CN1292511A - 用于振动台的波形控制装置 - Google Patents

Abstract

一种振动台波形控制单元,包括:一个离线补偿波发生器,根据在进行激励之前确定的振动台的颠倒特性和目标波,产生离线补偿波;和一个在线补偿波发生器,根据基于在激励期间的激励波和复制波的数据确定的振动台在激励期间的颠倒特性和目标波,产生在线补偿波,并且在激励期间它把激励波切换到基于来自离线补偿波的在线补偿波的混合补偿波。

Description

用于振动台的波形控制装置

本发明涉及一种可用于装有一个振动台和一个波前控制单元的振动装置，并且涉及一种能产生目标波的实时自适应波形控制装置和方法，并且复制波通过单次激励彼此重合。

以前，为了检查在例如地震期间结构的情况、强度等，已经进行了各种类型的振动试验，并且为此目的，已经使用了振动单元。图12示意表示这种类型振动单元的配置。这种振动单元带有：一个振动台2，随安装在其上的一个要试验物体的试验件223振动；和一个波形控制单元100，控制振动的波形。而且，上述振动台2带有：一个振动台控制部分21，其中输入来自波形控制单元100的输出信号；一个激励机221，向其中输入来自该振动台控制部分21的控制信号；及一个试验件安装平台222，由该激励机221激励。一个振动台激励机构22包括激励机221和平台222。因而，从波形控制单元100发送的一个激励波90的信号转换成用来操作在振动台控制部分21处的激励机221的伺服命令，并且平台222和安装在其上的试验件223通过接收伺服命令信号的激励机221的操作而振动。

这里，激励波90是指输入到振动台2的振动波形，并且为了进行适当的振动试验，必需向振动台2指示激励波90，从而试验件223可以由要实现的特定波形(目标波形)振动。就是说，必须把激励波90设置成具有这样一种波形，从而使从提供在平台222上的一个加速传感器224得到的振动波形(复制波20)与目标波彼此重合。波形控制单元100是一个为产生这样一种适当激励波90而提供的单元。

一般地，在激励波90与复制波20之间的关系能由如下表达式(1)表示为频率(ω)的函数：

Y(ω)=G(ω)·X(ω)    (1)

其中Y(ω)表示复制波20的特性，而X(ω)表示激励波90的特性，及G(ω)表示包括一个试验件223的振动台222的特性(下文，简单地称作振动台的特性)。当该表达式(1)变成用来确定激励波X(ω)的表达式时，求出如下表达式(2)：

X(ω)=G^-1(ω)·Y(ω)    (2)

其中G^-1(ω)是振动台的颠倒特性。在上述波形控制单元100中，使用公式(2)确定激励波X(ω)，从而使复制波Y(ω)与目标波重合。由于把复制波Y(ω)设置成目标波，所以得知，如果确定振动台的颠倒特性G^-1(ω)，则能计算一个适当的激励波X(ω)。

然而，难以直接确定振动台的该颠倒特性G^-1(ω)，因为它随振动台2本身、试验件223、及振动的振幅电平等变化。因而，通常，使用某种试验方法，其中根据当振动单元实际操作时得到的关于激励波90和复制波20的试验数据，计算对于颠倒特性G^-1(ω)的估计值 ${\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)$ 。在常规振动单元中，在振动台2的实际激励期间不进行振动台颠倒特性的这种确定，而是在激励后以离线方式进行它。换句话说，按常规，由通过以前振动试验或初步试验得到的数据预先估计振动台的颠倒特性，并且把估计值用作以后振动试验中的固定值。

图13表示关于波形控制单元100的常规振动单元。在图13中，除振动台2之外的部分形成图12中的波形控制单元100。而且，图13中的虚线表示以离线方式执行的操作。在激励时，从目标波发生器1发射的目标波11传送到一个离线补偿波发生器3，并且目标波11由预先计算的振动台的颠倒特性补偿。就是说，根据来自目标波11的上述表达式(2)和振动台的颠倒特性产生适当的激励波90。实际上，在上述表达式(2)中，对于颠倒特性的估计值 ${\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)$ 用来代替振动台的实际颠倒特性G^-1(ω)。使用更精确的表达式，作为在离线补偿波发生器3中进行的补偿结果得到的波形叫做(离线)补偿波。在该例子中，该补偿波用作激励波90，以按原样传送到振动台2。

产生的激励波90如上所述传送到振动台，并且振动台激励机械部分22在振动台控制部分21的控制下振动。而且，在激励期间的激励波90和复制波20的数据分别记录在一个激励波记录器5和一个复制波记录器6中。在激励结束之后，根据该记录数据，借助于振动台颠倒特性计算器4，如上所述以离线方式确定振动台颠倒特性的估计值40 $\left[{\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)\right]$ ，并且对于未来激励等利用这样的值。

