CN107543671B - 多台并激振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多台并激中振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法。该方法包括试验设备连线准备步骤；试验设备开启步骤；振动控制器参数设置步骤；空台低量级试验步骤；空台中间量级试验步骤；空台高量级试验步骤；扩展台低量级试验步骤；扩展台中间量级试验步骤；扩展台高量级试验步骤；航天器模拟件低量级试验步骤；航天器模拟件中间量级试验步骤；航天器模拟件高量级试验步骤；试验设备关闭步骤。本发明主要通过合理调整振动控制器的运行速度使得数字相位同步控制器对驱动信号完成一次相位修正的时间小于振动控制器完成一次闭环的时间。该匹配方法可适用于任何的振动控制器，为多台并激振动试验系统的相位同步提供了一种技术手段。

Description

多台并激振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法

技术领域

本发明属于航天器力学环境试验技术领域，具体涉及一种多台并激同步中振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法。

背景技术

航天器在发射前都需要经历严格的振动环境试验验证，以考核产品的结构设计是否合理，充分暴露产品潜在的缺陷及隐患。随着中国航天技术的不断发展，空间站等超大型航天器的研制活动已经启动，而目前市场上的单个振动台推力无法满足其力学试验要求。因此，研制多台并激大推力振动试验系统迫在眉睫。

多台并激大推力振动试验系统主要由振动台台体、扩展台面、冷却系统、油泵系统、功放系统及振动控制系统等组成。而振动控制系统一般主要由振动控制器和相位同步控制器组成。目前，多台并激振动试验通常采用振动控制器和相位同步控制器分别对多个振动台的振幅和相位进行控制。试验过程中，形成了两个独立的闭环控制。

外闭环主要控制振动台台面的振动幅值。它一般采用多点平均控制技术，由振动控制器根据响应信号得到的响应谱与参考谱进行比较，计算出误差谱，并通过不断修改驱动谱，使振动控制点的响应与参考值相比在允许误差范围内。

内闭环主要修正多个振动台驱动信号的相位。该闭环由数字相位同步控制器和霍尔效应传感器等组成，霍尔效应电流传感器通过实时监测电动振动台动框电流并提供与功放输出电流成正比的电压信号，电压信号反馈给数字相位同步控制器，数字相位同步控制器根据多路信号的相位差来调节驱动信号，实现多个振动台的同步控制。

目前振动控制器可从市场上进行购置，国内外研制厂家较多；而数字相位同步控制器一般需根据振动控制器的技术参数(尤其是闭环时间)进行特殊研制，以确保数字相位同步控制器闭环修正时间小于振动控制器闭环所需要的时间，但是数字相位同步控制器研制厂家国外寥寥无几(美国TTI公司)，国内在研制方面还不成熟，基本没有成熟产品。相位控制器研制技术难度巨大，研制所需经费高昂。如果在匹配好的振动控制器和数字相位同步控制系统中，当振动控制器出现故障或损坏需进行更换时，数字相位同步控制器一般很难与新的振动控制器相匹配，需要对数字相位同步控制器的技术参数进行调整，以保证两者重新匹配。对于闭环时间较快的振动控制器，数字相位同步控制器调整的余量非常有限，有时甚至无论如何都无法满足与振动控制器相匹配的要求。这种情况将严重影响航天器力学试验的顺利进行，从而耽误型号的研制进度。

因此，从振动控制器着手，提出一种操作便捷、适用性极强的多台并激振动控制器与数字相位同步控制器的匹配方法，显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种多台并激中振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法，保证多台并激时振动台系统安全、有效的运行，避免多个振动台激励相位异常导致振动试验设备或航天器产品损坏的风险出现。

