CN106493058A - 限制峰值比的随机振动信号生成方法 - Google Patents
限制峰值比的随机振动信号生成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106493058A CN106493058A CN201710023117.5A CN201710023117A CN106493058A CN 106493058 A CN106493058 A CN 106493058A CN 201710023117 A CN201710023117 A CN 201710023117A CN 106493058 A CN106493058 A CN 106493058A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- value
- ratio
- vibration signal
- values
- random vibration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种限制峰值比的随机振动信号生成方法,包括以下步骤:生成初始的时间历程x;设定初始峭度值;对x进行非线性变换获得新的时间历程x1;获得x1的概率密度函数;获得x1的概率分布函数;计算x1的峰值比值并将其与规定的峰值比值进行比较,满足条件则继续,否则迭代以前步骤直到满足条件;对x1进行低通滤波得到更新的时间历程x2;计算x2的功率谱密度并将其与x的功率谱密度值比较,满足精度要求则将x2作为满足限制峰值比要求的随机振动信号y,否则全部迭代循环直到满足精度要求为止。通过本发明生成的随机振动信号的最大峰值与其总均方根值的比即峰值比CF可以依据指定值确定,有利于试验设计且确保试验设备的使用安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种随机振动信号生成方法,尤其涉及一种限制峰值比的随机振动信号生成方法。
背景技术
在装备振动环境工程研究领域,用于激励振动台的驱动信号需要进行峰值比限制,这是考虑振动控制器的最大输出电压、功率放大器的最大工作电流以及振动台动圈最大振动位移等必须采用的技术措施,因为任意概率分布的平稳随机振动过程都能够产生足够大的时域峰值,只要时间足够长。
峰值比定义为随机振动时域的最大峰值与其总均方根值的比,标准推荐值为3。现有三种方式实现峰值比的限制,即相位操作方法、非线性变换方法和直接削波方法。其中,直接削波方法由于频率泄漏等固有缺陷而少有工程应用,非线性变换方法则会产生带外畸变并降低动态范围而被工程界诟病,只有相位操作方法能够在维持PSD不变的情况下实现峭度的任意控制。但是相位操作方法是通过峭度的控制实现峰值比的限制,而峭度与峰值比并没有明确的量值关系,这样就经常发生实际的峰值比与设定值存在较大差异的情况,不利于试验设计且威胁试验设备的使用安全。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种限制峰值比的随机振动信号生成方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
一种限制峰值比的随机振动信号生成方法,包括以下步骤:
(1)生成不具有峰值比限制的时间历程x:进行基于逆傅里叶变换技术的给定功率谱密度的随机振动信号时域生成,得到给定功率谱密度值的时间历程x;
(2)设定初始峭度值K且K<3;
(3)对x进行非线性变换获得新的时间历程x1;
(4)依据非线性变换的功率概率密度函数的转换关系,获得x1的概率密度函数;
(5)针对不同的取值范围获得x1的概率分布函数;
(6)依据时间、采样频率和规定的峰值比值CF0,计算x1的峰值比值CF,确定目标概率分布函数,如果CF值小于CF0值,则转入下一步,如果CF值不小于CF0值,则对步骤(2)至步骤(6)以CF0值为均衡目标进行迭代循环,迭代参数为步骤(2)输入的峭度值K,直到x1的CF值小于CF0值为止;
(7)以x的上限频率作为截止频率对x1进行低通滤波,消除因为非线性变换造成的带外谐波成分,得到更新的时间历程x2;
(8)计算x2的功率谱密度并将其与x的功率谱密度值比较,若差值满足精度要求,则结束流程,将x2作为满足限制峰值比要求的随机振动信号y;若差值不满足精度要求,则修改x的功率谱密度值,并从步骤(1)开始迭代循环,直到本步骤的差值满足精度要求为止。
本发明的有益效果在于:
通过本发明生成的随机振动信号的最大峰值与其总均方根值的比即峰值比CF可以依据指定值确定,避免了实际的峰值比与设定值存在较大差异的情况,有利于试验设计且确保试验设备的使用安全;本发明尤其适用于振动环境试验的驱动信号生成。
具体实施方式
下面实施例对本发明作进一步说明:
实施例:
假设需要生成的随机振动信号y的指标要求是:PSD=G0(f),CF0=3.0,频率范围20~2000Hz,时间180s,按照5120Hz采样。其中,PSD是功率谱密度,CF0是规定的峰值比值。
确定生成的随机振动信号y的概率分布函数CDF如下:假设在180s时间内y的峰值超过CF0=3.0的次数不超过10次,则CDF(y<-3.0*RMS(y))+CDF(y>3.0*RMS(y))=(10/(180*5120))。应用对称模型有:
A=CDF(y<-3.0*RMS(y))=CDF(y>3.0*RMS(y))=5/(180*5120)。
按以下步骤生成限制峰值比的随机振动信号y:
(1)生成不具有峰值比限制的时间历程x:进行基于逆傅里叶变换技术即IFFT技术的给定功率谱密度的高斯随机振动信号时域生成,得到给定功率谱密度值的时间历程x;本步骤涉及的技术为现有技术,可参考王述成、陈章位所写文献:《机械工程学报》2005,41(5):230-233.《随机振动试验中时域随机化技术的研究》,以及陈章位、于慧君所写文献:《振动与冲击》2009,28(3):73-77.《振动控制技术现状与进展》;
(2)设定初始峭度值K且K<3;