而且，在离线补偿波发生器3中，由一个计算单元32进行基于上述表达式(2)的计算，并且一个傅里叶变换单元31和一个逆傅里叶变换单元33是分别把时间域中的目标波11转换成频率域和把频率域中的补偿波(激励波90)转换成时间域的单元。

图14是其中使用图13中所示波形控制单元100的情况下的流程图，并且它表示从振动台颠倒特性的辨别高至主激励(主试验)的程序。首先，进行通过弱随机波的激励，并且由在该时刻的复制波，确定在其中激励电平(振动的振幅电平)是低的情况下振动台颠倒特性的估计值 ${\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)$ (图14中的步骤S1)。其次，设置初始激励电平(图14中的步骤S2)，并且由通过使用确定的颠倒特性 ${\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)$ 产生的离线补偿波进行激励(步骤S3和S4)。通常，把初始激励电平设置为低电平。

其次，由该激励结果，通过使用特定方法，产生一种其中在使复制波20与目标波11重合的方向上校正上述离线补偿波的重复被偿波(图14中的步骤S5)，并且再进行激励(图14中的步骤S4)。重复该程序，并且判断产生重复补偿波的收敛情形。在其中重复补偿波趋于发散的情况下，由该时刻的数据再次计算颠倒特性的估计值 ${\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)$ (图14中的步骤S6)，并且使用该值从离线补偿波的产生进行重做(图14中的步骤S3)。

重复上述过程，直到复制波20与目标波11彼此足够重合，并且通过使用在该时刻的重复补偿波，进行主激励(图14中的步骤S7)。在该主激励中，在其中激励电平还没有达到希望电平的情况下，根据该时刻的激励结果再次计算颠倒特性的估计值 ${\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)$ ，并且升高激励电平的设置(图14中的步骤S8)，并且重复从离线补偿波的产生的过程(图14中的步骤S3)。结果，如果在一种状态下在该希望电平下进行主激励，则顺序过程结束。

如上所述，在上述波形控制单元100中，在逐渐增大激励电平的同时，重复进行激励，并且通过使用这些结果，在离线模式中确定在主激励必需的激励电平下使复制波20与目标波11彼此足够重合的这种颠倒特性。

然而，最近，希望一个用来进行所谓的单次爆炸破坏试验的振动单元，其中假定在大地震等发生时建筑物破坏。这种单次爆炸破坏试验是一种其中在短时间内对诸如建筑物之类的大尺寸试验件给出高激励电平的振动以破坏试验件的试验。因此，不可能在相同的条件下重复试验，并且进一步，振动台的特性有进因为在一次激励期间的试验件的破坏而改变。因而，对于振动台特性的识别多次激励是必需的，象在上述振动单元中的波形控制单元。并且进一步，有这样一个问题：在激励期间固定使用预先确定的振动台特性的波形控制单元不可能遵循象这样的单次爆炸破坏试验。

因此，本发明的一个主要目的在于，提供一种通过一次激励能使目标波和复制波彼此重合、且能用于其中在激励期间振动台的特性变化的诸如所谓的单次爆炸破坏试验之类的振动试验中的振动台的波形控制单元，及其一种方法。

为了实现上述目的，本发明的一个侧面在于振动台的波形控制单元，其中激励波轮流切换到根据该时刻振动台的颠倒特性确定的补偿波，就是说，其中进行所谓的在线补偿。因此，根据本发明，有可能使目标波与复制波通过一次激励彼此重合，并且有可能应用于其中在激励期间振动台的特性变化的诸如所谓的单次爆炸破坏试验之类的振动试验。

为了实现上述目的，本发明的另一方面是振动台的波形控制单元，它向上述振动台给出这样一种激励波信号，使得激励期间在振动台中复制的复制波与目标波重合，包括：一个离线补偿波发生器，根据上述目标波和在进行激励之前确定的上述振动台的颠倒特性，产生作为上述激励波的离线补偿波；和一个在线补偿波发生器，根据基于上述目标波和对于在所述激励期间特定时刻的上述激励波和上述复制波的数据确定的所述振动台在激励期间的颠倒特性，产生作为所述激励波的在线补偿波，其中在激励期间，把要给到上述振动台的上述激励波切换到一种基于来自所述离线补偿波的所述在线补偿波。

另外，在上述发明中，其一个最佳实施例是振动台的波形控制单元，其中上述在线补偿波发生器在上述激励期间轮流产生上述新在线补偿波，并且根据上述新产生的在线补偿波轮流进行上述激励波至基于在线补偿波的补偿波的切换。

另外，在上述发明中，另一个实施例是振动台的波形控制单元，进一步包括一个用于每种频率加法器，以与该频率相对应的特定速率把上述离线补偿波和上述在线补偿波相加，并且产生这样一种混合补偿波，从而成为在低频域中的上述离线补偿波和成为在高频域中的上述在线补偿波，其中基于上述在线补偿波的补偿波是上述混合补偿波。

