CN112345189A - 振动模拟实验台及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动模拟实验台及其控制方法，振动模拟实验台，包括：连接板，所述连接板用于承载实验标的；被动减振系统，所述被动减振系统用于支撑所述连接板；振动模拟系统，所述振动模拟系统包括：检测模块，所述检测模块用于检测所述连接板的振动信息；执行模块，所述执行模块用于产生振动力，所述执行模块包括设在所述连接板上的作动器，所述作动器包括分别沿X方向、Y方向、Z方向产生作动力的X方向作动器、Y方向作动器和Z方向作动器；驱动模块，所述驱动模块与所述执行模块相连以驱动所述执行模块动作；控制模块，所述控制模块与所述检测模块和所述驱动模块均相连。可以快速模拟各种振动环境，便于检测仪器的振动性能参数。

Description

振动模拟实验台及其控制方法

技术领域

本发明涉及振动技术领域，尤其是涉及一种振动模拟实验台及其控制方法。

背景技术

相关技术中，多种仪器的设计使用需要进行抗振性能测试，通过抗振性能测试得到仪器的振动性能参数，现有的技术，对于仪器的振动性能参数得到检测需要在实际环境中检测，检测方式效率低，并且繁琐，复杂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于一种振动模拟实验台，可以快速模拟各种振动环境，便于检测仪器的振动性能参数。

本发明的另一个目的在于提出一种控制上述实施例的振动模拟实验台的控制方法。

根据本发明实施例的一种振动模拟实验台，包括：连接板，所述连接板用于承载实验标的；被动减振系统，所述被动减振系统用于支撑所述连接板；振动模拟系统，所述振动模拟系统包括：检测模块，所述检测模块用于检测所述连接板的振动信息；执行模块，所述执行模块用于产生振动力，所述执行模块包括设在所述连接板上的作动器，所述作动器包括分别沿X方向、Y方向、Z方向产生作动力的X方向作动器、Y方向作动器和Z方向作动器；驱动模块，所述驱动模块与所述执行模块相连以驱动所述执行模块动作；控制模块，所述控制模块与所述检测模块和所述驱动模块均相连。

根据本发明实施例的振动模拟实验台，可以通过振动模拟系统真实的模拟各种振动环境，从而可以便于测试出放置于连接板上的实验标的在各种振动环境中的振动参数，此外，通过在连接板上设有分别沿X方向、Y方向、Z方向产生振动力的X方向作动器、Y方向作动器和Z方向作动器，可以使振动模拟实验台的振动模拟效果更加的真实，进而保证了对于实验标的的振动参数的测试结果更加的准确可靠。

另外，根据本发明的振动模拟实验台，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述连接板为矩形，在所述连接板的一相对两边上分别设有所述X方向作动器，在所述连接板的另一相对两边上分别设有所述Y方向作动器，在所述连接板的每一边上均设有所述Z方向作动器。

在本发明的一些实施例中，单个所述作动器的作动力峰值大于900N。

在本发明的一些实施例中，所述检测模块包括分别对应多个所述作动器设置的多个振动加速度传感器。

在本发明的一些实施例中，每个所述振动加速度传感器为ICP加速度传感器。

在本发明的一些实施例中，所述作动器包括音圈电机。

根据本发明实施例的一种振动模拟控制方法，包括如下控制步骤：在需要X方向直线振动时，开启至少一个所述X方向作动器；在需要Y方向直线振动时，开启至少一个所述Y方向作动器；在需要Z方向直线振动时，开启至少一个所述Z方向作动器；在需要X方向扭转振动时，开启至少两个所述Z方向作动器，且其中两个所述Z方向作动器的相位相差180度；在需要Y方向扭转振动时，开启至少两个所述Z方向作动器，且其中两个所述Z方向作动器的相位相差180度；在需要Z方向扭转振动时，开启至少一个所述X方向作动器和至少一个Y方向作动器。

根据本发明实施例的一种振动模拟控制方法，通过控制不同的作动器对连接板提供振动力，可以使振动模拟实验台具有多个方向的振动效果，从而可以对多种振动环境进行模拟。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的振动模拟实验台的结构示意图。

附图标记：

振动模拟实验台100；

连接板1；

被动减振系统2；弹簧阻尼减震器21；

振动模拟系统3；执行模块31；作动器311；X方向作动器3111、Y方向作动器3112；Z方向作动器3113；

音圈电机10。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1描述根据本发明实施例的一种振动模拟实验台100。

根据本发明实施例的一种振动模拟实验台100，包括：连接板1、被动减振系统2和振动模拟系统3，通过连接板1与振动模拟系统3的配合，可以模拟多种不同的振动类型和振动环境，同时被动减震系统可以有效的对振动进行减缓，从而保证对连接板1的稳定支撑。

