CC BY
147
УДК 62-529 Голушко Д.А.
Пензенский государственный университет
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ НА СТОЙКОСТЬ К ВНЕШНИМ ВИБРАЦИОННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ С УЧЕТОМ ИХ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ
Введение
Основная цель испытаний заключается в получении информации о состоянии испытываемого объекта или системы. Эта информация в дальнейшем может использоваться для решения самых различных задач [1, 2] .
Научные проблемы, связанные с развитием методов и средств вибрационного контроля и диагностики, отражены в работах Ю. Н. Кофанова, С.У. Увайсова, Е.Н. Таллицкого, И.П. Норенкова и других ученых.
Прежде чем допустить электронное средство (ЭС) к использованию необходимо проверить (тем или иным способом), его соответствие установленным требованиям по всей совокупности рассматриваемых показателей. Такая проверка осуществляется путем сопоставления измеренных значений показателей ЭС с их заданными, либо расчетными значениями.
Основной способ передачи ударов и вибрации - воздействие через точки крепления. Выделяют 2 вида воздействий:
1) Инерционное воздействие - все точки крепления конструкции под действием внешних сил движутся по одному и тому же закону, с одинаковой амплитудой и знаком. Такое воздействие является следствием влияния инерционной составляющей и не учитывает деформации несущей поверхности. Данное воздействие может легко моделироваться на вибрационных стендах.
2) Деформационное воздействие - точки крепления могут двигаться в противофазе. Данное воздействие, из-за сложного движения точек крепления, трудно моделировать на вибростендах и им обычно пренебрегают, что приводит к увеличению систематической погрешности в сотни раз.
Таким образом, постоянное повышение требований по надежности привело к появлению новых систем вибрационных испытаний, позволяющих вводить внешнее вибрационное воздействие в каждую точку крепления ЭС с раздельным управлением их параметрами по каждому каналу. Именно поэтому разработка программной системы управления вибростендом четырехканальным является актуальной задачей.
2 Среда управления исследованиями динамических параметров радиоэлектронных средств
2.1 Анализ современного виброиспытательного оборудования
В настоящее время существует большое количество научно-практических разработок, касающихся проведения исследований в области повышения эффективности виброиспытательного оборудования и методик проведения испытаний.
Основное направление в данной области принадлежит разработке комплексного оборудования, позволяющего подвергнуть объект испытаний одновременно вибрационному, ударному, тепловому и другим воздействиям [3,4] . Существуют разработки и промышленные образцы, позволяющие задавать вибрационные воздействия одновременно в трех плоскостях [5].
Тем не менее, недостаточно внимания уделено развитию испытательного оборудования, позволяющего исследовать динамические характеристики объекта при имитации воздействия нескольких источников вибрации или (на частотах от 500-2000 Гц) внесение вибрационного воздействия через точки крепления объекта в противофазе.
Таким образом, следует сделать следующий вывод - необходимо разработать программную стационарную систему управления вибростендом четырехканальным, которая позволяла бы:
1) Осуществить управление вибростендом с ПК с помощью COM интерфейса;
2) Задавать программно такие параметры COM интерфейса, как скорость передачи данных, паритеты, количество бит данных и стоповые биты;
3) Обеспечить выбор частоты задаваемого воздействия в диапазоне от 0,1 до 10 000 Гц;
4) Обеспечить выбор значения фазы задаваемого воздействия, на каждом канале относительно первого, в диапазоне от 0 до 3600.
На основе сделанного вывода был выбран прототип для разработки программной системы управления вибрационными испытаниями, предназначенный для повышения эффективности испытания ЭС на устойчивость к воздействию вибрации за счет учета как инерционной, так и деформационной составляющих (рис. 1).
Рисунок 1 - Вибростенд четырехканальный с электронным управлением (1 - блок управления вибростендом четырехканальным; 2 - усилитель четырех канальный; 3 - вибровозбудители; 4 - система позиционирования измерительного элемента; 5 - исследуемый объект (печатный узел))
Основным отличием прототипа является наличие возможности управления амплитудой и фазовым сдвигом в каждой точке крепления исследуемого объекта [б].
Недостатком рассмотренного прототипа является недостаточная автоматизация электронного управления, с помощью которого режимы работы и параметры вибрационного воздействия на каждом этапе конкретного эксперимента по каждому каналу задаются вручную.