更进一步，在上述发明中，另一个实施例是振动台的波形控制单元，进一步包括一个补偿波切换单元，它通过以与切换之后的时间相对应的特定速率把一个在切换之前已经成为上述激励波的补偿波和一个在切换之后成为上述激励波的补偿波相加，产生在切换之后的上述激励波，从而当切换上述激励波时，上述激励波可能平稳地从切换之前的波形变换到切换之后的波形。

另外，在上述发明中，另一个实施例是振动台的波形控制单元，其中以在上述激励之前预先设置的计时进行上述激励波的切换。

更进一步，在上述发明中，另一个实施例是振动台的波形控制单元，其中在上述激励期间对于每个恒定时间进行上述激励波的切换。

更进一步，在上述发明中，另一个实施例是振动台的波形控制单元，其中当在上述激励期间振动台的最新颠倒特性、与用来产生在该时刻已经成为上述激励波的补偿波的振动台的上述颠倒特性之间的增益差超过一个特定值时，进行上述激励波的切换。

更进一步，在上述发明中，另一个实施例是振动台的波形控制单元，其中当从在上述激励期间振动台的最新颠倒特性和用来产生在该时刻已经成为上述激励波的补偿波的上述振动台的颠倒特性的每一个确定的安装在上述振动台上的各个试验件的本征值的差超过一个特定值时，进行上述激励波的切换。

更进一步，在上述发明中，另一个实施例是振动台的波形控制单元，其中把当得到在激励期间用来确定振动台的上述颠倒特性的上述激励波和复制波的数据时的上述特定时间预先设置为这样一个时间，从而对于在上述激励期间每个时刻能够得到频率分量无偏的数据。

为了实现上述目的，本发明的另一个侧面在于，振动单元包括：一个振动台，其中安装要试验的物体的试验件，并且借助于特定波形振动上述试验件；和一个上述振动台的波形控制单元，其中振动台的上述波形控制单元是根据上述发明或其实施例的振动台的波形控制单元。

为了实现上述目的，本发明的另一个侧面在于一种振动台的波形控制方法，该振动台接收这样一种激励波信号以便在激励期间使复制波与目标波重合，并且振动，该方法包括：一个第一步骤，根据在进行激励之前确定的上述振动台的颠倒特性和上述目标波产生成为上述激励波的离线补偿波，并且使上述激励波成为上述离线补偿波；和一个第二步骤，根据基于对于在激励期间特定时刻的上述激励波和上述复制波的数据确定的振动台在激励期间的上述颠倒特性和上述目标波产生成为上述激励波的在线补偿波，并且在激励期间把上述激励波切换到基于上述在线补偿波的补偿波。

从下面描述的本发明的实施例将明白本发明的其他目的和特征。

图1是根据第一实施例对其应用本发明的波形控制单元的方块图；

图2是根据第一实施例的流程图；

图3是表示在加法器8中用于每种频率的处理的一个例子的图；

图4是用来解释在可变增益91、92和一个加法器93中的处理的图；

图5是根据第二实施例的波形控制单元的方块图；

图6是根据第二实施例的切换时间设置单元10的方块图；

图7是根据第二实施例的流程图；

图8是用来解释增益差的绝对值的总和的图；

图9是根据第三实施例的切换时间设置单元10的方块图；

图10是表示一个本征值与一个本征值之差的图；

图11是用来解释数据获得术语ΔT的图；

图12是表示一个振动单元的粗略配置的图；

图13是表示具有给定波形控制单元的常规振动单元的配置的图；及

图14在其中使用波形控制单元的情况下流程图。

下面参照附图将描述本发明的最佳实施例。然而，这些实施例不限制本发明的技术范围。顺便说明，在附图中，通过把相同的标号或字符附加到相同类似的物体上给出描述。

图1是方块图，表示对其应用本发明的波形控制单元的第一实施例。根据本发明第一实施例的一个波形控制单元200是这样一个单元：其中对于每个时刻在激励之前预先设置的激励期间，确定在该时刻的振动台的颠倒特性，并且把激励波切换到根据该颠倒特性产生的补偿波。就是说，它是一个其中在激励期间在每个设置时刻进行在线补偿的单元。

如图1中所示，根据第一实施例的波形控制单元200这样配置，从而一个在线补偿波发生器7、一个用于每种频率的加法器8、一个补偿波切换单元9、一个切换时间设置单元10、及切换单元121、122添加基于图13描述的波形控制单元100上。

