依據(jù)試驗(yàn)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； 步驟2.發(fā)送振動臺系統(tǒng)的頻響函數(shù)輸入信號 控制計(jì)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1. 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)； 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； 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(gè)控制自由度的振動； 步驟3.振動加速度信號的采集和處理 加速度傳感器測量振動臺系統(tǒng)在多個(gè)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盘?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A/D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； 步驟4.頻響函數(shù)計(jì)算 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 振動信號作為響應(yīng)信號，計(jì)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)； 步驟5.頻響函數(shù)解耦 對步驟4計(jì)算的頻響函數(shù)解耦，得到解耦補(bǔ)償矩陣A和解耦后的頻響函數(shù)矩陣G; 步驟6.正弦掃頻信號計(jì)算 根據(jù)步驟5得到的解耦補(bǔ)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(gè)頻率點(diǎn)作為控制頻 率點(diǎn)，計(jì)算頻率控制點(diǎn)的驅(qū)動信號的幅值A(chǔ)i和相位Pi，計(jì)算公式為Pi=Po/G,Ai=Ao/G， 幅值A(chǔ)i和相位Pi用向量u(D，j為當(dāng)前控制頻率點(diǎn)序號，u(1)表示第一個(gè)控制頻率點(diǎn)的驅(qū) 動掃頻信號向量；將驅(qū)動信號作為正式試驗(yàn)正弦掃頻信號； 步驟7.發(fā)送正式試驗(yàn)正弦掃頻信號 當(dāng)正式試驗(yàn)正弦掃頻信號小于100Hz時(shí)，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(diǎn)設(shè)為1024點(diǎn)；當(dāng)正式試驗(yàn)正弦掃頻信號大于100Hz時(shí)，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(diǎn)設(shè)為64點(diǎn)； 控制計(jì)算機(jī)發(fā)送步驟6得到的正式試驗(yàn)正弦掃頻信號，正式試驗(yàn)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； 正弦信號發(fā)生器輸出正式試驗(yàn)正弦掃頻信號，正式試驗(yàn)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(yàn)正弦 掃頻信號產(chǎn)生多個(gè)控制自由度的振動； 步驟8.振動加速度信號的采集和處理 重復(fù)步驟3,完成正式試驗(yàn)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； 步驟9.計(jì)算誤差 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(gè)矩陣，用向量表不； 步驟10.誤差控制修正 判斷步驟9得到的誤差是否滿足試驗(yàn)要求的容差， 步驟10. 1如果滿足|e| 〇，則開始以步驟1. 2的頻率范圍的下一個(gè)頻率點(diǎn)作為控制 頻率點(diǎn)，重復(fù)步驟6到步驟10的過程； 步驟10. 2如果不滿足|e| < 〇,則計(jì)算前饋修正向量.和實(shí)時(shí)反饋向量U}，計(jì)算 公式為式中，6 1為頻響函數(shù)矩陣G的逆矩陣，Q為增益矩陣，Q=diagQi), 0 <qiC1，K為 修正系數(shù)矩陣； 實(shí)時(shí)反饋修正量Vi加上步驟6計(jì)算得到的正式試驗(yàn)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(jì)迭代次數(shù)，如果迭代次數(shù)滿足試驗(yàn)要求 的數(shù)值或者|e|彡〇，則開始以步驟1. 2的頻率范圍的下一個(gè)頻率點(diǎn)作為控制頻率點(diǎn)；下 一個(gè)頻率點(diǎn)的驅(qū)動掃頻信號向量為 步驟11.完成控制過程至步驟1. 2的頻率范圍內(nèi)所有頻率點(diǎn)完成步驟6至步驟10的控制過程，控制計(jì)算機(jī)根 據(jù)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信息，輸出每個(gè)自由度的 頻率-幅值控制譜和頻率-相位控制譜。2. 如權(quán)利要求1所述的一種多自由度正弦振動控制方法，其特征在于：還包括步驟12 判斷試驗(yàn)結(jié)果，將步驟11得到的各自由度的頻率-幅值控制譜和頻率-相位控制譜與試驗(yàn) 要求中的正弦掃頻試驗(yàn)參考譜相比較，如果比較結(jié)果滿足試驗(yàn)要求的容差〇，則試驗(yàn)成功； 如果比較結(jié)果不滿足試驗(yàn)要求的容差 〇，則試驗(yàn)失敗。3. -種用于權(quán)利要求1所述的多自由度正弦振動控制方法的多自由度正弦控制器，其 特征在于：包括控制計(jì)算機(jī)、主控板、前端板、總連接線和供電模塊； 主控板包括通訊模塊、總線模塊和運(yùn)算模塊，通訊模塊是主控板與控制計(jì)算機(jī)的接口， 包括網(wǎng)絡(luò)接口、串行接口和USB接口；運(yùn)算模塊為CPU，與通訊模塊連接，具有計(jì)算功能；總 線模塊與CPU連接，包括數(shù)據(jù)總線和控制總線，通過總連接線完成與前端板的數(shù)據(jù)和指令 交互； 總連接線連接主控板和前端板； 前端板包括并聯(lián)的正弦掃頻信號生成模塊和控制信號采集處理模塊；正弦掃頻信號生 成模塊包括依次連接的數(shù)據(jù)收發(fā)裝置、正弦信號發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器，控制信 號采集處理模塊包括數(shù)據(jù)收發(fā)裝置、高速緩存單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信號調(diào)理單元，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； 供電模塊用于為主控板和前端板供電。4. 如權(quán)利要求3所述的一種多自由度正弦控制器，其特征在于：所述正弦信號發(fā)生器 采用AD9850頻率合成器。5. 如權(quán)利要求3所述的一種多自由度正弦控制器，其特征在于：所述抗混濾波器采用8 階橢圓濾波器。6. 如權(quán)利要求3所述的一種多自由度正弦控制器，其特征在于：所述高速緩存為64字 節(jié)雙口RAM。7. 如權(quán)利要求3所述的一種多自由度正弦控制器，其特征在于：所述供電模塊包括電 源控制裝置和供電裝置，供電裝置為外電供電或鋰電池供電，兩種供電方式通過電源控制 裝置實(shí)現(xiàn)無縫切換。
【專利摘要】本發(fā)明屬于環(huán)境可靠性試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多自由度正弦振動控制方法及控制器。技術(shù)方案：測試得到系統(tǒng)傳遞函數(shù)，根據(jù)參考譜生成時(shí)域正弦掃頻信號，驅(qū)動振動臺，采集其響應(yīng)信號作為控制譜，比較控制譜與參考譜，修正驅(qū)動正弦掃頻信號幅值和相位，使控制譜與參考譜在容差范圍內(nèi)趨于一致；控制器包括控制計(jì)算機(jī)、主控板、前端板、總連接線和供電模塊，主控板包括通訊模塊、總線模塊和運(yùn)算模塊，前端板包括正弦掃頻信號生成模塊和控制信號采集處理模塊。技術(shù)效果：加入了前饋修正向量，提高了控制精度；通過改變不同控制頻率下正弦信號發(fā)生器中正弦查詢表存儲的整周期正弦信號數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，減少了高頻段控制計(jì)算時(shí)間及控制誤差，提高了控制速度。
【IPC分類】G05D19/02, G01M7/06
【公開號】CN105092197
【申請?zhí)枴緾N201510345528
【發(fā)明人】師培峰, 邱偉, 孫海波, 吳瑞斌
【申請人】北京航天斯達(dá)科技有限公司, 天津航天瑞萊科技有限公司, 北京強(qiáng)度環(huán)境研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年6月19日