CN112444367B - 一种多振动台并推单轴振动试验控制方法 - Google Patents

一种多振动台并推单轴振动试验控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多振动台并推单轴振动试验控制方法，所述控制方法包括：建立完全相干的比例随机载荷和频率域内试验件系统传递特性的功率谱表达式来构建等效传递函数；根据试验实测结果对等效传递函数进行识别和更新，并实时修正载荷比例系数；根据试验参考谱和识别得到的等效传递函数对各个振动台的驱动信号进行均衡修正；构造控制策略函数并循环上述步骤，直到驱动信号的均衡修正结果达到规定的响应功率谱密度。本发明的优点在于：可以实现完全相干激励均衡控制，使并推同步，并利用传递特性实时更新的特点，提高控制精度，满足加载实时均衡，保证加载精确性，为试验提供安全性保障。

Description

一种多振动台并推单轴振动试验控制方法
技术领域
本发明涉及装备振动研究技术领域，尤其涉及一种多振动台并推单轴振动试验控制方法。
背景技术
在装备振动环境工程研究领域，应用多振动台并推的方式实现单振动台推力能力不足的环境适应性试验研究，是目前该领域可选的一种实现方式；此时，振动台的控制方式多采用MIMO(多输入多输出)的控制方法，然而，该方法的两个特性使得其在并推振动试验控制中存在固有风险；其一是，该方法要求激励信号之间一定是部分独立的，即相干系数在全频带都必须小于1；这样就会导致不同激励的相位差不能受控，严重的情况时各激励完全反向，导致试验产品或者试验设备出现异常或者损坏；其二是，不能实现传递特性的实时识别与更新，只能在低量级自检过程完成传递特性识别并应用于正式试验量级，这样，当试验产品在振动激励下发生动力学特性变化时，会出现错误均衡导致试验失控。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种多振动台并推单轴振动试验控制方法，解决了现有控制方法存在的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种多振动台并推单轴振动试验控制方法，所述控制方法包括：
建立完全相干的比例随机载荷和频率域内试验件系统传递特性的功率谱表达式来构建等效传递函数；
根据试验实测结果对等效传递函数进行识别和更新，并实时修正载荷比例系数；
根据试验参考谱和识别得到的等效传递函数对各个振动台的驱动信号进行均衡修正；
构造控制策略函数并循环上述步骤，直到驱动信号的均衡修正结果达到规定的响应功率密度。
所述建立完全相干的比例随机载荷和频率域内试验件系统传递特性的功率谱表达式来构建等效传递函数包括：
根据随机振动控制均衡理论生成完全相干的多个低量级随机振动信号的功率谱密度GNi(f)，得到载荷比例系数ci(f)＝GNi(f)/GN1(f)和相干系数
Figure BDA0002844540650000011
通过载荷xi(t)和yi(t)激励试验产品并测试个激励和控制点响应GXi(f)与GYi(f)，进而得到等效传递函数
Figure BDA00028445406500000212
并完成等效传递函数
Figure BDA00028445406500000213
和载荷比例系数ci(f)的初始识别。
所述根据试验实测结果对等效传递函数进行识别和更新，并实时修正载荷比例系数包括：
判断实测的载荷比例系数差ei(f)和εc(f)的大小关系；
如果ei(f)＜εc(f)，则用试验参考谱的低量值GRL(f)和所述等效传递函数
Figure BDA0002844540650000021
Figure BDA0002844540650000022
初始识别结果生成驱动信号的初始均衡
Figure BDA0002844540650000023
如果ei(f)≥εc(f)，则通过均衡算法ci(f)＝ci(f)±k1ei(f)对载荷比例系数ci(f)进行均衡修正。
所述构造控制策略函数并循环上述步骤，直到驱动信号的均衡修正结果达到规定的响应功率密度包括：
通过载荷
Figure BDA0002844540650000024
和
Figure BDA0002844540650000025
激励试验产品并测试个激励和控制点响应
Figure BDA0002844540650000026
和
Figure BDA0002844540650000027
建立控制策略函数
Figure BDA0002844540650000028
完成载荷比例系数ci(f)的再次识别和控制谱允差
Figure BDA0002844540650000029
的识别；
对控制谱进行判断，修正后继续对载荷比例系数进行判断；
对试验量级进行判断。
所述对控制谱进行判断，修正后继续对载荷比例系数进行判断包括：