本发明采用了如下的技术方案：

一种多台并激振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法，包括以下步骤：

(1)试验设备连线

将多台并激振动试验系统中的振动控制器发出的驱动信号和COLA信号连接数字相位同步控制器对应输入通道，数字相位同步控制器两个信号输出通道输出两路驱动信号，进入功率放大器驱动振动台运动，同时用于测量电流信号的霍尔效应传感器的两路反馈信号输入给数字相位同步控制器，安装在台面的控制加速度传感器输出信号连接至信号调节器，经过对信号放大滤波后进入振动控制器；

(2)开启试验设备

依次开启振动台台体、扩展台面、冷却系统、油泵系统、功放系统及振动控制系统等设备，设备开启后检查其运行状态是否正常；

(3)设置振动控制系统参数

在振动控制系统中设置试验频率范围为5至100Hz、试验量级为0.1g、扫描速率为4Oct/min、压缩速度为30％，控制通道灵敏度为1000mv/g、比例带宽滤波参数为140％；

(4)进行空台低量级试验

在上述参数下，进行低量级试验，监测振动控制系统中控制曲线波动情况及示波器中控制时域信号曲线，如果控制曲线在整个频带内波动超过±10％，则减小滤波带宽参数后再次进行低量级试验，直至低量级试验控制曲线误差在±10％以内为止；

(5)进行空台中间量级试验

将步骤3)中的试验量级设置为0.6g，滤波参数设置按低量级试验时控制的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展中间量级试验，如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(6)进行空台高量级试验

将步骤3)中的试验量级设置为1.0g，滤波参数设置按中间量级试验时控制的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展高量级试验，如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(7)进行扩展台低量级试验

在多台并激安装扩展台面的基础上将步骤3)中的试验量级设置为0.1g，滤波参数设置按空台高量级试验时控制的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展扩展台低量级试验，如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(8)进行扩展台中间量级试验

将步骤3)中的试验量级设置为0.6g，滤波参数设置按扩展台低量级试验时控制的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展扩展台中间量级试验；如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(9)进行扩展台高量级试验

将步骤3)中的试验量级设置为1g，滤波参数设置按扩展台中间量级试验时控制的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展扩展台高量级试验；如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(10)进行航天器模拟件低量级试验

在多台并激安装扩展台面、夹具和航天器模拟件的基础上将步骤3)中的试验量级设置为0.1g，滤波参数设置按扩展台高量级试验时控制的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展航天器模拟件低量级试验，如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(11)进行航天器模拟件中间量级试验

将步骤3)中的试验量级设置为0.6g，滤波参数设置按航天器模拟件低量级试验时控制的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展航天器模拟件中间量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(12)进行航天器模拟件高量级试验

将步骤3)中的试验量级设置为1g，滤波参数设置按航天器模拟件中间量级试验时控制的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展航天器模拟件高量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(13)关闭试验设备

依次关闭振动台台体、扩展台面、冷却系统、油泵系统、功放系统及振动控制系统等设备，记录航天器模拟件高量级试验振动控制器的滤波参数设置，供后期力学试验使用。

其中，所述的测量电流信号的霍尔效应传感器安装位置靠近功放系统或振动台动圈。

其中，所述的振动控制器滤波参数包括比例带宽滤波和固定带宽滤波。

与现有技术相比，本发明的多台并激同步中振动控制器与数字式相位控制器匹配方法，主要通过合理调整控制系统的运行速度使得数字相位同步控制器对驱动信号完成一次相位修正的时间小于振动控制器完成一次闭环的时间。该匹配方法可适用于任何的振动控制仪，为多台并激振动试验系统的相位同步提供了一种技术手段，保证了多台并激时振动台系统安全、有效的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为双台空台并激同步中振动控制器与数字相位同步控制器匹配连线示意图；

图2为双台带扩展台并激同步中振动控制器与数字相位同步控制器匹配连线示意图；

图3为双台带航天器模拟件并激同步中振动控制器与数字相位同步控制器匹配连线示意图；

其中，1－振动控制器、2－数字相位同步控制器、3－1#功放、4－2#功放、5－1#霍尔电流传感器、6－2#霍尔电流传感器、7－1#振动台、8－2#振动台、9－扩展台面、10－夹具、11－控制传感器、12－航天器模拟件、13－信号调节器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种多台并激中振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法作进一步的说明。