具体的，如图1所示，连接板1用于承载实验标的，即连接板1可以作为承载体，以承载或支撑需要进行振动参数测试的实验标的。需要说明的是，实验标的即为待测试物体，在本发明实施例的振动模拟试验台中，实验标的可以是计算机或各种需要进行震动参数测试的仪器。

如图1所示，被动减振系统2用于支撑连接板1，通过被动减振系统2，可以有效的对连接板1进行支撑，从而保证了在对实验标的进行振动性能参数的测试时，有效的稳定连接板1，保证对连接板1提供稳定的支撑力。

振动模拟系统3可以进行各种振动环境的模拟，例如车辆运输过程中的振动环境，船舶运输过程中的振动环境，或者各种自然环境发生的振动情境的模拟。通过振动模拟系统3可以使整个振动模拟实验台100对多种振动环境进行模拟，从而可以通过将实验标的放置于振动模拟实验台100即可对实验标的的振动参数进行测试，快速便捷。

具体的，如图1所示，振动模拟系统3包括：检测模块、执行模块31、驱动模块和控制模块。具体的，检测模块用于检测连接板1的振动信息，从而保证振动模拟实验台100可以真实有效的模拟各种振动环境，进而保证了对实验标的的振动参数的测试的准确性。

如图1所示，执行模块31用于产生振动力，执行模块31包括设在连接板1上的作动器311，作动器311包括分别沿X方向、Y方向、Z方向产生作动力的X方向作动器3111、Y方向作动器3112和Z方向作动器3113。其中对于X方向、Y方向、Z方向的定义如图1中的坐标轴所示。通过在连接板1上设置多个不同方向的作动器311，即可以产生振动力的执行模块31，可以使连接板1收到多种方向的振动力的作用，真实的实现了多种的振动环境。

进一步的，驱动模块与执行模块31相连以驱动执行模块31动作，即通过驱动模块可以有效的驱动作动器311运行，从而自动而准确的模拟多种振动环境。

更进一步的，通过控制模块与检测模块和驱动模块均相连。可以使控制模块控制检测模块运行，对振动模拟实验台100的振动模拟情况进行检测，保证振动模拟实验台100的振动更加真实。控制模块还可以控制驱动模块运行，进而控制不同的作动器311振动，从而实现作动器311产生振动力或停止振动。

根据本发明实施例的振动模拟实验台100，可以通过振动模拟系统3真实的模拟各种振动环境，从而可以便于测试出放置于连接板1上的实验标的在各种振动环境中的振动参数，此外，通过在连接板1上设有分别沿X方向、Y方向、Z方向产生振动力的X方向作动器3111、Y方向作动器3112和Z方向作动器3113，可以使振动模拟实验台100的振动模拟效果更加的真实，进而保证了对于实验标的的振动参数的测试结果更加的准确可靠。

需要说明的是，如图1中所示，上文中的X方向作动器3111，即如图1中所示的箭头方向与图1中坐标轴的X轴方向平行的作动器311。上文中的Y方向作动器3112，即如图1中所示的箭头方向与图1中坐标轴的Y轴方向平行的作动器311。上文中的Z方向作动器3113，即如图1中所示的箭头方向与图1中坐标轴的Z轴方向平行的作动器311。

由此可知，通过设置的可以产生不同方向振动力的作动器311，可以对连接板1提供不同的振动力，使连接板1可以通过多种方向的振动力模拟不同的振动环境。

此外，如图1所示，本发明实施例中的被动减振系统2，由弹簧阻尼减震器21构成，可以保证对于连接板1的稳定支撑。且多个弹簧阻尼减震器21分别设于连接板1的上，对于多个弹簧阻尼减震器21的位置设置，可以根据实际需要进行更改，以满足多种设计或使用需求。

如图1所示，连接板1为矩形，在连接板1的一相对两边上分别设有X方向作动器3111，在连接板1的另一相对两边上分别设有Y方向作动器3112，在连接板1的每一边上均设有Z方向作动器3113。

具体的，连接板1为矩形板，在其中的一对相对的两个边，设置X方向作动器3111，也就是说，连接板1上至少设置有两个X方向作动器3111。在另一对相对的两边，设置有Y方向作动器3112，也就是说，在连接板1上至少设置有两个Y方向作动器3112。在连接板1的每一边均设有Z方向作动器3113，即连接板1上至少设置有4个Z方向作动器3113。

进一步的，单个作动器311的作动力峰值大于900N，从而可以使作动器311的振动力稳定，并且可以模拟多种的振动环境。

上文中所说的检测模块包括分别对应多个作动器311设置的多个振动加速度传感器。即连接板1上设置的多个作动器311，每个作动器311均对应设置一个振动加速度传感器，从而可以有效的对于作动器311产生的振动力的数值进行检测，进而准确的控制作动器311产生的振动力的大小，振动模拟实验台100模拟的振动效果更加真实。