A1、判断控制谱允差eG(f)和当前量级下控制谱偏差允许值εG(f)的大小关系，如果eG(f)＜εG(f)，则进入对试验量级进行判断的步骤，否则控制驱动均衡GRL(f)＝GRL(f)±k2eG(f)修正后执行A2步骤；
A2、判断载荷比例系数偏差
Figure BDA00028445406500000214
是否小于载荷比例系数偏差允许值εc(f)，如果是，则对试验量级进行判断的步骤；否则进行载荷比例系数均衡
Figure BDA00028445406500000210
修正。
所述对试验量级进行判断包括：
B1、设置此阶段的试验量级偏差
Figure BDA00028445406500000211
并判断eL(f)与量级偏差允许值εR(f)的大小关系；
B2、如果eL(f)＜εR(f)，则执行B3步骤，否则控制驱动均衡GRL(f)＝k4×GRL(f)修正；
B3、判断试验时间是否满足要求，如果满足，则结束；如果不满足，则返回试验参考谱的低量值GRL(f)进行初始均衡。
本发明具有以下优点：一种多振动台并推单轴振动试验控制方法，可以实现完全相干激励均衡控制，使并推同步，并利用传递特性实时更新的特点，提高控制精度，满足加载实时均衡，保证加载精确性，为试验提供安全性保障。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明涉及一种多振动台并推单轴振动试验控制方法，其主要通过构造等效传递函数来实现并推单轴振动状态下试验件系统的传递特性的实时识别和更新，继而达到各振动台驱动信号的均衡修正，以满足并推振动试验的控制要求，即确保控制点的响应功率谱密度与参考谱之间的差在规定的允差范围之内；具体包括以下内容：
S1：基于随机振动控制均衡理论之时域信号生成技术，生成完全相干的多个低量级(比如，一般可选试验量级的-18dB)随机振动信号，其载荷的时间历程为xi(t)，对应的功率谱密度(PSD)为GNi(f)，相互之间的幅值比为ci(f)，相干系数
Figure BDA0002844540650000031
理论上为1；
S2：用载荷xi(t)(GNi(f)，ci(f)，
Figure BDA0002844540650000032
)激励试验产品，并实测各激励和控制点响应GXi(f)，GYi(f),完成等效传递函数
Figure BDA0002844540650000033
和载荷比例系数ci(f)的初始识别；
S3：载荷比例系数ci(f)的均衡修正，均衡算法的一种形式为ci(f)＝ci(f)±k1ei(f)，k1是(0，1)之间的任意系数，ei(f)为实测达到的载荷比例系数差；
其中，di(f)＝GXi(f)/GX1(f)表示频域下的激励幅值；ei(f)＝|di(f)-ci(f)|。
S4：驱动信号初始均衡：用试验参考谱(试验条件)的低量级值GRL(f)(比如一般可选试验量级的-15dB)和上述获得的等效传递函数
Figure BDA0002844540650000041
初始识别结果，生成驱动信号的初始均衡
Figure BDA0002844540650000042
Figure BDA0002844540650000043
S5：通过载荷
Figure BDA00028445406500000416
(如
Figure BDA0002844540650000044
ci(f)，
Figure BDA0002844540650000045
)和
Figure BDA00028445406500000417
激励试验产品并测试个激励和控制点响应
Figure BDA0002844540650000046
和
Figure BDA0002844540650000047
建立控制策略函数
Figure BDA0002844540650000048
完成载荷比例系数ci(f)的再次识别和控制谱允差
Figure BDA0002844540650000049
的识别；
S6、对控制谱进行判断，修正后继续对载荷比例系数进行判断；
进一步地，A1、判断控制谱允差eG(f)和当前量级下控制谱偏差允许值εG(f)的大小关系，如果eG(f)＜εG(f)，则进入对试验量级进行判断的步骤，否则控制驱动均衡GRL(f)＝GRL(f)±k2eG(f)修正后执行A2步骤；
A2、判断载荷比例系数偏差
Figure BDA00028445406500000410
是否小于载荷比例系数偏差允许值εc(f)，如果是，则对试验量级进行判断的步骤；否则进行载荷比例系数均衡
Figure BDA00028445406500000411
修正。
其中，
Figure BDA00028445406500000412
表示频域下的激励幅值；
Figure BDA00028445406500000413
控制谱允差用dB描述，如±3dB，
Figure BDA00028445406500000414
则A比B增加了3dB的量级。
S7、对试验量级进行判断。
进一步地，B1、设置此阶段的试验量级偏差