多台并激中振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法包括如下步骤：

(1)试验设备连线。图1显示的是双台空台并激中振动控制器与数字相位同步控制器匹配连线示意图。图中振动控制器1通过COLA信号和Drive驱动信号与相位同步控制器2连接；1#霍尔电流传感器5和2#霍尔电流传感器6将测量的电流信号反馈给数字相位同步控制器2用于多个振动台驱动信号的修正，数字相位同步控制器2发出两路驱动信号分别给1#功放3和2#功放4，1#功放3和2#功放4对驱动信号放大后输出信号给1#振动台7和2#振动台8，测量振动台运动的控制传感器11输出加速度信号经信号调节器13放大滤波处理后反馈给振动控制器1；

(2)试验设备开启。具体地，依次开启振动台台体、扩展台、冷却系统、油泵系统、功放系统及振动控制系统等设备，设备开启后检查其运行状态是否正常；

(3)振动控制系统参数设置。具体地，在振动控制系统中设置试验频率范围为5至100Hz、试验量级为0.1g、扫描速率为4Oct/min、压缩速度为30％，控制通道灵敏度为1000mv/g、比例带宽滤波参数为140％等；

(4)进行空台第一次低量级试验。具体地，按照步骤(3)中振动控制系统参数设置开展第一次试验。观察振动控制系统中控制曲线波动情况及示波器中控制时域信号曲线。如果控制曲线在整个频带内波动超过±10％，控制效果不理想，则需调整滤波参数后再次进行低量级试验；

(5)进行空台第二次低量级试验。具体地，将振动控制系统参数设置步骤(3)中5至40Hz比例带宽滤波参数设置为80％，40至100Hz固定带宽滤波参数设置为15Hz，其他参数保持不变，开展第二次低量级试验。如果控制曲线在整个频带内仍然波动超过±10％，控制效果不理想，则需再次将滤波带宽调小后再次进行低量级试验；

(6)进行空台第三次低量级试验。具体地，将振动控制系统参数设置(3)中5至30Hz比例带宽滤波参数设置为30％，30至100Hz固定带宽滤波参数设置为9Hz，其他参数保持不变，开展第三次低量级试验。通过滤波带宽缩小，控制系统闭环时间延长后，控制曲线在整个频带内一般比较理想。如果控制效果不理想，则需再次将滤波带宽调小后再次进行低量级试验，直至低量级试验控制曲线误差在±10％以内为止；

