CN108254143A - 一种线角复合振动试验方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线角复合振动试验方法，包括：通过对时域采集数据，确定控制点的线角振动的响应值；利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数；根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱；利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱；利用修正后的控制谱完成对线角振动试验的加载。可见本发明提供的线角复合振动试验方法、装置及系统解决产品所受的随机线振动与角振动复合环境应力的试验室模拟问题，实现了随机线振动与角振动的复合加载，突破了当前只能进行随机线振动的局限性。

Description

一种线角复合振动试验方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及振动试验方法技术领域，特别是指一种线角复合振动试验方法、装置及系统。

背景技术

当前的振动波形复现控制技术基于线振动控制技术，缺乏线振动与角振动复合控制技术，并且由于实测线振动谱、角振动谱采样频率不一致，响应点条件谱解算困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种能够同时实现线振动和角振动的线角复合振动试验方法、装置及系统。

基于上述目的本发明提供的线角复合振动试验方法，包括

通过对时域采集数据，确定控制点的线角振动的响应值；

利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数；

根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱；

利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱；

利用修正后的控制谱完成对线角振动试验的加载。

进一步的，所述通过对时域采集数据，确定控制点的响应值包括：

确定两个控制点，为点A和点B；

构建线角振动悬臂模型：线角振动时，控制点B做上下平动运动，控制点A做上下平动运动并且以控制点B为支点进行转动；

A点和B点的振动量均可以表示为线振动形式，A点和B点响应值表示为：

vA(t)＝v0(t)+r(t)*w(t)

vB(t)＝v0(t)

其中，v0(t)为第t次测量响应值时的线振动量，w(t)为第t次测量响应值时的角振动量，r(t)为A点与B点的距离。

进一步的，利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数方法包括：

设定第t次A点的输入信号表示为x_2t-1，B点的输入信号表示x_2t，第t次的A点响应信号表示为y_2t-1，B点响应信号表示为y_2t；

根据公式：

计算得出频响函数H；

当t＝1时，其中，A点的首次输入信号表示为x₁，B点的首次输入信号表示为x₂，x₁和x₂为两个随机值；A点的首次响应信号表示为y₁，B点的首次响应信号表示为y₂，y₁和y₂为首次测量到的响应值；

当t＞1时，A点的输入信号x_2t-1＝y_2(t-1)-1,B点的输入信号x_2t＝y_2(t-1)，A点响应信号y_2t-1以及B点响应信号y_2t为第t测量到的响应值，其中

y_2t-1＝vA(t＝v0t+r(t*w(t

y_2t＝vB(t)＝v0(t)

进一步的，根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱的方法包括：

根据公式：

C＝H^-1R

计算得到振动控制点控制谱C。

进一步的，利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱的方法包括：

通过公式C_t＝C_t-1-et

反复迭代，测量响应值与控制谱的差值小于最小阈值，得到最终控制谱；

其中，C_t表示计算得到的第t次控制谱，控制谱误差et。

优选的，所述测量响应值与控制谱的差值小于最小阈值为测量响应值与控制谱的差值小于百分之五。

另一方面本发明还提供线角复合振动试验系统，包括：

采集响应值单元，用于通过对时域采集数据，确定两个控制点的线角振动的响应值；

计算频响函数单元，用于利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数；

计算控制谱单元，用于根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱；

修正控制谱单元，用于利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱；

加载控制谱单元，用于利用修正后的控制谱完成对线角振动试验的加载。

另一方面本发明还提供线角复合振动试验装置，包括：支架、第一振动台、第二振动台以及控制系统；

所述第一振动台和第二振动台上设置转接板，实验样品的底部设置于所述转接板上；

所述支架通过弹性装置连接到实验样品上部，抵消试验样品重力；

实验样品在第一振动台对应设置第一控制测量点，在第二振动台对应设置第二控制测量点；

所述控制系统采集第一控制测量点和第二控制测量点的响应值，根据采集到响应值生成输出控制谱，并将生成的输出控制谱发送至第一振动台、第二振动台。

进一步的，所述振动台与转接板之间设置球头解耦装置。

从上面所述可以看出，本发明提供的线角复合振动试验方法、装置及系统通过采集响应值以及输入信号，计算得到频响函数进一步推算出控制谱，并通过迭代运算修正控制谱，得到最终的控制谱，利用最终生成的控制谱完成对线角振动试验的加载，完成产品在随机线振动及角振动复合振动环境的模拟，解决产品所受的随机线振动与角振动复合环境应力的试验室模拟问题。

附图说明

图1为本发明提供的线角复合振动试验方法实施例流程图；

图2为本发明提供的线角复合振动试验系统实施例示意图；

图3为本发明提供的线角复合振动试验装置实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

如图1所示，本发明提供的线角复合振动试验方法，包括:

