsblock Zusatzfunktionen (17) eine Amplitudenreqel einrichtung (19), eine Phasenregeleinrichtung (20) und weitere Funktionsmoduln (21) aufweist, die mit einem Digitalinterface (18) verbunden sind (Fig. 3). 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Funk tionsblock Pegelerfassung (22) je Kanal einen A/D Wandler (23), einen Pegelspeicher (24) und eine Spei chererweiterung (25) aufweist, die mit einem Digital interface (18) verbunden sind (Fig. 6). 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die zen trale Steuereinheit (16) mit einer Einheit (27) für Prüfablaufsteuerung und -überwachung und einer Einheit (28) für Testauswertung und Dokumentation verbunden ist. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Funk tionsblöcke (11, 17, 22) und die zentrale Steuereinheit (16) über einen bidirektionalen Daten- und Adressbus mit 16 Bit parallel kommunizierend geschaltet sind.

Inventors: SCHMIDT, ALFONS, DR.-ING.
Applicants: SCHMIDT, ALFONS, DR.-ING.
Application year: 1984
Main classification: G01M7
IPC codes: G01M7