CN100511069C

CN100511069C - 全自动机械振动台控制系统

Info

Publication number: CN100511069C
Application number: CNB2004100260518A
Authority: CN
Inventors: 王之均; 沈晓媛
Original assignee: XI'AN GUANGQI TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: XI'AN GUANGQI TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: CN1700126A

Abstract

本发明是全自动机械振动台控制系统，它由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台组成，其特征是：计算控制单元的输入端与传感单元连接，计算控制单元的输出端与执行单元电连接，传感单元与执行单元与机械振动试验台连接构成闭合控制回路；机械振动试验台振动过程包括：保持机械振动试验台位移幅值、加速度不变，使其在设定的频率范围内振动，按线性扫频振动；保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动.这种全自动机械振动台控制系统，它完成振动试验台频率、位移、速度、加速度和失真度等重要参数的可靠测量。

Description

全自动机械振动台控制系统

技术领域：本发明涉及一种仿真试验台系统，特别是力学结构抗振性能全自动机械振动台控制系统。

背景技术：产品通过仿真试验进行各种振动模拟测试，以满足产品出厂时的振动试验要求。振动试验是厂家保证产品质量重要的一项工作，一般涉及如下参数测试：振动的频率、振动位移、速度、加速度等。现有的振动试验设备多采用机械设定方式，如在振动仿真试验中，通过机械方式设定为垂直振动或水平振动时，以及当振动参数需要修改时，均需进行重新调整，设定振动频率或振动量。一次试验中这一过程需要多次，不同参数试验都需要调整，因此，一次完整的试验需要花费很长时间。同时现有的振动试验设备线性较差，试验存在较大的失真，影响仿真试验的结果。虽然近些年也有采用电控制方式进行调节的振动试验的设备出现，但其性能、调节的方便性仍无法达到让人满意的效果。

一般来讲，可靠性试验要求应能实现定位移、定加速度试验，并实现随时间的指数扫频，线性扫频，定频振动等试验。但由于机械振动台很难实现高频运行过程中改变偏心块位置，使其使用范围受到很大的限制。

发明内容：本发明的目的是提供一种全自动机械振动台控制系统，完成机械振动试验台频率、位移、加速度和失真度等重要参数的测量，实现恒加速度扫频试验、定位移定加速度多点交越扫频试验、固有频率自动搜索及耐共振试验等。

本发明的目的是这样实现的，全自动机械振动台控制系统，它由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台组成，其特征是：计算控制单元的输入端与传感单元连接，计算控制单元的输出端与执行单元连接，传感单元与执行单元与机械振动试验台连接构成闭合控制回路；依据这样的控制回路，根据振动公式：a＝0.004Af²，计算控制单元控制械振动试验台振动；在上式中，

式中a—振动加速度(g)

A—位移幅值(mm)

f—振动频率(Hz)

上述的机械振动试验台振动过程包括：

保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围内振动；

保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围内振动；

保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动；

保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动；

保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按指数扫频振动；

保持机械振动台加速度不变，使其在设定的频率范围按指数扫频振动；

使振动试验台在设定的频率范围内振动，检测幅值变化，并依据幅值变化，检测共振频率。

所述的振动试验台通过组合上述振动，保持加速度、幅值不变，在某一频率振动。

所述的传感单元是由振动加速度传感器和提供频率信息的码盘构成。

所述的机械振动试验台由台面、底座、台面支撑机构、导向机构、激振机构、传动装置、液压控制装置组成，台面与底座之间由台面支撑机构支撑，并由导向机构固定，台面支撑机构由四个空气弹簧支撑机构组成，四个空气弹簧支撑机构分布在台面下面四周；激振机构由四个回转油缸、液控单向阀连接组成，每个回转油缸分别连通一个液控单向阀，液控单向阀另一端与液压控制装置连接，回转油缸的活塞是偏心质量，通过液压控制装置输入的液压油改变偏心块的位移；从而改变振动台面的振动幅值；四个回转油缸通过柔性联轴器与传动装置相连接；由传动装置带动四个回转油缸按设定方向转动，回转油缸偏心块旋转时产生的离心力在振动方向上按设定相位合成，形成以正弦规律变化的激振力，改变活塞的相对位置可以使振动方向在垂直或水平方向转换。