Figure BDA00028445406500000415
并判断eL(f)与量级偏差允许值εR(f)的大小关系；
B2、如果eL(f)＜εR(f)，则执行B3步骤，否则控制驱动均衡GRL(f)＝k4×GRL(f)修正，，k4为(1，1.4)之间的常数(比如按照+3dB量级增加)；
B3、对试验时间Time进行判定，判断试验时间是否满足Time≥TR的要求，如果满足，则结束；如果不满足，则返回试验参考谱的低量值GRL(f)进行初始均衡。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种多振动台并推单轴振动试验控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：
建立完全相干的比例随机载荷和频率域内试验件系统传递特性的功率谱表达式来构建等效传递函数；具体包括：
根据随机振动控制均衡理论生成完全相干的多个低量级随机振动信号的功率谱密度GNi(f)，得到载荷比例系数ci(f)＝GNi(f)/GN1(f)和相干系数
Figure FDA0003882925070000011
通过载荷xi(t)和yi(t)激励试验产品并测试个激励和控制点响应GXi(f)与GYi(f)，进而得到等效传递函数
Figure FDA0003882925070000012
并完成等效传递函数
Figure FDA0003882925070000013
和载荷比例系数ci(f)的初始识别；
根据试验实测结果对等效传递函数进行识别和更新，并实时修正载荷比例系数；具体包括：
判断实测的载荷比例系数差ei(f)和载荷比例系数偏差允许值εc(f)的大小关系；其中，ei(f)＝|Di(f)-ci(f)|，di(f)＝GXi(f)/GX1(f)表示频域下的激励幅值；
如果ei(f)＜εc(f)，则用试验参考谱的低量值GRL(f)和所述等效传递函数
Figure FDA0003882925070000014
Figure FDA0003882925070000015
初始识别结果生成驱动信号的初始均衡
Figure FDA0003882925070000016
如果ei(f)≥εc(f)，则通过均衡算法ci(f)＝ci(f)±k1ei(f)对载荷比例系数ci(f)进行均衡修正；
根据试验参考谱和识别得到的等效传递函数对各个振动台的驱动信号进行均衡修正；
构造控制策略函数并循环上述步骤，直到驱动信号的均衡修正结果达到规定的响应功率谱密度。
2.根据权利要求1所述的一种多振动台并推单轴振动试验控制方法，其特征在于：所述构造控制策略函数并循环上述步骤，直到驱动信号的均衡修正结果达到规定的响应功率密度包括：
通过载荷
Figure FDA0003882925070000017
和
Figure FDA0003882925070000018
激励试验产品并测试各激励和控制点响应
Figure FDA0003882925070000019
和
Figure FDA00038829250700000110
建立控制策略函数
Figure FDA00038829250700000111
完成载荷比例系数ci(f)的再次识别和控制谱允差
Figure FDA00038829250700000112
的识别，其中，
Figure FDA00038829250700000113
表示激励和控制点响应；
对控制谱进行判断，修正后继续对载荷比例系数进行判断；
对试验量级进行判断。
3.根据权利要求2所述的一种多振动台并推单轴振动试验控制方法，其特征在于：所述对控制谱进行判断，修正后继续对载荷比例系数进行判断包括：
A1、判断控制谱允差eG(f)和当前量级下控制谱偏差允许值εG(f)的大小关系，如果eG(f)＜εG(f)，则进入对试验量级进行判断的步骤，否则控制驱动均衡GRL(f)＝GRL(f)±k2eG(f)修正后执行A2步骤；
A2、判断载荷比例系数偏差
Figure FDA0003882925070000023
是否小于载荷比例系数偏差允许值εc(f)，如果是，则对试验量级进行判断的步骤；否则进行载荷比例系数均衡
Figure FDA0003882925070000021
修正。
4.根据权利要求3所述的一种多振动台并推单轴振动试验控制方法，其特征在于：所述对试验量级进行判断包括：
B1、设置此阶段的试验量级偏差
Figure FDA0003882925070000022
并判断eL(f)与量级偏差允许值εR(f)的大小关系；
B2、如果eL(f)＜εR(f)，则执行B3步骤，否则控制驱动均衡GRL(f)＝k4×GRL(f)修正，其中，k4为(1，1.4)之间的常数；
B3、判断试验时间是否满足要求，如果满足，则结束；如果不满足，则返回试验参考谱的低量值GRL(f)进行初始均衡。
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