图2是图1中所示波形控制单元200的流程图。下面基于图1和图2描述在第一实施例中每部分的激励过程和功能。

首先，在进行主激励之前，类似于在上述有关技术中描述的过程，进行通过弱随机波的激励，并且预先确定由该结果得到的振动台的颠倒特性的估计值 ${\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)$ (图2中的步骤S1)。之后，启动主激励，并且首先，通过使用从上述弱随机波得到的颠倒特性，在一个离线补偿波发生器3中产生离线补偿波30。在主激励的早期阶段，该离线补偿波30成为按原样传送到振动台的激励波90，并且使振动台2振动(图2中的步骤S2)。至此每部分的操作与上述相关技术中描述的内容相同。直到从切换时间设置单元10发出一个切换操作信号12，该状态继续。

切换时间设置单元10是一个发出切换操作信号12的单元，从而可以进行上述在线补偿以切换到激励波90，并且在第一实施例中，根据在激励之前的目标波11的振幅电平预先设置输出该切换操作信号12的时间。当从切换时间设置单元10发出切换操作信号12时(图2中的步骤S3)，在一个振动台颠倒特性计算器4中由记录在一个激励波记录器5和一个复制波记录器6中的激励90和复制波20的数据，确定振动台在该时刻的相特性的估计值40(图2中的步骤S4)。这里，激励波记录器5和复制波记录器6与在上述相关技术中描述的那些相同，并且他们存储对于过去特定时间(ΔT)的激励波90和复制波20的数据。

另外，振动台颠倒特性计算器4也与在上述相关技术中描述的相同，但由于用来确定颠倒特性的激励波90和复制波20的数据是在上述过去特定时间(ΔT)内得到的短数据，所以是熟知方法的AR模型用作用来计算颠倒特性的算法。下面表示该方法。

AR模型由如下表达式(3)表示： $X\left(\mathrm{KT}\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}A\left(m\right)\·X\left((k-m)T\right)+U\left(\mathrm{KT}\right)$

这里，在单轴振动台的情况下，有可能借助于目标波的两变量模型-输入和复制波-输出表示，并因此，X(kT)、A(m)、和U(kT)如下。在三维振动台的情况下，目标波和复制波在每个轴向具有分量，并因此，变量的数量是3或更多，但下面描述的方法是相同的。

A(m)=2×2AR模量矩阵残余向量

其中X(kT)和Y(kT)分别是用时间域表示的激励波和复制波。

通过使用该模型，确认AR模量矩阵，并且通过给出叫做[AKAIKE的FPE规定]的如下表示式(4)的最小值确定其阶。 $\mathrm{FPE}\left(M\right)=(1+\frac{2M+1}{N})\×(1+\frac{2M+1}{N}{)}^{-1}\·E\{u_y^2\left(\mathrm{kT}\right)\}--\left(4\right)$

这里，N表示样本激励波和复制波的数据件数，而k取1，2，3，…，N的值。

其次，在AR模量矩阵A(m)的傅里叶变换B(ω)变换之后，由如下表达式(5)确定谱密度矩阵C(ω)： $=B^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)\·E\{U\left(\mathrm{kT}\right)\·U^t\left(\mathrm{kT}\right)\}\{B*\left(\mathrm{\ω}\right){\}}^{-1}\left(5\right)$

这里，E{}表示期望值计算，并且t表示转置矩阵，而-1表示共轭转置矩阵。因此，通过如下表达式(6)能确定振动台的颠倒特性的估计值 ${\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)$ ^-1(ω)。 ${\tilde{G}}^{-1}\left(\mathrm{\ω}\right)=(\frac{\mathrm{Cxy}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\mathrm{Cxx}\left(\mathrm{\ω}\right)}{)}^{-1}\text{-----}\left(6\right)$

另外，有可能采用把除AR模型之外的方法用作振动台的颠倒特性计算方法的单元。

如上所述，当在振动台颠倒特性计算器4中计算颠倒特性时，在回答来自切换时间设置单元10的切换操作信号12的在线补偿波发生器7中产生一个使用该颠倒特性的在线补偿波70(图2中的步骤S5)。在线补偿波发生器7的结构与离线补偿波发生器3的相同，并且它包括一个傅里叶变换单元71、一个计算单元72、及一个逆傅里叶变换单元73，及为了在计算单元72中产生补偿波，使用上述表达式(2)。因而，在线补偿波发生器7与离线补偿波发生器3的不同之处仅在于，用来产生补偿波的颠倒特性的估计值在激励期间变化。

其次，产生的在线补偿波70传送到用于每种频率的加法器8，并且进行依据频率的与离线补偿波30的相加(图2中的步骤S6)。

如上所述，用来产生在线补偿波70的颠倒特性的估计值40由短时间(ΔT)的数据确定，并因此，低频域的精度比由一次激励总和的数据离线确定的颠倒特性的精度低。因此，进行一种处理，其中来自离线补偿波发生器3的离线补偿波30和来自在线补偿波发生器7的在线补偿波70在分别通过一个低通滤波器81和一个高通滤波器82之后相加。