(7)进行空台中间量级试验。具体地，将振动控制系统参数设置(3)中5至100Hz试验量级设置为0.6g，滤波参数设置按低量级试验时控制理想的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展中间量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(8)进行空台高量级试验。具体地，将振动控制系统参数设置(3)中5至100Hz试验量级设置为1.0g，滤波参数设置按中间量级试验时控制理想的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展高量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(9)进行扩展台低量级试验。双台带扩展台并激同步中振动控制器与数字相位同步控制器匹配连线示意图参见图2，图2连线方式与图1相比，增加了扩展台面9，控制传感器11直接粘贴在扩展台面上，其他与图1连线方式相同。具体地，将振动控制系统参数设置(3)中5至100Hz试验量级设置为0.1g，滤波参数设置按空台高量级试验时控制理想的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展扩展台低量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(10)进行扩展台中间量级试验。具体地，将振动控制系统参数设置(3)中5至100Hz试验量级设置为0.6g，滤波参数设置按扩展台低量级试验时控制理想的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展扩展台中间量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(11)进行扩展台高量级试验。具体地，将振动控制系统参数设置(3)中5至100Hz试验量级设置为1g，滤波参数设置按扩展台中间量级试验时控制理想的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展扩展台高量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(12)进行航天器模拟件低量级试验。双台带航天器模拟件并激同步中振动控制器与数字相位同步控制器匹配连线示意图参见图3，图3连线方式与图2相比，增加了夹具10和航天器模拟件12，控制传感器11直接粘贴在夹具与航天器模拟件连接面上，其他与图2连线方式相同。具体地，将振动控制系统参数设置(3)中5至100Hz试验量级设置为0.1g，滤波参数设置按扩展台高量级试验时控制理想的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展航天器模拟件低量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(13)进行航天器模拟件中间量级试验。具体地，将振动控制系统参数设置(3)中5至100Hz试验量级设置为0.6g，滤波参数设置按航天器模拟件低量级试验时控制理想的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展航天器模拟件中间量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(14)进行航天器模拟件高量级试验。具体地，将振动控制系统参数设置(3)中5至100Hz试验量级设置为1g，滤波参数设置按航天器模拟件中间量级试验时控制理想的滤波参数进行设置，其他参数保持不变，开展航天器模拟件高量级试验。如果试验控制误差在±10％以内，则保持滤波参数不变；如果试验控制误差超过±10％且曲线波动超过±10％，则需继续缩小滤波带宽后进行试验，直至控制平稳；

(15)试验设备关闭。具体地，依次关闭振动台台体、扩展台、冷却系统、油泵系统、功放系统及振动控制系统等设备。记录航天器模拟件高量级试验振动控制器的滤波参数设置，供后期航天器力学试验控制使用。

在国内40吨双振动台并激试验系统上，利用该匹配方法完成了美国SD2560振动控制器和美国TTI公司制造的704D数字相位同步控制器的运行匹配。振动控制器的滤波参数由全频率比例带宽滤波参数为140％优化到5至30Hz比例带宽滤波参数设置为30％，30至100Hz固定带宽滤波参数设置为9Hz。按照本发明的多台并激振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法，试验幅值控制误差在±10％以内，双振台相位同步精度达±5°，取得了良好的双台并激同步控制效果。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多台并激振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法，包括以下步骤：

（1）试验设备连线

将多台并激振动试验系统中的振动控制器发出的驱动信号和COLA信号连接数字相位同步控制器对应输入通道，数字相位同步控制器两个信号输出通道输出两路驱动信号，进入功率放大器驱动振动台运动，同时用于测量电流信号的霍尔效应传感器的两路反馈信号输入给数字式相位同步控制器，安装在台面的控制加速度传感器输出信号连接至信号调节器，经过对信号放大滤波后进入振动控制器；

（2）开启试验设备

依次开启多台并激振动试验系统中的振动台台体、扩展台面、冷却系统、油泵系统、功放系统及振动控制系统设备，设备开启后检查其运行状态是否正常；

（3）设置振动控制系统参数

在振动控制系统中设置试验频率范围为5至100Hz、试验量级为0.1g、扫描速率为4Oct/min、压缩速度为30%、控制通道灵敏度为1000mv/g、比例带宽滤波带宽参数为140%；

（4） 进行空台低量级试验

在上述参数下，进行低量级试验，监测振动控制系统中控制曲线波动情况及示波器中控制时域信号曲线，如果控制曲线在整个频带内波动超过±10%，则减小滤波带宽参数后再次进行低量级试验，直至低量级试验控制曲线误差在±10%以内为止；

（5）进行空台中间量级试验

将步骤3）中的试验量级设置为0.6g，滤波带宽参数设置按低量级试验时控制的滤波带宽参数进行设置，其他参数保持不变，开展中间量级试验，如果试验控制曲线误差在±10%以内，则保持滤波带宽参数不变；如果试验控制曲线误差超过±10%且曲线波动超过±10%，则需继续缩小滤波带宽参数后进行试验，直至控制平稳；