所述的计算控制单元是由计算机和与其I/O口电连接的控制电路组成，控制电路是由两路输入电路、两路输出电路组成，其中第一路输入电路是由电荷放大器、滤波器、可变增益放大器、A/D转换器、采样存贮器组成；第二路是由频率测量电路组成；第一路输入电路的输入端与振动加速度传感器电连接，接收振动加速度传感器的信号，由第一路输入电路处理后，输入到计算机的I/O；第二路输入电路的输入端与一码盘连接，将码盘产生的脉冲电信号处理成振动体的频率信号输入到计算机的I/O；两路输出电路是由两路D/A转换器和执行器、变频器组成，计算机的数据总线及I/O口分别接两路D/A转换器，D/A转换器一路接执行器到机械振动试验台的偏心块调整装置，D/A转换器第二路接变频器到机械振动试验台的电机；完成振动频率控制和振动幅值控制。

本发明的优点是：由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台构成本发明主体，通过计算控制单元的输入端与传感单元电连接，计算控制单元的输出端与执行单元连接，传感单元与执行单元与机械振动试验台连接，机械振动台的振动通过加速度传感器测出的加速度值，并经电荷放大器转换成电压量，经过滤波及A/D转换成数字信号后写入计算机，这样的多回路闭环控制系统可实现定位移幅值定频试验、定加速度幅值定频试验、定位移幅值线性扫频试验、定加速度幅值线性扫频试验、定位移幅值指数扫频试验等。

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

附图说明：图1是本发明实施例传动装置结构示意图；

图2是本发明实施例液压控制装置及激振机构结构示意图；

图3是本发明实施例空气弹簧支撑机构结构示意图；

图4是本发明实施例导向机构结构示意图；

图5是本发明的电路原理图。

图中，1、激振机构；2、回转油缸；3、柔性联轴器；4、轴一；5、轴二；6、手轮一；7、手轮二；8、三角带；9、电机；10、变速器；11、轴三；12、手轮三；13、轴四；14、节流阀；15、二位四通阀；16、三位四通电磁阀；17、五联同步缸；18、单向阀；19、液控单向阀；20、台面；21、底座；22、油管；23、柱塞缸；24、橡胶空气弹簧；25、定位活塞；26、空气储气筒；27、小孔节流器；28、气门嘴；29、排气阀；30、凸台；31、气管；32、驱动轴。

具体实施方式：如图5所示，全自动机械振动台控制系统，它由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台组成，计算控制单元的输入端与传感单元电连接，计算控制单元的输出端与执行单元电连接，传感单元与执行单元与机械振动试验台连接构成闭合控制回路；依据这样的控制回路，根据振动原理公式，计算控制单元控制械振动试验台振动，这一振动过程包括：保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围内振动；保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围内振动；保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按线性变化振动；保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围按线性变化振动；保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按指数变化振动；保持机械振动加速度不变，使其在设定的频率范围按指数变化振动；使振动试验台在设定的频率范围内振动，检测幅值变化，并依据幅值变化，检测共振频率。

所述的振动试验台通过组合完成组合式振动，同时还可完成保持加速度、幅值不变，在某一频率振动。

所述的传感单元是由振动加速度传感器和提供频率信息的码盘组成。

计算控制单元是由计算机和与其I/O口连接的控制电路组成，控制电路是由两路输入电路、两路输出电路组成，其中第一路输入电路是由电荷放大器、滤波器、可变增益放大器、A/D转换器、采样存贮器组成；第二路是由频率测量电路组成；第一路输入电路的输入端与振动加速度传感器连接，接收振动加速度传感器的信号，由第一路输入电路处理后，输入到计算机的I/O；第二路输入电路的输入端与一码盘电连接，将码盘产生的脉冲电信号处理成振动体的频率信号输入到计算机的I/O；两路输出电路是由两路D/A转换器和执行器、变频器组成，计算机的数据总线及I/O口分别接两路D/A转换器，D/A转换器一路接执行器到机械振动试验台的偏心块，D/A转换器第二路接变频器到机械振动试验台的电机；完成振动频率控制和振动幅值控制。

机械振动试验台由台面、底座、台面支撑机构、导向机构、激振机构、传动装置、液压控制装置组成，台面与底座之间由台面支撑机构支撑，并由导向机构固定，台面支撑机构由四个空气弹簧支撑机构组成，四个空气弹簧支撑机构分布在台面下面四周；激振机构由四个回转油缸、液控单向阀连接组成，每个回转油缸分别连通一个液控单向阀，液控单向阀另一端与液压控制装置连接，回转油缸的活塞是偏心质量，通过液压控制装置输入的液压油改变偏心块的位移；从而改变振动台面的振动幅值；四个回转油缸通过柔性联轴器与传动装置相连接；由传动装置带动四个回转油缸按设定方向转动，回转油缸偏心块旋转时产生的离心力在振动方向上按设定相位合成，形成以正弦规律变化的激振力，改变活塞的相对位置可以使振动方向在垂直或水平方向转换。

图1是实施例传动装置结构示意图；如图1所示，激振机构1的四个回转油缸2通过四个柔性联轴器3与传动装置相连接；连接在柔性联轴器3上的轴一4与手轮一6、轴二5与手轮二7、轴四13与手轮三12、轴四11与驱动轴32通过变速箱10连接；调节手轮一、手轮二、手轮三可以设定四个回转油缸2的初始位相，当电机9通过三角带8带动驱动轴32时，回转油缸2的偏心质量旋转产生离心力，这时在振动方向上按设定相位合成形成按正弦规律变化的激振力，使台面20以及安装在台面20上的试验品按确定的方向产生振动。设定相位可以使台面20的振动方向以垂直、或水平方向振动。

如图2所示，回转油缸2分别通过液控单向阀19和单向阀18与五个柱塞缸23组成的五联同步缸17油路连接，单向阀18保证四个柱塞缸23压力在较小范围内波动，其中五联同步缸17的四个柱塞缸23与液控单向阀19连接形成四个闭路，一个柱塞缸23连接三位四通电磁阀16。液控单向阀19为回转油缸2的进出油的控制阀。二位四通阀15是电磁换向阀；它同时也连接到四个柱塞缸23前端的液控单向阀19，二位四通阀15动作，油管22进入压力油，将液控单向阀19打开。延迟三秒后，三位四通电磁阀16动作。五联同步缸17中间的活塞向上运动，回转油缸2通过油管22分别放出等体积液压油。偏心活塞同步，向背离旋转中心方向运动，不平衡力矩增大，位移幅值也随之增大。当达到所需要的位移幅值时。三位四通电磁阀16的回油路上接有节流阀14，调整节流阀14的开口大小，可以调整五联同步缸17的运动速度。二位四通阀15和三位四通电磁阀16复零位。液压单向阀19关闭，五联同步缸17停止运动。活塞固定在所需位置不动，则位移稳定不变。单向阀

如图3所示，台面支撑机构由四个空气弹簧组成，四个空气弹簧分布在台面20四周，每个空气弹簧由橡胶空气弹簧24、空气储气筒26、小孔节流器27、气管31、排气阀29组成，空气储气筒26固定在底座21上，空气储气筒26呈“工字”形状，空气储气筒26的上筒固定的空气弹簧支承台面的定位活塞25，空气储气筒26中部有小孔节流器27，空气储气筒26底部筒壁有气管31，四个空气储气筒26用气管31相互连通，其中一个空气储气筒上装有气门嘴28，空气储气筒26上通过普通气管或小型空气泵将空气打入空气储气筒26内，使橡胶空气簧24内压力升高，可通过调节空所储气筒26内的进气量，使振动台面20保持在规定高度上。

如图4所示，导向机构包括振动台面20下部四个定位活塞25安放在空气弹簧24上。空气弹簧24呈环形，包围着振动台面20的四个定位活塞25，空气弹簧24的中心有一凸台30，凸台30与定位活塞25的中心孔配合，空气弹簧24隔振性能良好，振动台面20被振动时，不会对周围产生影响。