图3表示在用于每种频率的加法器8中的处理的一个例子。如图中所示，低通滤波器81和高通滤波器82是其中为每种频率设置在离线补偿波30和在线补偿波70相加时的速率(增益：0至1)的滤波器。由于上述原因，这样进行设置，从而只有离线补偿波30用在其中频率足够低的区域中，而只有在线补偿波70用在其中频率足够高的区域中，并且这两者在其边界区域混合。在图3的例子中，在频率与增益之间的关系在上述边界区域中是线性的，但只要该关系是一种其中在低通滤波器81和高通滤波器82中的增益之和(在图3中的a+b)对于每种频率是1的关系，就不必是线性的。

在用于每种频率的加法器8中的相加结果是切换为激励波90的混合补偿波80，而回答上述切换操作信号12，并且它经一个切换单元122传送到补偿波切换单元9。切换单元122对于上述切换操作信号12的每一个切换，并且它把在用于每种频率的加法器8中产生的混合补偿波80交替地输出到一个存储器单元94或一个存储器单元95(在图2中的步骤S7)。在另一方面，切换单元121是一个用来切换在线补偿波70的使用／不使用的开关，并且在当不使用在线补偿波70时在激励刚启动等之后的情况下它设置在终端A侧，而在当使用在线补偿波70时的情况下它设置在终端B侧。因而，在当发出第一切换操作信号12时的时刻，它从终端A侧切换到终端B侧。

补偿波切换单元9切换激励波90以输出到振动台2，回答来自切换时间设置单元10的切换操作信号12，切换到在用于每种频率的加法器8中通过在线补偿产生的混合波80，并且在该时刻，进行处理，从而激励波90可能平稳地切换到新混合补偿波80。

在存储器单元94、95中，分别记录在切换之前已经作为激波90输出的混合补偿波80、和通过切换操作信号产生的在切换之后成为激励波90的混合补偿波80。在激励开始之后，在当第一切换操作信号12已经发出时的时刻，在上述离线补偿波发生器3中产生的离线补偿波30存储在存储器单元94中，而在用于每种频率的加法器8中产生的混合补偿波80存储在存储器单元95中。当从第二信号向前发出一个切换操作信号时，根据上述切换单元122的操作把新和旧混合补偿波80交替地存储在两个存储器单元中。

当在可变增益91、92中对存储的新和旧混合补偿波80已经分别给出特定增益值之后，在一个加法器93中求和存储的新和旧混合补偿波80，并且产生一个要输出到振动台2的新激励波90(在图2中的步骤S8)。图4是用来解释在可变增益91、92和加法器93中的处理的图。图4(a)表示新和旧混合补偿波80及从加法器93输出的激励波90的波形。另外，图4(b)表示在可变增益91、92中的增益变化。如从图知道的那样，在从切换时间ts(当发出上述切换操作信号时的时刻)起的时间Δt期间(在特定时间内)，根据增益的变化混合新和旧混合补偿波80，并且如图4(a)中所示，要输出的激励波90平稳地变化，从而它可以内插新和旧补偿波的波形。因此，能防止由在切换时的间断变化引起的不良影响。

返回图1，从补偿波切换单元9输出的新激励波90传送到振动台2，并且由该激励波90引起的振动继续，直到发出下一个切换操作信号12。每当从切换时间设置单元10发出一个切换操作信号12时，进行在上述振动台颠倒特性计算器4中来自颠倒特性理解的操作(图2中的步骤S3至S8)，并且重复他们直到主激励结束。

如上所述，对于每个时刻预先设置，根据第一实施例的波形控制单元掌握振动台在该时刻的颠倒特性，并且通过把基于颠倒特性在线补偿的补偿波用作要求的激励波，有可能通过一次激励使目标波和复制波彼此重合。另外，离线补偿波用在其中在线补偿模式中误差较大的低频域中，而当切换补偿波时，平稳地切换新和旧补偿波，并因此，能进行更适当的振动试验。

其次，将描述本发明的第二实施例。根据第二实施例的波形控制单元近似与第一实施例的单元相同，但它是这样一种单元：其中在所有时刻都进行振动台颠倒持性的掌握计算，并且当颠倒特性的增益变化变得大于一个特定值时，产生一个在线补偿波以切换补偿波。

图5是根据第二实施例的波形控制单元300的方块图。它同图1中所示第一实施例的方块图的不同之处仅在于在振动台颠倒特性计算器4与切换时间设置单元10之间的信号方向，并且进一步，除切换时间设置单元10之外每部分的配置也相同。图6是在第二实施例中的切换时间设置单元10的方块图。另外，图7是第二实施例中的流程图。在图7中，用虚线包围的部分，换句话说，与振动台颠倒特性计算器4中的特性掌握和切换时间设置单元10中的切换操作信号12有关的部分是不同于第一实施例的部分。