(3)按照随机过程转换理论获得的零记忆非线性变换经验公式,对x进行非线性变换获得新的时间历程x1,x1=g(x),g(.)为零记忆非线性变换经验公式;本步骤涉及的技术为现有技术,可参考如下文献:A、Benasciutti,R.Tovo,Cycle distribution and fatiguedamage assessment in broad-band non-Gaussian random processes,ProbabilisticEngineering Mechanics.2005(20):115–127,B、Jie Ding,XinzhongChen,Fatigue damageevaluation of broad-band Gaussian and non-Gaussian wind load effects by aspectral method,Probabilistic Engineering Mechanics 2015(41):139–154,C、J.Ding,S.M.ASCE,X.Chen,Moment-based translation model for hardening non-Gaussian response processes,J.Eng.Mech.ASCE,2016,142(2):06015006;
(4)依据非线性变换的功率概率密度函数的转换关系,获得x1的概率密度函数即PDF,其公式如下:
该公式为现有技术,参考如下文献:Frédéric Kihm,David Delaux,Vibrationfatigue and simulation of damage on shaker table tests:the influence ofclipping the random drive signal,Procedia Engineering,2013,(66):549–564;
(5)针对不同的取值范围获得x1的概率分布函数即CDF;
(6)依据时间即180s、采样频率即5120Hz和规定的峰值比值CF0=3.0,计算x1的峰值比值CF,确定目标概率分布函数CDF,如果CF值满足初始设定要求即小于CF0值,则转入下一步,如果CF值不满足初始设定要求即不小于CF0值,则对步骤(2)至步骤(6)以CF0值为均衡目标进行迭代循环,迭代参数为步骤(2)输入的峭度值K,直到x1的CF值小于CF0值为止;本步骤中,依据先前规定的CF0值和限制值A,建立迭代目标和迭代公式:
K0i+1=K0i+dK (3)
式中,σx1分别为信号x1的总均方根值,dK是与e成比例的量,例如dK=±0.3e;
(7)以x的上限频率即2000Hz作为截止频率对x1进行低通滤波,消除因为非线性变换造成的带外谐波成分,得到更新的时间历程x2;
(8)计算x2的功率谱密度即PSD得到Gx2,并将其与x的功率谱密度值比较,若差值满足精度要求,则结束流程,将x2作为满足限制峰值比要求的随机振动信号y;若差值不满足精度要求,则修改x的功率谱密度值,并从步骤(1)开始迭代循环,直到本步骤的差值满足精度要求为止;本步骤的具体方法如下:
比较Gx2与x的功率谱密度值的公式如下:
ΔG=max|Gx2(f)-G0(f)|≤0.00001 (4)
式中的“0.00001”为假定值,根据精度要求可以调整;
若公式(4)成立,则将x2作为满足限制峰值比要求的随机振动信号y;若公式(4)不成立,则按以下分步骤对以上从步骤(1)开始开始的全部步骤进行迭代,直到公式(4)成立:
(8.1)构建功率谱密度PSD的均衡差:
dP=Gx2(f)-G0(f) (5)
(8.2)功率谱密度PSD均衡:
其中,N为大于1的正数。
上述实施例只是本发明的较佳实施例,并不是对本发明技术方案的限制,只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案,均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (1)
1.一种限制峰值比的随机振动信号生成方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)生成不具有峰值比限制的时间历程x:进行基于逆傅里叶变换技术的给定功率谱密度的随机振动信号时域生成,得到给定功率谱密度值的时间历程x;
(2)设定初始峭度值K且K<3;
(3)对x进行非线性变换获得新的时间历程x1;
(4)依据非线性变换的功率概率密度函数的转换关系,获得x1的概率密度函数;
(5)针对不同的取值范围获得x1的概率分布函数;
(6)依据时间、采样频率和规定的峰值比值CF0,计算x1的峰值比值CF,确定目标概率分布函数,如果CF值小于CF0值,则转入下一步,如果CF值不小于CF0值,则对步骤(2)至步骤(6)以CF0值为均衡目标进行迭代循环,迭代参数为步骤(2)输入的峭度值K,直到x1的CF值小于CF0值为止;
(7)以x的上限频率作为截止频率对x1进行低通滤波,消除因为非线性变换造成的带外谐波成分,得到更新的时间历程x2;
(8)计算x2的功率谱密度并将其与x的功率谱密度值比较,若差值满足精度要求,则结束流程,将x2作为满足限制峰值比要求的随机振动信号y;若差值不满足精度要求,则修改x的功率谱密度值,并从步骤(1)开始迭代循环,直到本步骤的差值满足精度要求为止。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710023117.5A CN106493058B (zh) | 2017-01-12 | 2017-01-12 | 限制峰值比的随机振动信号生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710023117.5A CN106493058B (zh) | 2017-01-12 | 2017-01-12 | 限制峰值比的随机振动信号生成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106493058A true CN106493058A (zh) | 2017-03-15 |
CN106493058B CN106493058B (zh) | 2018-08-14 |
Family
ID=58345296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710023117.5A Active CN106493058B (zh) | 2017-01-12 | 2017-01-12 | 限制峰值比的随机振动信号生成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106493058B (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110031171A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-19 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种电动振动台冲击响应谱试验的加权控制方法 |
