CN103105278A - 用于臂架振动特性测试的控制器、测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于臂架振动特性测试的控制器、测试系统及测试方法，其中所述用于臂架振动特性测试的控制器(100)包括：激振控制单元(10)，用于发出激振信号以执行激振；信号采集单元(20)，用于采集所述激振控制单元(10)发出的所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及振动特性分析单元(30)，用于调用信号采集单元(20)存储的振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。本发明通过将激振信号和振动信号分别作为臂架这个振动系统的激励信号和响应信号，并对其进行运算分析，从而获得臂架的各种振动特性。

Description

用于臂架振动特性测试的控制器、测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于臂架振动特性测试的控制器、臂架振动特性测试系统及臂架振动特性测试方法。

背景技术

具有臂架的工程机械(例如混凝土泵车)工作时臂架部分伸展较大，在力学上属悬臂梁结构，受力比较复杂，容易产生振动。混凝土泵车臂架振动是影响泵车整车性能和施工质量的重要因素之一，振动过大会造成臂架末端的软管无法精确定位，同时产生的动应力直接影响泵车的疲劳寿命。随着高压、大排量泵送和超长臂架技术的发展，臂架振动的问题越显重要。现有技术中不存在系统地对臂架系统进行振动分析测试的方法及系统，而对臂架系统进行振动测试，并对采集的实验数据进行分析，从而准确获得臂架系统的振动特性，却是臂架振动控制与系统动态参数优化的必要前提。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中缺少对臂架振动特性进行测试的机制，而提供一种用于臂架振动特性测试的控制器、臂架振动特性测试系统以及测试方法。

根据本发明的一方面，本发明提供一种用于臂架振动特性测试的控制器，包括：激振控制单元，用于发出激振信号以执行激振；信号采集单元，用于采集所述激振控制单元发出的所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及振动特性分析单元，用于调用信号采集单元存储的振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种臂架振动特性测试系统，该系统包括：上述用于臂架振动特性测试的控制器；臂架振动监测单元，用于检测臂架的振动情况，生成振动信号并输出到所述用于臂架振动特性测试的控制器中的信号采集单元；激振作动机构，用于接收从所述用于臂架振动特性测试的控制器中的激振控制单元发出的激振信号并根据该激振信号进行激振。

根据本发明的又一方面，本发明还提供一种臂架振动特性测试方法，该方法包括：激振步骤：发出激振信号以执行激振；信号采集步骤：采集所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及分析步骤：调用所述振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。

本发明通过发出激振信号给激振作动机构以实现对臂架的振动激励，并获取臂架在相应激振信号作用下臂架振动过程中的振动信号，通过将激振信号和振动信号分别作为臂架这个振动系统的激励信号和响应信号，并对其进行运算分析，从而获得臂架的各种振动特性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明提供的用于臂架振动特性测试的控制器的框图；

图2为根据本发明提供的臂架振动特性测试系统的框图；

图3为根据本发明提供的臂架振动监测单元的优选实施方式的结构示意图；

图4为本发明提供的振动特性分析单元得到的幅频特性曲线图的示例；

图5为本发明提供的振动特性分析单元得到的相频特性曲线图的示例；

图6为根据本发明提供的臂架振动特性测试方法的流程图。

附图标记说明

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，其中标号100的方框中为本发明提供的用于臂架振动特性测试的控制器(以下简称为“控制器100”)，该控制器100包括：激振控制单元10，用于发出激振信号以执行激振；信号采集单元20，用于采集所述激振控制单元10发出的所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及振动特性分析单元30，用于调用信号采集单元20存储的振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。

其中，所述激振控制单元10所发出激振信号被传送给激振作动机构300(图2中示出)，例如可以为泵送油缸或臂节油缸，泵送油缸、臂节油缸的有杆腔或无杆腔的电磁阀可以根据激振信号(电流信号)的大小来调整开度，以控制有杆腔和无杆腔中的液压油的流量变化，从而驱动激振作动机构300进行激振作动，实现对臂架系统的振动激励。其中激振信号可以为电流信号或者电压信号。