下面根据图6和图7将描述与第一实施例的那些不同的内容。与第一实施例的情况不同，振动台颠倒特性计算器4不进行通过来自切换时间设置单元10的切换操作信号12的颠倒特性的计算，但它在激励期间进行所有时刻(或对于每个特定取样时刻)的颠倒特性的计算，并且它把该结果输出到在线补偿波发生器7和切换时间设置单元10(在图7中的步骤S3-1)。另外，通过使用类似于第一实施例的AR模型、和通过使用来自激励波记录器5和复制波记录器6的用于上述ΔT的数据，进行颠倒特性的计算本身。

当在与当前激励波相对应的颠倒特性与在激励期间确定的颠倒特性之差变得大于某一值时，接收颠倒特性的切换时间设置单元10输出一个切换操作信号12。更具体地说，已经用来产生用作当前激励波的补偿波的颠倒特性的估计值 $\tilde{G}$ _old ^-1(ω)、和这时已经发送的颠倒特性的估计值 $\tilde{G}$ _now ^-1(ω)在K个以前设置的频率值下相比较，并且计算其增益之差的绝对值的总和。然后，把计算值与以前设置的特定值相比较(图7中的步骤S3-2)，并且在其中计算值较大的情况下，产生一个切换操作信号12(图7中的步骤S4)。

图8用来解释上述增益差的绝对值的总和。在图8中，虚线和实线分别表示上述当前激励波的颠倒特性的估计值 $\tilde{G}$ _old ^-1(ω)和上述确定颠倒特性的估计值 $\tilde{G}$ _now ^-1(ω)另外，ω₁，ω₂，…ω_k表示上述K个频率值，而ΔG₁，ΔG₂，…ΔG_K表示在这些频率下估计值 $\tilde{G}$ _old ^-1(ω)与估计值 $\tilde{G}$ _now ^-1(ω)之差。这里，上述增益差的绝对值的总和是由图8中描述的如下表达式(7)确定的ΔG值。

ΔG=|ΔG₁|+|ΔG₂|+．．．．．+|ΔG_K|    (7)

切换时间设置单元10的内部配置如图6中所示，并且从振动台颠倒特性计算器4发送的颠倒特性的估计值 $\tilde{G}$ _now ^-1(ω)经切换单元101记录在记录器102、103任一个中。在其他记录器中，记录当前补偿波的颠倒特性的估计值 $\tilde{G}$ _old ^-1(ω)在增益差计算器1041至104K中，计算在上述K个频率值下记录在记录器102、103中的估计值 $\tilde{G}$ _now ^-1(ω)与估计值 $\tilde{G}$ _old ^-1(ω)之间的增益差，并且在绝对值计算单元1051至105K中计算该结果的绝对值，而此后，他们由一个加法器106求和。增益差的总和ΔG在一个比较器107中与由一个特定增益设置单元108确定的值Gs相比较，并且如上所述，当ΔG变得较大时，产生一个切换操作信号12。每当颠倒特性的新估计值40从振动台颠倒特性计算器4发送时，切换单元101被切换，并且重复上述操作。

在已经产生一个切换操作信号12之后，如在第一实施例中描述的那样，产生一个在线补偿波70，并且进行补偿波的切换。如上所述，在第二实施例中，类似于第一实施例的情况，通过进行在线补偿，有可能通过一次激励使目标波与复制波彼此重合，但有这样一种特性：进行在线补的计时由颠倒特性的增益的变化量确定。更具体地说，每当变化变得较大时，进行至新补偿波的切换。因而，在根据本实施例的波形控制单元中，不必在主激励之前预先设置补偿波的切换时间，并且在难以预先估计切换时间的情况下它是有效的。另外，由于主要仅通过增益的相加和相减进行切换时间的确定，所以实施也较容易。

其次将描述本发明的第三实施例。本实施例是这样一个单元，其中根据从振动台颠倒特性检测的试验件的本征值(自然频率)的变化量(Δω)，确定补偿波的切换操作信号的输出计时，并且它与第二实施例中的单元的不同之处仅在于切换时间设置单元10的内部配置。因而，在本实施例中的波形控制单元的总方块图与图5中所示第二实施例的方块图相同，并且进一步，总处理的流程也是其中在图7中所示流程图的步骤S3-2中ΔG由Δω代替的流程。

图9是在第三实施例的波形控制单元中的切换时间设置单元10的方块图。下面将描述第三实施例中的特征部分。在本实施例中，在振动台颠倒特性计算器4中也在所有时刻预先计算颠倒特性的估计值40，并且每个时刻，把该值发送到切换时间设置单元10。颠倒特性的发送估计值 $\tilde{G}$ _now ^-1(ω)经切换单元101记录在记录器102、103的任一个中，类似于第二实施的情况。在其他记录器中，记录当前补偿波的颠倒特性的估计值 $\tilde{G}$ _old ^-1(ω)其次，在本征值计算器1011、1012中，由颠倒特性的估计值 $\tilde{G}$ _now ^-1(ω)和 $\tilde{G}$ _old ^-1(ω)计算在每种情况下的试验件的本征值。

图10表示在一个本征值与一个本征值之间的差。在图10中，虚线表示上述 $\tilde{G}$ _old ^-1(ω)0而实线表示上述 $\tilde{G}$ _now ^-1(ω)并且两个本征值(自然频率)由ω_Nold和ω_Nnow表示。其次，两个计算本征值之差的绝对值(在图10中的Δω)由一个减法器1013和一个绝对值计算单元1014计算。其公式是在图10中描述的如下表达式(8)：

Δω=|ω_Nnow-ω_Nold |    (8)

在一个比较器1015中把本征值的计算差值Δω与由特定值设置单元1016设置的值ωs相比较，并且在当它大于设置值ωs的情况下，输出一个用来更新颠倒特性的估计值的切换操作信号12。因此，类似于第一和第二实施例的情形，产生一个在线补偿波70，并且进行补偿波的切换。

如上所述，在第三实施例中，在激励期间所有时刻掌握振动台的颠倒特性，并且在当由此检测的试验件的本征值变化成为一个特定值或更大时的情况下，进行在线补偿，从而目标波和复制波可以通过一次激励彼此重合。另外，在这种情况下，类似于第二实施例，不必预先进行切换时间的设置。另外，通过在用来确定切换时间的颠倒特性的估计中使用本征值，有可能精确地掌握在激励期间振动台的颠倒特性的变化，并且与其中仅比较增益的第二实施例相比，高精度估计是可能的。

其次，将描述本发明的第四实施例。第四实施例是这样一个单元，其中在激励期间对于每个恒定时间在所有时刻都产生在线补偿波以切换补偿波。因而，用来指示补偿波切换时间的切换时间设置单元10是多余的，并因此，根据第四实施例的波形控制单元的方块图是其中从图1或图5中所示的方块图中省去切换时间设置单元10的方块图。

在本实施例的波形控制单元中，振动台颠倒特性计算器4、在线补偿波发生器7、用于每种频率的加法器8、及补偿波切换单元9在每个恒定时间内操作，并且每个时刻，通过产生的在线补偿波70进行补偿波的切换。每部分的操作与在第一实施例中描述的内容相同。另外，总处理的流程也与图2中所示的处理流程相同，并且在每个恒定时间内完成切换操作信号12的产生(步骤S3)，及每一次，重复图中的步骤S4至S8。

在根据第四实施例的波形控制单元中，也有可能通过一次激励使目标波与复制波彼此重合，因为在所有时刻都进行在线补偿。另外，通过以较短的恒定间隔进行补偿波的切换，它也能应用于其特性逐渐变化的试验件的振动试验。

其次，将描述本发明的第五实施例。本实施例是这样一个单元，其中用来掌握振动台颠倒特性的激励波和复制波的数据的获得项(上述的ΔT)是可变的，并且预先设置每个时刻的获得项ΔT。本实施例能应用于至今描述的所有实施例。

图11是用来解释第五实施例中的上述数据获得项ΔT的图。图11(a)举例说明其中ΔT是常数的情形。另外，图11(b)和图11(c)分别表示在图11(a)的时刻k、k′得到的数据的频率分布。如从图明白的那样，在时刻k得到的数据(部分1的(ΔT1))包含足够的频带，但在时刻k′得到的数据(部分2的(ΔT2))不包含高频带。因此，在时刻k，能正确地掌握颠倒特性，而在时刻k′，不能正确地掌握颠倒特性。因而，当ΔT是常数时，有这样一些情形，其中频率分量的偏差存在于得到的数据中，这引起颠倒特性计算中的问题。

为了保证在得到的数据中的足够频带，必须使ΔT较长，但如果ΔT均匀地固定成较长，则大量旧数据可能包含在要得到的数据中，这对于在线补偿是不希望的。因而，如有必要最好适当地改变ΔT。

图11(d)表示其中应用第五实施例的情形，并且它表示其中使ΔT可变到时间(ΔT(k))的一种状态，从而在图11(a)中所示例子中在时刻k＇也能得到适当的数据。图11(e)表示在图11(d)中的部分3中得到的数据的频率分布。通过把ΔT(k′)设置成比其中ΔT是常数的情形长来解决上述问题。另外，由于不必使ΔT(k)在时刻k较长，所以ΔT按原样保持。

因而，希望使ΔT是可变的，但在激励期间难以确定在实时模式中在每个时刻的适当ΔT。因此，在本实施例中，注意目标波是已知的事实，并且在激励之前分析目标波的频率分布，及预先设置每个时刻的适当ΔT，即包括用来掌握颠倒特性所必需的数据的最短时间。特别是，预先确定其值在激励期间依据时间t变化的获得项ΔT(t)。在激励期间，对于激励波记录器5和复制波记录器6中的每个时刻t得到用于ΔT(t)的数据，并且它用来掌握颠倒特性。