进一步的，每个振动加速度传感器为ICP加速度传感器。具体的，振动加速度传感器是振动控制技术中一个重要器件，振动加速度传感器可以实时监测作动器311产生的振动频率与振动强度。

本申请中选用ICP加速度传感器进行说明，通过ICP加速度传感器，可以在振动模拟实验台100进行振动环境模拟时，实时的检测振动力的大小，ICP加速度传感器具有良好的抗干扰性能，可以防止受到外部振动时，对于外部振动强度的检测产生误差受到损坏。

如图1所示，上文中所说的作动器311包括音圈电机10。具体的，执行模块31中采用作动器311，通过作动器311可以对连接板1产生主动振动力，通过作动器311产生振动，可以使连接板1通过受到多个不同的振动方向的振动力的作用，模拟不同的振动环境，同时可以实现装置整体的自动化。

可选的，作动器311可以选用气动/液动式、压电式、电动式、磁致伸缩式、形状记忆合金式和电磁式的作动器311。作动器311的工作原理有多种形式。综合考虑其适用条件、成熟度等因素，本项目选择音圈电机10做作为作动器311核心元件。

优选的，本发明的实施例中采用具有音圈电机10的电磁式作动器311。

音圈电机10是一种直接驱动的电磁作动器311，音圈电机10的原理为采用洛伦兹力原理，即通电导线置于磁场中，便会产生相应的电磁力；通过改变电机磁场中线圈电流的大小和流向，就可以相应的改变音圈电机10洛伦兹力的大小和方向。

由此，音圈电机10具有高响应速度的优势，并且音圈电机10使用时不会产生相位的滞后，并且其紧凑的结构和体积、无限的分辨率、控制起来简单和良好的电流推力特性等优越的性能，使音圈电机10更适合于诸如主动减振控制的高速响应场合。

综上，执行模块31包括作动器311，作动器311采用音圈电机10，由此可以实现振动力的快速提供，并且通过对于作动器311的振动力的检测，可以实现音圈电机10产生的振动力的快速调节。响应速度快，同时其产生的相位无滞后性，控制简单，无限的分辨率，体积紧凑，并且电流推力良好。

根据本发明实施例的一种振动模拟控制方法，包括如下控制步骤：

在需要X方向直线振动时，开启至少一个X方向作动器3111；

在该步骤中，即需要在X方向的提供振动力时，可以通过开启至少一个X方向作动器3111提供振动力，也就是说，可以通过开启至少一个X方向作动器3111提供X方向的振动力实现连接板1受到X方向的振动力。

在需要Y方向直线振动时，开启至少一个Y方向作动器3112；

在该步骤中，即需要在Y方向的提供振动力时，可以通过开启至少一个Y方向作动器3112提供振动力，也就是说，可以通过开启至少一个Y方向作动器3112提供Y方向的振动力实现连接板1受到Y方向的振动力。

在需要Z方向直线振动时，开启至少一个Z方向作动器3113；

在该步骤中，即需要在Z方向的提供振动力时，可以通过开启至少一个Z方向作动器3113提供振动力，也就是说，可以通过开启至少一个Z方向作动器3113提供Z方向的振动力实现连接板1受到Z方向的振动力。

在需要X方向扭转振动时，开启至少两个Z方向作动器3113，且其中两个Z方向作动器3113的相位相差180度；

在该步骤中，如上文所说，连接板1为矩形板，在其每个边均设有一个Z方向作动器3113，即连接板1上至少设有4个Z方向作动器3113，需要在X方向产生扭转振动时，可以通过开启至少两个Z方向作动器3113产生。

需要注意的时，开启的两个Z方向作动器3113需要具有相位差180度，即如图1中所示的，连接板1的X轴方向上，具有两个前后对应的边，在两个边上均设有一个Z方向作动器3113，则这两个Z方向作动器3113即具有180度的相位差。

相应的，在连接板1的Y轴方向具有两个边，每个边均设有一个Z方向作动器3113，这两个Z方向作动器3113的相位差同样为180度。

需要在X轴方向产生扭转振动力时，需要开启连接板1上在X轴方向的两个边的Z方向作动器3113。

在需要Y方向扭转振动时，开启至少两个Z方向作动器3113，且其中两个Z方向作动器3113的相位相差180度；

在该步骤中，如上文所说，连接板1为矩形板，在其每个边均设有一个Z方向作动器3113，即连接板1上至少设有4个Z方向作动器3113，需要在Y方向产生扭转振动时，可以通过开启至少两个Z方向作动器3113产生。

需压注意的时，开启的两个Z方向作动器3113需要具有相位差180度，即如图1中所示的，连接板1的X轴方向上，具有两个前后对应的边，在两个边上均设有一个Z方向作动器3113，则这两个Z方向作动器3113即具有180度的相位差。