本发明通过固定在台面上的加速度传感器和通过计算机控制两路D/A转换器完成对激振机构中的偏心块，传动装置中的调频电机实现对振动台频率、位移、速度、加速度和失真度等重要参数的测量。通过上述说明，不难了解到，解决运行中动态调节偏心块位置是一个非常重要的技术特点，偏心块在转动中受到几百公斤的离心力，要在旋转过程中用油压控制偏心块，解决不漏油的问题。而从控制技术上，要解决这个系统中变参数(被控对象增益振动频率的平方及重块偏心距变化)，非线性(增减幅调节时增益有几倍的差异，且差异与振级有关)，多变量紧耦合(例如控制加速度时，加速度不仅与重块的偏心距有关，更与频率的平方有关)；从振动测量来说，振动台一般采用压电式加速度传感器，为此后续需要采用高输入阻抗的电荷放大器，这是一种阻抗高达100MΩ的输入电路，而为了控制振动台频率，需采用变频器，然而它所产生的辐射干扰和传输干扰将严重影响测量结果。最后从计算机控制技术，要实现从振动测量到控制，从定频振动到扫频振动，从定位移到定加速度控制并实现无扰切换，平滑交越，并实现准确的失真度分析，频谱分析，自动搜索试品的固有频率并实现自动跟踪，必须开发专用的测控软件及管理软件。

Claims

1、全自动机械振动台控制系统，它由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台组成，其特征是：计算控制单元的输入端与传感单元连接，计算控制单元的输出端与执行单元连接，传感单元、执行单元与机械振动试验台连接，从而构成闭合控制回路；依据这样的控制回路，根据振动公式：a＝0.004Af²，计算控制单元控制机械振动试验台振动；在上式中，

式中a—振动加速度(g)

A—位移幅值(mm)

f—振动频率(Hz)

机械振动试验台的振动试验过程包括：

保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围内振动；保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围内振动；保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动；保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动；保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按指数扫频振动；保持机械振动试验台加速度不变，使其在设定的频率范围按指数扫频振动；使机械振动试验台在设定的频率范围内振动，检测位移幅值变化，并依据幅值变化，检测共振频率；机械振动试验台由台面、底座、台面支撑机构、导向机构、激振机构、传动装置、液压控制装置组成，台面与底座之间由台面支撑机构支撑，并由导向机构固定，台面支撑机构由四个空气弹簧支撑机构组成，四个空气弹簧支撑机构分布在台面下面四周；激振机构由四个回转油缸、液控单向阀连接组成，每个回转油缸分别连通一个液控单向阀，液控单向阀另一端与液压控制装置连接，回转油缸的活塞是偏心质量块，通过液压控制装置输入的液压油改变偏心质量块的位移；从而改变振动台面的振动幅值；四个回转油缸通过柔性联轴器与传动装置相连接；由传动装置带动四个回转油缸按设定方向转动，回转油缸偏心质量块旋转时产生的离心力在振动方向上按设定相位合成，形成以正弦规律变化的激振力，改变活塞的相对位置可以使振动方向在垂直或水平方向转换。

2、根据权利要求1所述的全自动机械振动台控制系统，其特征是：所述的机械振动试验台通过组合上述振动，保持机械振动试验台的振动加速度或位移幅值不变，在某一频率振动。

3、根据权利要求1所述的全自动机械振动台控制系统，其特征是：所述的传感单元是由振动加速度传感器和提供频率信息的码盘构成。

4、根据权利要求1所述的全自动机械振动台控制系统，其特征是：所述的计算控制单元是由计算机和与其I/O口电连接的控制电路组成，控制电路是由两路输入电路、两路输出电路组成，其中第一路输入电路是由电荷放大器、滤波器、可变增益放大器、A/D转换器、采样存贮器组成；第二路是由频率测量电路组成；第一路输入电路的输入端与振动加速度传感器连接，接收振动加速度传感器信号，由第一路输入电路处理后，输入到计算机的I/O；第二路输入电路的输入端与一码盘电连接，将码盘产生的脉冲电信号处理成振动体的频率信号输入到计算机的I/O；两路输出电路是由两路D/A转换器和执行器、变频器组成，计算机的数据总线及I/O口分别接两路D/A转换器，D/A转换器一路接执行器到机械振动试验台的偏心质量块，D/A转换器第二路接变频器到机械振动试验台的电机；完成振动频率控制和振动幅值控制。