CN104034499B - 电液伺服振动台加速度频率特性谐振谷抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供电液伺服振动台加速度频率特性谐振谷抑制方法，包括如下步骤：利用加速度传感器测得电液伺服振动台加速度响应信号；将加速度响应信号反馈至自适应谱线增强器，并作为宽带信号；参考信号发生器产生频率为谐振谷频率的正弦信号；自适应谱线增强器根据加速度反馈信号和参考信号发生器产生的正弦信号，在权值的更新下，得到谐振谷抑制信号；谐振谷抑制信号与输入信号发生器产生的信号相加，得到的信号作用于电液伺服振动台控制器。本发明自适谱线增强器的权值经过几次迭代后，即可将电液伺服振动台的谐振谷大大抑制，提高提高功率谱复现的精度。

Description

电液伺服振动台加速度频率特性谐振谷抑制方法

技术领域

本发明涉及的是一种振动试验系统，具体地说是抑制振动试验系统控制误差的方法。

背景技术

振动试验系统是力学环境试验的重要设备,它广泛应用于航空、航天、船舶、核工业、电子设备、汽车、土木建筑等工业部门的力学特性试验。目前，振动试验已成为检测和提高装备，尤其是重大装备可靠性的必备手段，其目的是在实验室条件下对产品或设备进行振动强度与冲击环境试验、环境应力筛选试验以及可靠性试验，确定所设计、制造的对象在运行和使用过程中在承受外界振动时不会受到破坏，并正常发挥其性能，达到预定寿命的可靠性。随着对产品，尤其是航空航天产品和重大制造装备可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的振动试验系统显得越来越重要。

电液伺服振动台易实现低频大位移、大推力的振动激励，结构牢固，负载能力可达上千吨，常用于地震模拟试验、民用汽车、工程机械、装甲车等车辆的路面仿真试验和大型结构试件的振动试验，它在未来的振动试验中仍将发挥重要作用。

由于弹性负载与电液伺服振动台系统之间存在耦合作用，在系统要求的频宽内，出现谐振峰和谐振谷现象，且谐振处幅值往往大幅超过系统加速度幅值稳定度范围，这是引起电液伺服振动台功率谱复现控制误差超限的主要原因。发明专利“电液伺服振动台谐振抑制方法”(专利号：ZL 2007101444531)给出了一种电液伺服振动台谐振峰抑制策略，但是并没有解决谐振谷问题。由于谐振谷通常发生在系统加速度频宽内，一方面限制了系统频宽的进一步拓宽，另一方面导致了在谐振谷处功率谱复现控制误差超限。

发明内容

本发明的目的在于提供能够提高电液伺服振动台功率谱复现精度的电液伺服振动台加速度频率特性谐振谷抑制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明电液伺服振动台加速度频率特性谐振谷抑制方法，其特征是：输入信号发生器产生加速度信号r,通过加速度传感器测得电液伺服振动台加速度响应信号a，加速度响应信号a作为宽带信号反馈至自适应谱线增强器，并同时参考信号发生器产生频率为谐振谷频率的正弦信号r_ω，自适应谱线增强器通过加速度响应信号a和正弦信号r_ω得到谐振谷抑制信号u_ALE，该信号与加速度信号r相加，得到信号r′；将信号r′作用于振动台控制器，并产生控制信号u，驱动振动台系统运动。

本发明还可以包括：

1、采用LMS自适应滤波算法调整自适应谱线增强器的权值，LMS自适应滤波算法为：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{ALE}}\left(n\right)=W^T\left(n\right)X\left(n\right)\\ W(n+1)=W\left(n\right)+\mathrm{\αe}\left(n\right)X\left(n\right)\end{array}\right.$

式中，α为步长参数，W为权向量，X为输入向量，e(n)为误差信号，n为时刻。

本发明的优势在于：本发明自适谱线增强器的权值经过几次迭代后，即可将电液伺服振动台的谐振谷大大抑制，提高提高功率谱复现的精度。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的自适应谱线增强器原理图；

图3为本发明的权值更新原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，图1中，输入信号发生器产生加速度信号r,加速度传感器测得电液伺服振动台加速度响应信号a。加速度响应信号a作为宽带信号反馈至自适应谱线增强器，同时参考信号发生器产生频率为谐振谷频率的正弦信号r_ω。自适应谱线增强器根据加速度响应信号a和正弦信号r_ω，得到谐振谷抑制信号u_ALE，该信号与加速度信号r相加，得到信号r′。信号r′作用于振动台控制器，并产生控制信号u，驱动振动台系统运动。在谐振谷抑制信号u_ALE的作用下，电液伺服振动台加速度频率特性中的谐振谷被大大抑制，从而提高系统动态特性和功率谱复现精度。