步骤101，通过对时域采集数据，确定两个控制点的线角振动的响应值；

步骤102，利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数；

步骤103，根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱；

步骤104，利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱；

步骤105，利用修正后的控制谱完成对线角振动试验的加载。

可见本发明提供的线角复合振动试验方法、装置及系统通过采集响应值以及输入信号，计算得到频响函数进一步推算出控制谱，并通过迭代运算修正控制谱，得到最终的控制谱，利用最终的控制谱完成对线角振动试验的加载，完成产品在随机线振动及角振动复合振动环境的模拟，解决产品所受的随机线振动与角振动复合环境应力的试验室模拟问题。

其中，步骤101，通过对时域采集数据，确定两个控制点的响应值的方法包括：

确定两个控制点，为点A和点B，例如图3所示的A、B两点。

构建线角振动悬臂模型：线角振动时，控制点B做上下平动运动，控制点A做上下平动运动并且以控制点B为支点进行转动；

A点和B点的振动量均可以表示为线振动形式，A点和B点响应值表示为：

vA(t)＝v0(t)+r(t)*w(t)

vB(t)＝v0(t)

其中，v0(t)为第t次测量响应值时的线振动量，w(t)为第t次测量响应值时的角振动量，r(t)为A点与B点的距离。

其中，步骤102，利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数方法包括：

设定第t次A点的输入信号表示为x_2t-1，B点的输入信号表示x_2t，第t次的A点响应信号表示为y_2t-1，B点响应信号表示为y_2t；

根据公式：

计算得出频响函数H；

当t＝1时，其中，A点的首次输入信号表示为x₁，B点的首次输入信号表示为x₂，x₁和x₂为两个随机值；A点的首次响应信号表示为y₁，B点的首次响应信号表示为y₂，y₁和y₂为首次测量到的响应值；

当t＞1时，A点的输入信号x_2t-1＝y_2(t-1)-1,B点的输入信号x_2t＝y_2(t-1)，A点响应信号y_2t-1以及B点响应信号y_2t为第t测量到的响应值，其中

y_2t-1＝vA(t)＝v0(t)+r(t)*w(t)

y_2t＝vB(t)＝v0(t)

其中，步骤103，根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱的方法包括：

根据公式：

C＝H^-1R

计算得到振动控制点控制谱C。

其中，步骤104，利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱的方法包括：

通过公式C_t＝C_t-1-et

反复迭代，测量响应值与控制谱的差值小于最小阈值，得到最终控制谱。

其中，Ct表示计算得到的第t次控制谱，控制谱误差et。

在实际振动过程中，不同应力水下测试的传递函数由于信噪比的不同，传函会出现较大的差异。在实际试验过程中，开始计算的控制谱仅是作为一个初始条件，在应力逐渐提高的过程中，控制谱会出现误差et。因此，在新的应力水平下应依据测试数据逐步对控制谱进行修正，消除误差。

所述测量响应值与控制谱的差值小于最小阈值为测量响应值与控制谱的差值小于百分之五。

可见本发明提供的线角复合振动试验方法通过采集响应值以及输入信号，计算得到频响函数进一步推算出控制谱，并通过迭代运算修正控制谱，得到最终的控制谱，利用最终的控制谱完成对线角振动试验的加载，完成产品在随机线振动及角振动复合振动环境的模拟，解决产品所受的随机线振动与角振动复合环境应力的试验室模拟问题。

另一方面，本发明还提供线角复合振动试验系统，如图2所示，包括：

采集响应值单元201，用于通过对时域采集数据，确定两个控制点的线角振动的响应值；

计算频响函数单元202，用于利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数；

计算控制谱单元203，用于根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱；

修正控制谱单元204，用于利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱；

加载控制谱单元205，用于利用修正后的控制谱完成对线角振动试验的加载。

另一方面，本发明还提供线角复合振动试验装置，如图3所示，包括：支架1、第一振动台2、第二振动台3以及控制系统4；

第一振动台2和第二振动台3上设置转接板a，实验样品5的底部设置于转接板a上；

支架1通过弹性装置101连接到实验样品5上部，抵消试验样品重力；

实验样品5在第一振动台2对应设置第一控制测量点A，在第二振动台对应设置第二控制测量点B；

所述控制系统4采集第一控制测量点A和第二控制测量点B的响应值，根据采集到响应值生成输出控制谱，并将生成的输出控制谱发送至第一振动台2和第二振动台3。

优选的，振动台2和3与转接板a之间设置球头解耦装置b。

其中，球头解耦装置b实现转动功能，在振动时两振动台不同步振动时进行解耦，弹性装置101可以是橡皮绳，实现对试验样件重力的抵消

从上面所述可以看出，本发明提供的线角复合振动试验方法、装置及系统通过采集响应值以及输入信号，计算得到频响函数进一步推算出控制谱，并通过迭代运算修正控制谱，得到最终的控制谱，利用最终的控制谱完成对线角振动试验的加载，完成产品在随机线振动及角振动复合振动环境的模拟，解决产品所受的随机线振动与角振动复合环境应力的试验室模拟问题，实现了随机线振动与角振动的复合加载，突破了当前只能进行随机线振动的局限性。