优选情况下，所述激振控制单元10还可以根据不同激振方式发出相应的激振信号给激振作动机构300。如上所言，影响臂架的振动的主要激振作动机构有臂节油缸和泵送油缸，所以，根据所要激励的对象的不同，激振方式可以为：臂节油缸激励和/或泵送油缸激励，也就是仅对臂节油缸激励、仅对泵送油缸激励或者对臂节油缸及泵送油缸双重激励，其中臂节油缸激励又可以包括单臂节油缸激励和多臂节油缸激励，即可以选择臂架中其中一节或几节臂架的油缸进行激励。另外，优选情况下，针对每种激振方式，都包括三种激励模式，分别为：正弦扫频模式、正弦激励模式和脉冲激励模式。这几种激励模式均是振动试验中常用的激励模式，本领域普通技术人员均知晓如何进行这几种激励模式。例如，正弦扫频模式需要设置扫描激振电流或电压的幅值、相位、起始频率、终止频率、频率步长等参数；正弦激励模式需要设置激振电流或电压的频率、幅值、相位等参数；脉冲激励模式需要设置脉冲宽度、强度等参数。

所述信号采集单元20采集激振控制单元10所发出的激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号。其中所谓振动信号是指能够表征臂架振动情况的信号，包括但不限于位移信号、速度信号、加速度信号、倾角信号等振动信号，只要是能够表征振动的信号均可以。在本发明中，对于臂架这个振动系统而言，激振信号可以看作是激励信号，而振动信号可以看作是响应信号，因此信号采集单元20即是用来采集激励信号和响应信号，然后将这两者对应存储成一组振动数据，以供数据分析。这里，振动数据包括激振信号和振动信号。可以反复执行激振过程并采集信号，以得到多组振动数据，以供振动特性分析单元30调用。

另外，优选情况下，当如上所述选用不同的激振方式或激励模式时，还应将激振方式和激励模式的各参数对应于该组振动数据一同存储，以便于分析每种激振情况下所得到的不同的振动数据。

所述信号采集单元20可以采集的是给定方向上臂架的振动信号，用以分析给定方向的振动情况，其中该给定方向可以是任意方向，例如重力加速度方向或水平方向。根据优选实施方式，所述信号采集单元20采集的臂架的振动信号可以为倾角信号和不同方向的振动信号(例如正交方向)，并根据倾角信号将振动信号转换成给定方向上的振动信号。

所述振动特性分析单元30用于批量调用信号采集单元20存储的振动数据进行各种运算分析以获得臂架的各种振动特性，例如频率响应特性(包括幅频响应特性和相频响应特性)、相干函数、固有频率、阻尼比等等，以用于对臂架振动特性的分析。另外，振动特性分析单元30还可以生成臂架振动特性的曲线图。除了振动数据之外，优选情况下，振动特性分析单元30还可以接收臂架的姿态信号，并将姿态信号与臂架的振动特性对应存储，以供振动特性分析时参考，这样能够记录相应姿态下臂架的振动特性，在进行振动控制时可以根据臂架的姿态来相应获取臂架的振动特性。所述姿态信号可以包括各臂节相对于水平面的倾角和/或臂架相对于回转台轴线的回转角度。

下面分别以频率响应特性和相干函数的计算为例说明振动特性分析单元30的计算和分析过程，但需要说明的是，这两个示例并不是用于限制振动特性分析单元30的应用，事实上各种关于臂架振动特性的运算分析均可以在振动特性分析单元30中进行，只要根据运算分析的原理设定相应的程序即可。

1、频率响应特性的计算

频率响应特性(包括幅频响应特性和相频响应特性)用于反映振动系统的激励和响应的输入输出关系。

振动特性分析单元30将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(1)或公式(2)计算频响函数H(ω)。

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{G_{\mathrm{yx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}$ 公式(1)