（6）进行空台高量级试验

将步骤3）中的试验量级设置为1.0g，滤波带宽参数设置按中间量级试验时控制的滤波带宽参数进行设置，其他参数保持不变，开展高量级试验，如果试验控制曲线误差在±10%以内，则保持滤波带宽参数不变；如果试验控制曲线误差超过±10%且曲线波动超过±10%，则继续缩小滤波带宽参数后进行试验，直至控制平稳；

（7）进行扩展台低量级试验

在多台并激振动试验系统中安装扩展台面的基础上将步骤3）中的试验量级设置为0.1g，滤波带宽参数设置按空台高量级试验时控制的滤波带宽参数进行设置，其他参数保持不变，开展扩展台低量级试验，如果试验控制曲线误差在±10%以内，则保持滤波带宽参数不变；如果试验控制曲线误差超过±10%且曲线波动超过±10%，则需继续缩小滤波带宽参数后进行试验，直至控制平稳；

（8） 进行扩展台中间量级试验

将步骤3）中的试验量级设置为0.6g，滤波带宽参数设置按扩展台低量级试验时控制的滤波带宽参数进行设置，其他参数保持不变，开展扩展台中间量级试验；如果试验控制曲线误差在±10%以内，则保持滤波带宽参数不变；如果试验控制曲线误差超过±10%且曲线波动超过±10%，则需继续缩小滤波带宽参数后进行试验，直至控制平稳；

（9） 进行扩展台高量级试验

将步骤3）中的试验量级设置为1g，滤波带宽参数设置按扩展台中间量级试验时控制的滤波带宽参数进行设置，其他参数保持不变，开展扩展台高量级试验；如果试验控制曲线误差在±10%以内，则保持滤波带宽参数不变；如果试验控制曲线误差超过±10%且曲线波动超过±10%，则继续缩小滤波带宽参数后进行试验，直至控制平稳；

（10）进行航天器模拟件低量级试验

在多台并激振动试验系统中安装扩展台面、夹具和航天器模拟件的基础上将步骤3）中的试验量级设置为0.1g，滤波带宽参数设置按扩展台高量级试验时控制的滤波带宽参数进行设置，其他参数保持不变，开展航天器模拟件低量级试验，如果试验控制曲线误差在±10%以内，则保持滤波带宽参数不变；如果试验控制曲线误差超过±10%且曲线波动超过±10%，则需继续缩小滤波带宽参数后进行试验，直至控制平稳；

（11）进行航天器模拟件中间量级试验

将步骤3）中的试验量级设置为0.6g，滤波带宽参数设置按航天器模拟件低量级试验时控制的滤波带宽参数进行设置，其他参数保持不变，开展航天器模拟件中间量级试验，如果试验控制曲线误差在±10%以内，则保持滤波带宽参数不变；如果试验控制曲线误差超过±10%且曲线波动超过±10%，则继续缩小滤波带宽参数后进行试验，直至控制平稳；

（12）进行航天器模拟件高量级试验

将步骤3）中的试验量级设置为1g，滤波带宽参数设置按航天器模拟件中间量级试验时控制的滤波带宽参数进行设置，其他参数保持不变，开展航天器模拟件高量级试验；如果试验控制曲线误差在±10%以内，则保持滤波带宽参数不变；如果试验控制曲线误差超过±10%且曲线波动超过±10%，则需继续缩小滤波带宽参数后进行试验，直至控制平稳；

（13）关闭试验设备

依次关闭振动台台体、扩展台面、冷却系统、油泵系统、功放系统及振动控制系统设备，记录航天器模拟件高量级试验振动控制器的滤波带宽参数设置，供后期力学试验使用。

2.如权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，所述多台为2-6个振动台。

3.如权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，所述的测量电流信号的霍尔效应传感器安装位置靠近功放系统或振动台动圈。

4.如权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，所述的振动控制器滤波带宽参数分为比例带宽滤波和固定带宽滤波。