2.2 Структура программного обеспечения
Разработанная структурная схема программы показана на рисунке 2. Структурный состав схемы позволяет пользователю выбрать доступный COM порт, задать его настройки (согласно разработанному протоколу обмена данными), задать параметры генератора, и вывести последовательность тестовых сигналов, в соответствии с требованиями испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам
Рисунок 2 - Структура программного обеспечения
Основная программа должна содержит перечень всех используемых модулей и несколько исполняемых операторов, обеспечивающих создание нужных окон и связь программы с Windows. Работоспособность программы обеспечивается кодом, содержащимся в раздельных модулях. Код процедур и функций располагается в исполняемой части модуля, которая может быть скрыта от пользователя.
3 Интерфейс взаимодействия многоканального виброиспытательного оборудования с программной средой управления исследованиями
3.1 Протокол обмена данными
В ходе проведения исследований был предложен протокол обмена данными между системой управления и аппаратной частью вибростенда (табл.). Использование предлагаемого протокола позволяет осуществить следующие функции:
- Запуск генератора осуществляется по команде «start» 0b00011100 (bin), 28 (dec);
- Настройка генератора осуществляется пакетом из 8 байт с заголовком «setting» 0b00111000 (bin), 56 (dec). После приема команды «setting» генератор ожидает 7 байтов с настройками. После чего переходит в спящий режим;
- Перевод генератора в спящий режим во время синтезирования испытательного сигнала осуществляется по команде «mute» - любой байт за исключением «start» и «setting».
Таблица - Команды протокола обмена данными
№ Регистр Наименование параметра Расчетные формулы, описание и возможные варианты
1 56 (dec) Команда «setting» Заголовок пакета
2 freq M Начальная частота freq M = КН / 5.632 (round(integer))
3 last Конечная частота Last = 1 ^ КК = 1442Гц Last = 2 ^ КК = 2884Гц Last = 3 ^ КК = 4326Гц Last = 4 ^ КК = 5767Гц где РК - требуемая конечная частота
4 width Длительность Количество периодов на одной частоте
5 step Шаг изменения частоты Step = Af / 0.022 где Af - требуемое смещение частоты
6 phase 2 Фаза второго канала phase_2 = ф2 * 360 / 256 где ф2 - требуемое смещение фазы второго канала относительно первого канала
7 phase 3 Фаза третьего канала phase_3 = (360 - ф2 + ф3 ) * 360 / 256 где ф3 - требуемое смещение фазы третьего канала относительно первого канала
8 phase 4 Фаза четвертого канала phase_3 = ( 360 - ф3 + ф4 ) * 360 / 256 где ф4 - требуемое смещение фазы четвертого канала относительно первого канала
3.2 Методика работы с программным обеспечением по IDEF0
Постоянное усложнение технических систем вызывает необходимость проведения их анализа с целью совершенствования функционирования и повышения эффективности. Реализация программы интегрированной компьютеризации производства ICAM (ICAM - Integrated Computer Aided Manufacturing), потребовала создания адекватных методов анализа и проектирования производственных систем и способов обмена информацией между специалистами, занимающимися такими проблемами.
Методология IDEF (ICAM Definition), позволяющая исследовать структуру, параметры и характеристики производственно-технических и организационно-экономических систем была разработана для удовлетворения этой потребности в рамках программы ICAM.
Предложенная методика работы с программным обеспечением представлена в виде диаграммы IDEF0 на рисунке 3. Последовательность выполняемых действий состоит из задания параметров генератора, выбора доступного COM порта, задания его настроек (согласно разработанному протоколу обмена данными) и вывода последовательности тестовых сигналов.
Рисунок 3 - Структура
Далее рассмотрим более подробно каждый из них.
На этапе задания параметров генератора пользователю следует задать начальную и конечные частоты, длительность (в периодах), шаг изменения частоты (Гц), а так же разность фазы относительно первого канала. Входными данными процесса служат данные из технического задания. Выходными данными процесса являются подготовленные для дальнейшей работы параметры генерируемых сигналов.
На этапе выбора доступного COM порта пользователю следует указать номер того порта, через который будет осуществляться коммутация программного обеспечения с аппаратной частью. Входными данными процесса служат параметры генерируемых сигналов. Выходными данными процесса является номер выбранного COM порта.
На этапе вывода последовательности тестовых сигналов программа передает в выбранный COM порт данные в виде машинного кода, которые содержат информацию о диапазоне и параметрах тестовых сигналов. Входными данными процесса служит номер выбранного COM порта. Выходными данными процесса является генерация тестовых сигналов в заданном диапазоне частот.
Таким образом, была разработана инженерная методика работы с программным обеспечением на основе методологии IDEF0 позволяющая управлять вибрационными испытаниями с помощью вибростенд четырехканального .