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{G_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{G_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)}$ 公式(2)

其中，G_xx(ω)为x(t)的自功率谱，G_yy(ω)为y(t)的自功率谱，G_xy(ω)和G_yx(ω)分别为x(t)与y(t)、y(t)与x(t)的互功率谱，T为记录样本时间长度，M为样本数，X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)分别表示记录样本时间长度为T的记录样本x(t)、y(t)的傅立叶变换；

分别表示X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)的共轭函数。

根据上述频响函数H(ω)可以进一步得到幅频响应特性和相频响应特性，另外，如图4和图5所示，还可以根据频响函数H(ω)生成幅频响应特性曲线图和相频响应特性曲线图。

2、相干函数的计算

相干函数主要用来评判频响函数H(ω)估计的好坏，即检验激励信号与响应信号之间的线性关系，从而反映了振动数据质量的好坏(噪声大小、能量泄露程度等)。

振动特性分析单元30将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(3)计算相干函数

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{xy}}^2\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{{\left|G_{\mathrm{yx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2}{G_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\ω}\right)G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{{\left|\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)\right|}^2}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}$

公式(3)

其中，G_xx(ω)为x(t)的自功率谱，G_yy(ω)为y(t)的自功率谱，G_yx(ω)为y(t)与x(t)的互功率谱，T为记录样本时间长度，M为样本数，X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)分别表示记录样本时间长度为T的记录样本x(t)、y(t)的傅立叶变换；

分别表示X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)的共轭函数。

相干函数

的值越接近于1，说明噪声的影响越小，频响函数H(ω)的估计结果越好。振动特性分析单元30还将相干函数

的值与一判断阈值进行比较，当相干函数

的值大于或等于该判断阈值时，则判断振动数据的质量合格，而当相干函数

的值小于该判断阈值时，则判断振动数据的质量不合格。对于质量不合格的振动数据，可以予以剔除，并重新采集。其中判断阈值可以根据对于质量的容忍程度设置，例如设定为0.8。

下面介绍本发明提供的臂架振动特性测试系统。图2为本发明提供的臂架振动特性测试系统，该系统包括：上述用于臂架振动特性测试的控制器100；臂架振动监测单元200，用于检测臂架的振动情况，生成振动信号并输出到所述控制器100中的信号采集单元20；以及激振作动机构300，用于接收所述控制器100中的激振控制单元10发出的激振信号并根据该激振信号进行激振。

其中，臂架振动监测单元200可以为各种能够检测臂架的振动情况(优选检测臂架末端的振动情况)的装置，例如为位移传感器、速度传感器、加速度传感器、倾角传感器中的一者或几者。所生成的振动信号为能够表征臂架振动情况的信号，可以包括位移信号、速度信号、加速度信号、倾角信号中的一者或几者，以供信号采集单元20采集作为激励的响应。

优选情况下，可以采用如图3所示的这种臂架振动监测单元200，该臂架振动监测单元200包括第一振动传感器201、第二振动传感器202和倾角传感器203，其中第一振动传感器201与第二振动传感器202的检测方向彼此正交，倾角传感器203用于检测臂架与水平面之间的夹角。其中，第一振动传感器201和第二振动传感器202可以为加速度传感器、速度传感器或者位移传感器，所述倾角传感器203可以为单轴的倾角传感器。这样臂架振动监测单元200生成的振动信号包括两个加速度信号(或速度信号、位移信号)和一个倾角信号，从而信号采集单元20可以根据倾角信号将两个加速度信号(或速度信号、位移信号)转换到任意给定方向上，例如重力加速度方向或水平方向，并对该给定方向进行振动特性测试。

为了便于安装上述第一振动传感器201和第二振动传感器202以使得二者正交，该臂架振动监测单元200还包括安装架204，该安装架204为彼此正交的两块板，第一振动传感器201和第二振动传感器202分别安装在其中一块板上，以保证检测方向彼此正交，倾角传感器203安装在其中一块板上。

为了保护各传感器，优选情况下，该臂架振动监测单元200还可以包括保护罩205，上述第一振动传感器201、第二振动传感器202、倾角传感器203和安装架204均置于保护罩205中，并且安装架204与保护罩205固定连接，保护罩205具有一开口，用于将第一振动传感器201、第二振动传感器202、倾角传感器203的输出线引出。

优选情况下，如图2中虚线框所示，该系统还可以包括臂架姿态监测单元400，用于检测臂架的姿态，生成姿态信号并输出到所述控制器100中的振动特性分析单元30。所述姿态信号包括各臂节相对于水平面的倾角和/或臂架相对于回转台轴线的回转角度。因此，所述臂架姿态监测单元400可以包括多个倾角传感器和/或角度编码器，所述多个倾角传感器分别安装在臂架的各个臂节上，用于检测各个臂节相对于水平面的倾角，所述角度编码器安装在回转台上，用于检测臂架整体相对于回转台轴线的回转角度。

所述激振作动机构300可以为泵送油缸和/或臂节油缸，泵送油缸、臂节油缸的有杆腔或无杆腔的电磁阀可以根据激振信号的大小来调整开度，以控制有杆腔和无杆腔中的液压油的流量变化，从而驱动激振作动机构300进行激振作动，实现对臂架系统的振动激励。

本发明提供的上述臂架振动特性测试系统通过对激振作动机构300施加激振信号以进行激励，然后采集反映臂架振动情况的振动信号作为响应，并根据激振信号和振动信号进行各种运算分析，以得到臂架振动动态特性，这些振动动态特性可以供振动特性优化时使用。

下面，结合图6说明本发明提供的臂架振动特性测试方法。如图6所示，该臂架振动特性测试方法包括：激振步骤：发出激振信号以执行激振；信号采集步骤：采集所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及分析步骤：调用所述振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。

上述三个步骤分别由本发明提供的控制器100中的激振控制单元10、信号采集单元20、振动特性分析单元30所执行，由于前面已经对各单元的工作原理进行了说明，同样的内容在此不再赘述。

尤其需要说明的是，所发出激振信号被传送给激振作动机构300。优选情况下，所述激振步骤还可以根据不同激振方式发出相应的激振信号。如上所述，激振方式可以为：臂节油缸激励和/或泵送油缸激励，也就是仅对臂节油缸激励、仅对泵送油缸激励或者对臂节油缸及泵送油缸双重激励，其中臂节油缸激励又可以包括单臂节油缸激励和多臂节油缸激励。另外，优选情况下，针对每种激振方式，都包括三种激励模式，分别为：正弦扫频模式、正弦激励模式和脉冲激励模式。

然后，将激振信号作为激励信号、将振动信号作为响应信号对应存储成一组振动数据。如图6中虚线框中所示，可以反复执行激振步骤和信号采集步骤以得到多组振动数据，以供分析步骤调用。

当如上所述选用不同的激振方式或激励模式时，信号采集步骤存储振动数据时还应将激振方式和激励模式的各参数对应于该组振动数据一同存储，以便于分析每种激振情况下所得到的不同的振动数据。优选情况下，所述信号采集步骤采集的臂架的振动信号是选定方向上的振动信号。并且，如果采集的臂架的振动信号为倾角信号和不同方向的振动信号，还可以根据倾角信号将振动信号转换成给定方向上的振动信号。

然后，所述分析步骤批量调用存储的振动数据进行各种运算分析以获得臂架的各种振动特性，例如频率响应特性(包括幅频响应特性和相频响应特性)、相干函数、固有频率、阻尼比等等，以用于对臂架振动特性的分析。另外，还可以生成臂架振动特性的曲线图。其中频率响应特性和相干函数的计算与前面介绍的相同。

具体而言，在计算频率响应特性时，所述分析步骤包括：

将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(1)或公式(2)计算频响函数H(ω)：

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{G_{\mathrm{yx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}$ 公式(1)

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{G_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{G_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)}$ 公式(2)

其中，G_xx(ω)为x(t)的自功率谱，G_yy(ω)为y(t)的自功率谱，G_xy(ω)和G_yx(ω)分别为x(t)与y(t)、y(t)与x(t)的互功率谱，T为记录样本时间长度，M为样本数，X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)分别表示记录样本时间长度为T的记录样本x(t)、y(t)的傅立叶变换；分别表示X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)的共轭函数。

在计算相干函数时，所述分析步骤包括：

将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(3)计算相干函数

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{xy}}^2\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{{\left|G_{\mathrm{yx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2}{G_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\ω}\right)G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{{\left|\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)\right|}^2}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}$

公式(3)

其中，G_xx(ω)为x(t)的自功率谱，G_yy(ω)为y(t)的自功率谱，G_yx(ω)为y(t)与x(t)的互功率谱，T为记录样本时间长度，M为样本数，X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)分别表示记录样本时间长度为T的记录样本x(t)、y(t)的傅立叶变换；

分别表示X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)的共轭函数。

优选情况下，所述分析步骤还包括：将相干函数的值与一判断阈值进行比较，当相干函数

的值大于或等于该判断阈值时，则判断振动数据的质量合格，而当相干函数

的值小于该判断阈值时，则判断振动数据的质量不合格。对于质量不合格的数据，予以剔除，并重新采集。

另外，所述分析步骤优选还包括：接收臂架的姿态信号，并对应于振动特性存储。所述姿态信号包括各臂节相对于水平面的倾角和/或臂架相对于回转台轴线的回转角度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (26)

1.一种用于臂架振动特性测试的控制器，该控制器(100)包括：

激振控制单元(10)，用于发出激振信号以执行激振；

信号采集单元(20)，用于采集所述激振控制单元(10)发出的所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及

振动特性分析单元(30)，用于调用信号采集单元(20)存储的振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述激振控制单元(10)根据不同激振方式发出相应的激振信号，所述激振方式为：臂节油缸激励和/或泵送油缸激励。

3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述信号采集单元(20)还将激振方式和激励模式的各参数对应于振动数据一同存储。

4.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述信号采集单元(20)采集的臂架的振动信号是选定方向上的振动信号。

5.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述信号采集单元(20)采集的臂架的振动信号为倾角信号和不同方向的振动信号，并根据倾角信号将振动信号转换成给定方向上的振动信号。

6.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)用于获得臂架的频率响应特性、相干函数、固有频率、阻尼比中的至少一者。

7.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)用于将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(1)或公式(2)计算频响函数H(ω)：

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{G_{\mathrm{yx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}$ 公式(1)

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{G_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{G_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)}$ 公式(2)

其中，G_xx(ω)为x(t)的自功率谱，G_yy(ω)为y(t)的自功率谱，G_xy(ω)和G_yx(ω)分别为x(t)与y(t)、y(t)与x(t)的互功率谱，T为记录样本时间长度，M为样本数，X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)分别表示记录样本时间长度为T的记录样本x(t)、y(t)的傅立叶变换；

分别表示X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)的共轭函数。

8.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(3)计算相干函数

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{xy}}^2\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{{\left|G_{\mathrm{yx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2}{G_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\ω}\right)G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{{\left|\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)\right|}^2}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}$

公式(3)

其中，G_xx(ω)为x(t)的自功率谱，G_yy(ω)为y(t)的自功率谱，G_yx(ω)为y(t)与x(t)的互功率谱，T为记录样本时间长度，M为样本数，X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)分别表示记录样本时间长度为T的记录样本x(t)、y(t)的傅立叶变换；

分别表示X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)的共轭函数。

9.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)还用于将相干函数的值与一判断阈值进行比较，当相干函数

的值大于或等于该判断阈值时，则判断振动数据的质量合格，而当相干函数

的值小于该判断阈值时，则判断振动数据的质量不合格。

10.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)还接收臂架的姿态信号，并将姿态信号与臂架的振动特性对应存储。