CN112284518A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-29 | 南京航空航天大学 | 非高斯多维随机振动波形生成方法 |
CN112444366A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-03-05 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种随机振动试验分频段混合控制方法 |
CN112444367A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-03-05 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种多振动台并推单轴振动试验控制方法 |
CN112525337A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-19 | 西安因联信息科技有限公司 | 一种针对机械压力机振动监测数据预处理方法 |
CN112784218A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-05-11 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种非高斯随机振动信号的峭度估计方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060096352A1 (en) * | 2004-11-05 | 2006-05-11 | Agency For Defense Development | Shock waveform synthesis methods for shock response spectrum over short time interval, digital filter for obtaining shock response history and inverse filter thereof |
CN102012304A (zh) * | 2010-09-21 | 2011-04-13 | 上海大学 | 一种多频率合成的振动试验装置 |
CN104298878A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-01-21 | 天津工业大学 | 一种获取随机共振系统最优参数的自适应搜寻方法 |
CN105067213A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-11-18 | 北京强度环境研究所 | 一种大型结构振动特性试验脉冲激励装置及其使用方法 |
-
2017
- 2017-01-12 CN CN201710023117.5A patent/CN106493058B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060096352A1 (en) * | 2004-11-05 | 2006-05-11 | Agency For Defense Development | Shock waveform synthesis methods for shock response spectrum over short time interval, digital filter for obtaining shock response history and inverse filter thereof |
CN102012304A (zh) * | 2010-09-21 | 2011-04-13 | 上海大学 | 一种多频率合成的振动试验装置 |
CN104298878A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-01-21 | 天津工业大学 | 一种获取随机共振系统最优参数的自适应搜寻方法 |
CN105067213A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-11-18 | 北京强度环境研究所 | 一种大型结构振动特性试验脉冲激励装置及其使用方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
朱学旺: "随机振动载荷峰值强度的一种工程表达", 《装备环境工程》 * |
潘海明,梁志恒,鲁雪萍: "任意概率分布随机振动激励源的设计与现实", 《仪器仪表学报》 * |
陈家焱,周建川等: "多点同步并激振动试验控制系统的设计与实现", 《系统工程与电子技术》 * |
陈家焱,陈章位等: "基于泊松过程的超高斯随机振动试验控制技术研究", 《振动与冲击》 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110031171A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-19 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种电动振动台冲击响应谱试验的加权控制方法 |
CN110031171B (zh) * | 2019-04-30 | 2020-08-18 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种电动振动台冲击响应谱试验的加权控制方法 |
CN112284518A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-29 | 南京航空航天大学 | 非高斯多维随机振动波形生成方法 |
CN112525337A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-19 | 西安因联信息科技有限公司 | 一种针对机械压力机振动监测数据预处理方法 |