相应的，在连接板1的Y轴方向具有两个边，每个边均设有一个Z方向作动器3113，这两个Z方向作动器3113的相位差同样为180度。

需要在Y轴方向产生扭转振动力时，需要开启连接板1上在Y轴方向的两个边的Z方向作动器3113。

在需要Z方向扭转振动时，开启至少一个X方向作动器3111和至少一个Y方向作动器3112。

在该步骤中，由上文可知，连接板1的相对两边上设有X方向作动器3111，连接板1的另一对相对的两边设有Y方向作动器3112。由此，需要在Z方向实现扭转振动时，需要开启至少一个X方向作动器3111和至少一个Y方向作动器3112，通过至少一个X方向作动器3111和至少一个Y方向作动器3112的配合，在连接板1的Z轴方向提供一个扭转振动力，从而实现连接板1在Z轴方向的扭转振动。

根据本发明实施例的一种振动模拟控制方法，通过控制不同的作动器311对连接板1提供振动力，可以使振动模拟实验台100具有多个方向的振动效果，从而可以对多种振动环境进行模拟。

具体的，本发明实施例的振动模拟实验台100，如图1所示，作动器311包括多个，多个作动器311间隔开设于连接板1。

多个作动器311可以包括：Z方向作动器3113，Z方向作动器3113用于产生沿垂直于连接板1厚度方向的动力。即如图1所示的坐标轴的Z轴方向，当需要模拟的振动力主要为垂直方向的振动力时，可以通过设置多个Z方向作动器3113产生垂直向的振动力。

多个作动器311可以包括X方向作动器3111，X方向作动器3111用于产生沿坐标轴X轴方向的振动力。当需要模拟的振动力主要为X方向时，可以通过多个X方向作动器3111来产生。

多个作动器311可以包括Y方向作动器3112，当需要模拟如图1所示的坐标轴的Y轴方向的振动力时，可以通过Y方向作动器3112，产生Y方向的振动力。

此外，本发明并不限于此，在本发明实施例的振动模拟实验台100中，作动器311是整个闭环控制的指令执行机构。作动器311是能否达到控制目的的关键部件，振动模拟实验台100不但对其出力有要求，还对其频率响应特性有要求。

在具体的控制过程中，振动模拟系统3通过振动加速度传感器将系统状态信息反馈给控制模块，控制模块按系统控制算法向驱动模块施加信号，而后驱动模块接受控制信号并向作动器311实时提供作动能量，以产生振动力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种振动模拟实验台，其特征在于，包括：

连接板，所述连接板用于承载实验标的；

被动减振系统，所述被动减振系统用于支撑所述连接板；

振动模拟系统，所述振动模拟系统包括：

检测模块，所述检测模块用于检测所述连接板的振动信息；

执行模块，所述执行模块用于产生振动力，所述执行模块包括设在所述连接板上的作动器，所述作动器包括分别沿X方向、Y方向、Z方向产生作动力的X方向作动器、Y方向作动器和Z方向作动器；

驱动模块，所述驱动模块与所述执行模块相连以驱动所述执行模块动作；

控制模块，所述控制模块与所述检测模块和所述驱动模块均相连。

2.根据权利要求1所述的振动模拟实验台，其特征在于，所述连接板为矩形，在所述连接板的一相对两边上分别设有所述X方向作动器，在所述连接板的另一相对两边上分别设有所述Y方向作动器，在所述连接板的每一边上均设有所述Z方向作动器。

3.根据权利要求1所述的振动模拟实验台，其特征在于，单个所述作动器的作动力峰值大于900N。

4.根据权利要求1所述的振动模拟实验台，其特征在于，所述检测模块包括分别对应多个所述作动器设置的多个振动加速度传感器。

5.根据权利要求4所述的振动模拟实验台，其特征在于，每个所述振动加速度传感器为ICP加速度传感器。

6.根据权利要求1所述的振动模拟实验台，其特征在于，所述作动器包括音圈电机。

7.基于权利要求1-6中任一项所述的振动模拟控制方法，其特征在于，包括如下控制步骤：

在需要X方向直线振动时，开启至少一个所述X方向作动器；

在需要Y方向直线振动时，开启至少一个所述Y方向作动器；

在需要Z方向直线振动时，开启至少一个所述Z方向作动器；

在需要X方向扭转振动时，开启至少两个所述Z方向作动器，且其中两个所述Z方向作动器的相位相差180度；

在需要Y方向扭转振动时，开启至少两个所述Z方向作动器，且其中两个所述Z方向作动器的相位相差180度；

在需要Z方向扭转振动时，开启至少一个所述X方向作动器和至少一个Y方向作动器。

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