11.一种臂架振动特性测试系统，该系统包括：

根据权利要求1-10中任一项权利要求所述的用于臂架振动特性测试的控制器(100)；

臂架振动监测单元(200)，用于检测臂架的振动情况，生成振动信号并输出到所述用于臂架振动特性测试的控制器(100)中的信号采集单元(20)；以及

激振作动机构(300)，用于接收从所述用于臂架振动特性测试的控制器(100)中的激振控制单元(10)发出的激振信号并根据该激振信号进行激振。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述臂架振动监测单元(200)包括第一振动传感器(201)、第二振动传感器(202)和倾角传感器(203)，其中第一振动传感器(201)与第二振动传感器(202)的检测方向彼此正交，倾角传感器(203)用于检测臂架与水平面之间的夹角。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，该系统还包括臂架姿态监测单元(400)，用于检测臂架的姿态，生成姿态信号并输出到所述用于臂架振动特性测试的控制器(100)中的振动特性分析单元(30)。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述姿态信号包括各臂节相对于水平面的倾角和/或臂架相对于回转台轴线的回转角度。

15.一种臂架振动特性测试方法，该方法包括：

激振步骤：发出激振信号以执行激振；

信号采集步骤：采集所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及

分析步骤：调用所述振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述激振步骤根据不同激振方式发出相应的激振信号，所述激振方式为：臂节油缸激励和/或泵送油缸激励。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，信号采集步骤还将激振方式和激励模式的各参数对应于振动数据一同存储。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述信号采集步骤采集的臂架的振动信号是选定方向上的振动信号。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述信号采集步骤采集的臂架的振动信号为倾角信号和不同方向的振动信号，并根据倾角信号将振动信号转换成给定方向上的振动信号。

20.根据权利要求15所述的方法，其中，反复执行激振步骤和信号采集步骤以得到多组振动数据。

21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述分析步骤用于获得臂架的频率响应特性、相干函数、固有频率、阻尼比中的至少一者。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述分析步骤包括：

将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(1)或公式(2)计算频响函数H(ω)：

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{G_{\mathrm{yx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}$ 公式(1)

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{G_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{G_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)}$ 公式(2)

其中，G_xx(ω)为x(t)的自功率谱，G_yy(ω)为y(t)的自功率谱，G_xy(ω)和G_yx(ω)分别为x(t)与y(t)、y(t)与x(t)的互功率谱，T为记录样本时间长度，M为样本数，X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)分别表示记录样本时间长度为T的记录样本x(t)、y(t)的傅立叶变换；

分别表示X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)的共轭函数。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述分析步骤包括：将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(3)计算相干函数

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{xy}}^2\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{{\left|G_{\mathrm{yx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2}{G_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\ω}\right)G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{{\left|\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)\right|}^2}{\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i^{*}(\mathrm{\ω},T)Y_i(\mathrm{\ω},T)G_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\underset{M\→\∞}{\lim }\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\ω},T)X_i(\mathrm{\ω},T)}$

公式(3)

其中，G_xx(ω)为x(t)的自功率谱，G_yy(ω)为y(t)的自功率谱，G_yx(ω)为y(t)与x(t)的互功率谱，T为记录样本时间长度，M为样本数，X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)分别表示记录样本时间长度为T的记录样本x(t)、y(t)的傅立叶变换；

分别表示X_i(ω，T)、Y_i(ω，T)的共轭函数。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述分析步骤还包括：将相干函数的值与一判断阈值进行比较，当相干函数

的值大于或等于该判断阈值时，则判断振动数据的质量合格，而当相干函数

的值小于该判断阈值时，则判断振动数据的质量不合格。

25.根据权利要求15所述的方法，其中，所述分析步骤还包括：

接收臂架的姿态信号，并将姿态信号与臂架的振动特性对应存储。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述姿态信号包括各臂节相对于水平面的倾角和/或臂架相对于回转台轴线的回转角度。

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