CN112525337B (zh) * | 2020-11-18 | 2023-06-02 | 西安因联信息科技有限公司 | 一种针对机械压力机振动监测数据预处理方法 |
CN112444366A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-03-05 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种随机振动试验分频段混合控制方法 |
CN112444367A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-03-05 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种多振动台并推单轴振动试验控制方法 |
CN112444367B (zh) * | 2020-12-18 | 2022-11-15 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种多振动台并推单轴振动试验控制方法 |
CN112784218A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-05-11 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种非高斯随机振动信号的峭度估计方法 |
CN112784218B (zh) * | 2021-02-03 | 2024-05-28 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种非高斯随机振动信号的峭度估计方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106493058B (zh) | 2018-08-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106493058B (zh) | 限制峰值比的随机振动信号生成方法 | |
Gupta et al. | Vibration of visco-elastic rectangular plate with linearly thickness variations in both directions | |
CN103346692B (zh) | 振动主动控制中压电作动器迟滞非线性频域补偿方法 | |
CN106546400B (zh) | 一种多输入多输出非高斯随机振动试验系统及试验方法 | |
Javadi et al. | Nonlinear vibration of fractional Kelvin–Voigt viscoelastic beam on nonlinear elastic foundation | |
CN108549227B (zh) | 一种基于分数阶血红细胞模型的时滞反馈控制器设计方法 | |
Gkikas et al. | Development of a novel nonlinear system identification scheme for the pressure fluctuation inside an oscillating water column-wave energy converter Part I: Theoretical background and harmonic excitation case | |
JP6480848B2 (ja) | 振動制御装置および振動制御方法ならびに振動制御プログラム | |
Liu et al. | A high-order spectral method for nonlinear wave–body interactions | |
CN107784190A (zh) | 船舶结构宽频线谱振动噪声快速预报方法 | |
CN103399589A (zh) | 一种电液加速度伺服系统随机振动控制方法 | |
CN110994642A (zh) | 励磁增益对凸极发电机同步转矩影响的量化方法及装置 | |
CN108170032B (zh) | 一种提高压电叠堆式驱动器定位精度的方法 | |
CN111817312B (zh) | 基于励磁动态增益量化调相机暂态稳定影响的方法及系统 | |
CN108879725B (zh) | 基于抗饱和广域时滞阻尼控制器参量Lyapunov控制方法 | |
CN109145377A (zh) | 一种热环境下考虑预变形的板结构动特性分析方法 | |
Yakhot | Reynolds number of transition and self-organized criticality of strong turbulence | |
CN108304617A (zh) | 浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法 | |
CN113794198A (zh) | 抑制宽频振荡的方法、装置、终端及存储介质 | |
Falcón-Prado et al. | Active vibration control of axisymmetric membrane through partial pole placement | |
JP6443304B2 (ja) | 粘弾性材料特性解析装置 | |
CN112968447A (zh) | 一种衡量电压测量时间常数对机组动态稳定影响的方法 | |
Liu et al. | Adaptive time schemes for responses of non-linear multi-degree-of-freedom systems under random excitations | |
CN113776764B (zh) | 基于峭度传递规律的随机振动加速试验激励信号生成方法 | |
Cassel et al. | A Rayleigh instability in a vortex-induced unsteady boundary layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |