一種多自由度正弦振動控制方法及控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)強度與環(huán)境可靠性試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多自由度正弦振 動控制方法及控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 振動環(huán)境模擬試驗是考核產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)對所歷經(jīng)振動環(huán)境適應(yīng)性的重要試 驗手段，試驗所模擬的振動環(huán)境主要包括隨機(jī)振動和正弦振動兩種。真實振動環(huán)境是多自 由度激勵的，而傳統(tǒng)正弦振動環(huán)境模擬試驗只提供單自由度激勵。然而產(chǎn)品在多自由度激 勵下得到的振動響應(yīng)與在單自由度激勵下所得到的不一樣，利用多自由度正弦振動試驗來 模擬實際多自由度正弦振動環(huán)境往往無法滿足對產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性考核的需要。因此，進(jìn) 行多自由度正弦振動控制技術(shù)研究以及研發(fā)出多自由度正弦振動試驗系統(tǒng)，是十分必要 的。
[0003] 國內(nèi)外關(guān)于多自由度振動控制方面的研究還處于起步階段，缺少成型的商業(yè)化產(chǎn) 品問世。根據(jù)現(xiàn)有的公開資料，多自由度正弦振動控制系統(tǒng)主要由三部分組成：振動臺、功 率放大器和振動控制器。其中多自由度振動控制器為多自由度振動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。 多自由度正弦振動控制系統(tǒng)工作原理為：在測試得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)先 設(shè)定的參考譜生成時域正弦掃頻信號，驅(qū)動振動臺激勵試件，同時采集振動臺面控制點的 響應(yīng)信號作為控制譜，計算控制譜與參考譜進(jìn)行比較，然后對驅(qū)動正弦掃頻信號的幅值和 相位進(jìn)行修正，最后使控制譜與參考譜在允許的容差范圍內(nèi)趨于一致，從而實現(xiàn)控制點按 照設(shè)定的參考譜進(jìn)行控制。由于不可避免的測量誤差和系統(tǒng)的非線性因素，導(dǎo)致計算控制 譜與參考譜必然存在誤差，且現(xiàn)有多自由度正弦振動控制系統(tǒng)中計算控制譜與參考譜誤差 較大。因此，需要提供一種多自由度正弦控制方法及控制器，以減小計算控制譜與參考譜誤 差，提尚精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有多自由度正弦控制系統(tǒng)精度差的技術(shù)問題，提供一種 多自由度正弦振動控制方法及控制器。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：
[0006] -種多自由度正弦振動控制方法，依次包括如下步驟：
[0007] 步驟1.試驗參數(shù)設(shè)定
[0008] 步驟I. 1根據(jù)試驗要求設(shè)定控制自由度數(shù)量；
[0009] 步驟1. 2依據(jù)試驗要求中的正弦掃頻試驗參考譜讀取控制頻率點的頻率范圍、參 考幅值和參考相位，以控制頻率點的頻率范圍作為正弦掃頻信號的頻率范圍，依據(jù)試驗要 求確定掃頻類型和掃頻速率，從而確定正弦掃頻信號的掃頻參數(shù)，掃頻參數(shù)包括頻率范圍、 掃頻類型和掃頻速率；
[0010] 步驟2.發(fā)送振動臺系統(tǒng)的頻響函數(shù)輸入信號
[0011] 控制計算機(jī)發(fā)送測試傳遞函數(shù)指令，測試傳遞函數(shù)指令包括步驟I. 1設(shè)定的控制 自由度數(shù)量以及步驟1. 2確定的正弦掃頻信號的掃頻參數(shù)；
[0012] 測試傳遞函數(shù)指令通過主控板的網(wǎng)口通信模塊發(fā)送到CPU，再由CPU通過數(shù)據(jù)總 線和總連接線發(fā)送到前端板的數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，然后再發(fā)送到正弦信號發(fā)生器；
[0013] 正弦信號發(fā)生器輸出多路正弦掃頻信號作為頻響函數(shù)輸入信號，頻響函數(shù)輸入信 號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器，然后輸出到圖1中的功率放大器，驅(qū)動振動臺系統(tǒng)，使振 動臺系統(tǒng)按照頻響函數(shù)輸入信號產(chǎn)生多個控制自由度的振動；
[0014] 步驟3.振動加速度信號的采集和處理
[0015] 加速度傳感器測量振動臺系統(tǒng)在多個控制自由度的振動加速度信號，將振動加速 度信號傳輸?shù)角岸税澹ㄟ^前端板的信號調(diào)理單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，存儲到高速緩存單元；信 號調(diào)理單元包括電荷放大器、電壓放大器和抗混濾波器，能夠?qū)⒄駝蛹铀俣刃盘柕碾姾尚?號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再由電壓放大器將電壓信號放大，經(jīng)過抗混濾波器的低通濾波作用，得 到振動加速度傳感器采集的多自由度模擬振動信號；再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將多自由度模擬振 動信號轉(zhuǎn)換為多自由度數(shù)字振動信號；
[0016] 步驟4.頻響函數(shù)計算
[0017] 主控板的CPU通過控制總線和總連接線讀取前端板高速緩存單元中的多自由度 數(shù)字振動信號即響應(yīng)信號，計算頻響函數(shù)；將頻響函數(shù)輸入信號和響應(yīng)信號做傅立葉變換， 分別得到頻響函數(shù)輸入信號和響應(yīng)信號的頻譜數(shù)據(jù)，響應(yīng)信號和頻響函數(shù)輸入信號的比值 即為頻響函數(shù)；
[0018] 步驟5.頻響函數(shù)解耦
[0019] 對步驟4計算的頻響函數(shù)解親，得到解耦補償矩陣A和解耦后的頻響函數(shù)矩陣G ;
[0020] 步驟6.正弦掃頻信號計算
[0021] 根據(jù)步驟5得到的解耦補償矩陣A和解耦后的頻響函數(shù)矩陣G以及步驟1. 2讀取 的參考幅值A(chǔ)o和參考相位Po信息，選取步驟1. 2確定的頻率范圍的第一個頻率點作為控 制頻率點，計算頻率控制點的驅(qū)動信號的幅值A(chǔ)i和相位Pi，計算公式為Pi = Po/G, Ai = Ao/G，幅值A(chǔ)i和相位Pi用向量u(i)，j為當(dāng)前控制頻率點序號，u(1)表示第一個控制頻率點 的驅(qū)動掃頻信號向量；將驅(qū)動信號作為正式試驗正弦掃頻信號；
[0022] 步驟7.發(fā)送正式試驗正弦掃頻信號
[0023] 當(dāng)正式試驗正弦掃頻信號小于IOOHz時，正弦信號發(fā)射器中的正弦查詢表的正周 期正弦波數(shù)據(jù)點設(shè)為1024點；當(dāng)正式試驗正弦掃頻信號大于IOOHz時，正弦信號發(fā)射器中 的正弦查詢表的正周期正弦波數(shù)據(jù)點設(shè)為64點；
[0024] 控制計算機(jī)發(fā)送步驟6得到的正式試驗正弦掃頻信號，正式試驗正弦掃頻信號通 過主控板的網(wǎng)口通信模塊發(fā)送到CPU，再由CPU通過數(shù)據(jù)總線和總連接線發(fā)送到前端板的 數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，然后再發(fā)送到正弦信號發(fā)生器；
[0025] 正弦信號發(fā)生器輸出正式試驗正弦掃頻信號，正式試驗正弦掃頻信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn) 換器和低通濾波器，然后輸出到圖1中的功率放大器，驅(qū)動振動臺系統(tǒng)，使振動臺系統(tǒng)按照 正式試驗正弦掃頻信號產(chǎn)生多個控制自由度的振動；
[0026] 步驟8.振動加速度信號的采集和處理
[0027] 重復(fù)步驟3,完成正式試驗的振動加速度信號的采集，得到當(dāng)前各頻率下的多自由 度數(shù)字振動信號的幅值與相位信息，存儲到高速緩存單元；
[0028] 步驟9.計算誤差
[0029] 用步驟8得到的各頻率下的多自由度數(shù)字振動信號的幅值與相位減去步驟1. 2讀 取的參考幅值A(chǔ)o和參考相位Po,得到各自由度的幅值誤差和相位誤差，幅值誤差和相位誤 差組合為一個矩陣，用向量e表不；
[0030] 步驟KX誤差控制修正
[0031] 判斷步驟9得到的誤差e是否滿足試驗要求的容差〇，
[0032] 步驟10. 1如果滿足I e I彡σ，則開始以步驟1. 2的頻率范圍的下一個頻率點作為 控制頻率點，重復(fù)步驟6到步驟10的過程；
[0033] 步驟10. 2如果不滿足|e|彡σ，則計算前饋修正向量C/:和實時反饋向量t/p 計算公式為
[0034]
[0035]
[0036] 式中，1為頻響函數(shù)矩陣G的逆矩陣，Q為增益矩陣，Q = diag(qi)，0 < qi< 1， K為修正系數(shù)矩陣；
[0037] 實時反饋修正量加上步驟6計算得到的正式試驗正弦掃頻信號作為修正后的 正弦掃頻驅(qū)動信號，重復(fù)步驟7到步驟10的過程并統(tǒng)計迭代次數(shù)，如果迭代次數(shù)滿足試驗 要求的數(shù)值或者|e| < 〇，則開始以步驟1.2的頻率范圍的下一個頻率點作為控制頻率點； 下一個頻率點的驅(qū)動掃頻信號向量為i//+i)