图2中，自适应谱线增强器是一个可用来检测淹没在宽带噪声环境中的正弦信号的系统，目的在于将正弦波同宽带噪声分离开来。设输入端信号x(n)由一个正弦信号s_s(n)和一个宽带信号s_b(n)组成，经过延迟时间Δ后得到信号s_s(n-Δ)和s_b(n-Δ)，n为时刻，则

x(n)＝s_s(n)+s_b(n)

u_ALE(n)＝s′_s(n-Δ)+s′_b(n-Δ)

式中，s′_s(n-Δ)、s′_b(n-Δ)分别为经过自适应滤波器后的正弦信号和宽带信号。

由于正弦信号的自相关函数比宽带信号的时间相关半径要短，因此当延迟时间Δ选为小于宽带信号的时间相关半径而大于正弦信号的时间相关半径时，将使s_s(n)与s_s(n-Δ)相关，而s_b(n)与s_b(n-Δ)不相关。同时s_s(n)、s′_s(n-Δ)与s_b(n)、s′_b(n-Δ)不相关。因此有

$E\left[e^2\left(n\right)\right]=E\left\{{[s_s\left(n\right)-s_s^{\′}(n-\mathrm{\Δ})]}^2\right\}+E\left[{s^2}_b\left(n\right)\right]+E\left[s_b^{\′2}(n-\mathrm{\Δ})\right]$

为使E[e²(n)]最小，必然要使E{[s_s(n)-s′_s(n-Δ)]²}和最小，即

s_s(n)→s′_s(n-Δ)和

自适应谱线增强器的最终结果使误差信号e(n)为宽带信号的最佳估计，而自适应滤波器输出u_ALE(n)为正弦信号的最佳估计。

图3中，采用LMS自适应滤波算法调整自适应谱线增强器的权值，M为权值个数。LMS自适应滤波算法为

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{ALE}}\left(n\right)=W^T\left(n\right)X\left(n\right)\\ W(n+1)=W\left(n\right)+\mathrm{\αe}\left(n\right)X\left(n\right)\end{array}\right.$

式中，α为步长参数，W为权向量，X为输入向量。输入向量X由x(n)经过延迟后的信号组成。通过LMS自适应滤波算法调整权值，使得均方误差最小，进而使自适应谱线增强器输出为期望的正弦信号的最佳估计，从而得到谐振谷抑制信号u_ALE(n)。

本发明的目的是这样实现的：

1、利用加速度传感器测得电液伺服振动台加速度响应信号。

2、将加速度响应信号反馈至自适应谱线增强器，并作为宽带信号。

3、参考信号发生器产生频率为谐振谷频率的正弦信号。

4、自适应谱线增强器根据加速度反馈信号和参考信号发生器产生的正弦信号，在权值的更新下，得到谐振谷抑制信号。

5、谐振谷抑制信号与输入信号发生器产生的信号相加，得到的信号作用于电液伺服振动台控制器。

自适谱线增强器的权值经过几次迭代后，即可将电液伺服振动台的谐振谷大大抑制，提高提高功率谱复现的精度。

Claims (2)

1.电液伺服振动台加速度频率特性谐振谷抑制方法，其特征是：输入信号发生器产生加速度信号r,通过加速度传感器测得电液伺服振动台加速度响应信号a，加速度响应信号a作为宽带信号反馈至自适应谱线增强器，并同时参考信号发生器产生频率为谐振谷频率的正弦信号r_ω，自适应谱线增强器通过加速度响应信号a和正弦信号r_ω得到谐振谷抑制信号u_ALE，该信号与加速度信号r相加，得到信号r′；将信号r′作用于振动台控制器，并产生控制信号u，驱动振动台系统运动。

2.根据权利要求1所述的电液伺服振动台加速度频率特性谐振谷抑制方法，其特征是：采用LMS自适应滤波算法调整自适应谱线增强器的权值，LMS自适应滤波算法为：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{ALE}}\left(n\right)=W^T\left(n\right)X\left(n\right)\\ W(n+1)=W\left(n\right)+\mathrm{\αe}\left(n\right)X\left(n\right)\end{array}\right.$

式中，α为步长参数，W为权向量，X为输入向量，e(n)为误差信号，n为时刻。