通过对实测环境数据的预处理和控制算法的研究，能够实现对产品进行随机线振动、角振动综合环境的模拟，在输入、两输出控制算法的基础上，可以进一步扩展到多点、多轴试验系统的时域波形再现的环境模拟，能够广泛地应用于产品振动环境试验中。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种线角复合振动试验方法，其特征在于，包括

通过对时域采集数据，确定控制点的线角振动的响应值；

利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数；

根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱；

利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱；

利用修正后的控制谱完成对线角振动试验的加载。

2.根据权利要求1所述的线角复合振动试验方法，其特征在于，所述通过对时域采集数据，确定控制点的响应值包括：

确定两个控制点，为点A和点B；

构建线角振动悬臂模型：线角振动时，控制点B做上下平动运动，控制点A做上下平动运动并且以控制点B为支点进行转动；

A点和B点的振动量均可以表示为线振动形式，A点和B点响应值表示为：

vA(t)＝v0(t)+r(t)*w(t)

vB(t)＝v0(t)

其中，v0(t)为第t次测量响应值时的线振动量，w(t)为第t次测量响应值时的角振动量，r(t)为A点与B点的距离。

3.根据权利要求2所述的线角复合振动试验方法，其特征在于，利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数方法包括：

设定第t次A点的输入信号表示为x_2t-1，B点的输入信号表示x_2t，第t次的A点响应信号表示为y_2t-1，B点响应信号表示为y_2t；

根据公式：

计算得出频响函数H；

当t＝1时，其中，A点的首次输入信号表示为x₁，B点的首次输入信号表示为x₂，x₁和x₂为两个随机值；A点的首次响应信号表示为y₁，B点的首次响应信号表示为y₂，y₁和y₂为首次测量到的响应值；

当t＞1时，A点的输入信号x_2t-1＝y_2(t-1)-1，B点的输入信号x_2t＝y_2(t-1)，A点响应信号y_2t-1以及B点响应信号y_2t为第t测量到的响应值，其中

y_2t-1＝vA(t)＝v0(t)+r(t)*w(t)

y_2t＝vB(t)＝v0(t)

4.根据权利要求3所述的线角复合振动试验方法，其特征在于，根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱的方法包括：

根据公式：

C＝H^-1R

计算得到振动控制点控制谱C。

5.根据权利要求4所述的线角复合振动试验方法，其特征在于，利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱的方法包括：

通过公式C_t＝C_t-1-et

反复迭代，测量响应值与控制谱的差值小于最小阈值，得到最终控制谱；

其中，C_t表示计算得到的第t次控制谱，控制谱误差et。

6.根据权利要求5所述的线角复合振动试验方法，其特征在于，所述测量响应值与控制谱的差值小于最小阈值为测量响应值与控制谱的差值小于百分之五。

7.一种线角复合振动试验系统，其特征在于，包括：

采集响应值单元，用于通过对时域采集数据，确定两个控制点的线角振动的响应值；

计算频响函数单元，用于利用双台随机振动试验采集各通道的时域谱，确定输入信号，利用输入信号和确定的响应值，计算震动系统的频响函数；

计算控制谱单元，用于根据确定的响应值以及频响函数，计算得到振动控制点的控制谱；

修正控制谱单元，用于利用控制点的控制谱进行低量级试验，并通过迭代运算修正控制点的控制谱；

加载控制谱单元，用于利用修正后的控制谱完成对线角振动试验的加载。

8.一种线角复合振动试验装置，其特征在于，包括：支架、第一振动台、第二振动台以及控制系统；

所述第一振动台和第二振动台上设置转接板，实验样品的底部设置于所述转接板上；

所述支架通过弹性装置连接到实验样品上部，抵消试验样品重力；

实验样品在第一振动台对应设置第一控制测量点，在第二振动台对应设置第二控制测量点；

所述控制系统采集第一控制测量点和第二控制测量点的响应值，根据采集到响应值生成输出控制谱，并将生成的输出控制谱发送至第一振动台、第二振动台。

9.根据权利要求8所述的线角复合振动试验装置，其特征在于，所述振动台与转接板之间设置球头解耦装置。