Заключение
В данной работе решена задача автоматизации процесса испытаний бортовых ЭС на устойчивость к внешним вибрационным воздействиям. В работе проведен анализ современных программных систем управления вибрационными испытаниями бортовых ЭС. Выделены их достоинства и недостатки. Разработана структурная схема системы управления, интерфейс пользователя, протокол обмена данными. Полученные результаты доведены до алгоритмической и программной реализации. Программное обеспечение написано в среде объектно-ориентированного программирования Borland Delphi 7.0. Разработана инженерная методика работы с программным обеспечением на основе методологии IDEF0 позволяющая управлять вибрационными испытаниями с помощью вибростенда четырехканального.
ЛИТЕРАТУРА
1. Юрков, Н.К. Основы теории надежности электронных средств : учеб. пособие / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - 100 с.
2. Лысенко А.В. Краткий обзор методов имитационного моделирования / А.В. Лысенко, Н.В. Горячев, И.Д. Граб, Б.К. Кемалов, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2011. № 14. С. 171-176.
3. Лысенко А. В. Алгоритм функционирования компьютерной программы стенда исследования теплоотводов/ Лысенко А.В., Граб И.Д., Горячев Н.В., Юрков Н.К.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 244-246.
4. Затылкин, А. В. Исследование влияния деформационной составляющей внешнего вибрационного воздействия на надёжность радиоэлектронных средств / Затылкин А.В., Голушко Д.А., Рындин Д.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 42-43.
5. Затылкин, А. В. Алгоритм и программа расчета статически неопределимых систем амортизации бортовых РЭС с кинематическим возбуждением / Затылкин А.В., Лысенко А.В., Таньков Г.В. // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 223-225.
6. Затылкин, А. В. Моделирование изгибных колебаний в стержневых конструкциях РЭС / Затылкин
А.В., Таньков Г.В., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2006.
Т. 1. С. 320-323.
7. Таньков, Г. В. Волновой метод исследования динамических характеристик упругих конструкций радиоэлектронных средств при нестационарном нагружении / Таньков Г.В., Затылкин А.В., Рындин Д.А. // Вестник Пензенского государственного университета. 2013. № 2. С. 101-107.
8. Моделирование нестационарных тепловых полей электрорадиоэлементов / Алмаметов В.Б., Авдеев
А.В., Затылкин А.В., Таньков Г.В., Юрков Н.К., Баннов В.Я. // Труды международного симпозиума
Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 446-449.
9. Таньков, Г. В. Моделирование тепловых процессов в стержневых конструкциях РЭС / Таньков Г.В., Затылкин А.В. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2007. Т. 1. С. 257258 .
10. Лысенко, А.В. Анализ особенностей применения современных активных систем виброзащиты для нестационарных РЭС / А.В. Лысенко, Г.В. Таньков, Д.А. Рындин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 155-158.
11. Лысенко А.В. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадио -компонента и его теплоотвода / А. В. Лысенко, Н. В. Горячев, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 340.
12. Лысенко, А.В. Конструкция активного виброамортизатора с электромагнитной компенсацией /
A. В. Лысенко, Д.В. Ольхов, А.В. Затылкин // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 454-456.
13. Затылкин, А. В. Система управления проектными исследованиями радиотехнических устройств: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 2012. 18 с.
14. Затылкин, А. В. Алгоритм проведения проектных исследований радиотехнических устройств опытно-теоретическим методом / А. В. Затылкин, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Надежность и качество: тр. междунар. симп.: в 2 т./под ред. Н. К. Юркова. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2012. -Т. 1. -С. 365-367.
15. Ольхов, Д. В. Система обработки экспериментальной информации в проектных исследованиях радиотехнических устройств / Д. В. Ольхов, А. В. Затылкин, Н.К. Юрков // Известия ЮФУ. Технические науки. -2012. № 5. -С. 94-99.
16. Головин, П.Д. Применение метода квазиобразцового интервала времени для раздельного измерения параметров параметрических датчиков / П. Д. Головин, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков / Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 149-157.
17. Затылкин, А. В. Модели и методики управления интеллектуальными компьютерными обучающими системами: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Пенза, 2009. 18 с.
18. Затылкин, А.В. Метод связанных систем в моделировании процесса обучения /А. В. Затылкин,
B. Б. Алмаметов, И. И. Кочегаров // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. -2010. № 4 (9). -С. 56-61.
19. Андреев П.Г. Микропроцессорные системы в учебном процессе / П.Г. Андреев, И.Ю. Наумова, Н. К. Юрков, Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 1. С. 161-164.