如上所述，在第五实施例中，在每个时刻，借助于频率分布的小偏差和利用短时间的数据进行颠倒特性的辨别，从而能提高辨别的准确度。因而，能实现更准确的振动试验。如以上通过利用第一实施例到第五实施例描述的那样，对其应用本发明的振动台的波形控制单元，通过利用在激励期间的适当在线补偿进行切换，能通过一次激励使目标波和复制波彼此重合，并且它能应用于所谓的单次爆炸破坏试验。

本发明的保护范围不限于上述实施例，而是它延伸到根据权利要求书和其等效物的发明。

如以上根据附图描述的那样，本发明具有如下效果：

第一，有这样一种效果：通过把在激励期间来自基于在激励之前确定的颠倒特性的离线补偿波的激励波借助于基于在激励期间确定的颠倒特性的在线补偿波切换到补偿波，变得有可能通过一次激励使目标波和复制波彼此重合，并且它有可能应用于其中振动台特性在激励期间变化的振动试验，如所谓的单次爆炸破坏试验。

第二，通过借助于在激励期间又产生的新在线补偿波把在激励期间的激励波轮流切换到转到补偿波，有可能通过一次激励使目标波和复制波彼此更准确地重合。

第三，通过使补偿波借助于要切换成激励波的在线补偿波成为通过以与频率相对应的速率求和离线补偿波和在线补偿波形成的混合补偿波，有可能以小误差在任何频率域中产生补偿波。

第四，有这样一种效果：当切换激励波时，通过平稳地切换用作激励波的新和旧补偿波，能进行更适当的振动试验。

第五，通过以预先设置的计时进行激励波的切换，激励波的适当切换是可能的。

第六，有这样一种效果：通过在激励期间在每个恒定时间内进行激励波的切换，有可能应用于其特性逐渐变化的试验件的振动试验。

第七，通过当在激励期间掌握的颠倒特性的增益变化量变得大于一个特定值时进行激励波的切换，不必在激励之前预先设置切换计时，并且它在难以预先估计切换计时的情况下是有效的。

第八，通过当在激励期间检测的试验件的本征值变化量变得大于一个特定值时进行激励波的切换，不必在激励之前预先设置切换计时，并且进一步，更准确的振动试验是可能的。

第九，有这样一种效果：通过预先设置对于每个时刻在适当长度下用来掌握振动台颠倒特性的激励波和复制波的数据的获得项，以频率分布的较小偏差和利用在激励期间的每个时刻的短时间数据进行颠倒特性的辨别，并且提高辨别的精度。

第十，有这样一种效果：通过使用带有其中能进行在线补偿的振动台的波形控制单元的振动单元，变得有可能进行其中振动台的特性在激励期间变化的振动试验，如所谓的单次爆炸破坏试验。

Claims (19)

1．一种振动台波形控制单元，向所述振动台给出这样一种激励信号，使得在激励期间在振动台中复制的复制波可以与目标波重合，该波形控制单元包括：

一个离线补偿波发生器，根据所述目标波和在进行所述激励之前确定的所述振动台的颠倒特性，产生用作所述激励波的离线补偿波；和

一个在线补偿波发生器，根据基于上述目标波和对于在所述激励期间特定时刻的所述激励波和所述复制波的数据确定的所述振动台在所述激励期间的颠倒特性，产生成为所述激励波的在线补偿波；

其中在所述激励期间把要给到所述振动台的所述激励波切换到一种基于来自所述离线补偿波的所述在线补偿波的补偿波。

2．根据权利要求1所述的振动台波形控制单元，其中

所述在线补偿波发生器在所述激励期间轮流产生新在线补偿波，及

其中根据所述新产生的在线补偿波轮流进行至基于所述激励波的在线补偿波的补偿波的切换。

3．根据权利要求1或权利要求2所述的振动台波形控制单元，进一步包括

一个用于每种频率的加法器，以与频率相对应的特定速率把所述离线补偿波和所述在线补偿波相加，并且产生这样一种混合补偿波，从而成为在低频域中的所述离线补偿波和成为在高频域中的所述在线补偿波，

其中基于所述在线补偿波的补偿波是所述混合补偿波。

4．根据权利要求1所述的振动台波形控制单元，进一步包括一个补偿波切换单元，它以与切换之后的时间相对应的特定速率把一个在切换之前成为所述激励波的补偿波和一个在切换之后成为所述激励波的补偿波相加，并且在切换之后产生所述激励波，从而在切换所述激励波时，所述激励波可能平稳地从切换之前的波形变换到切换之后的波形。

5．根据权利要求1所述的振动台波形控制单元，其中以在所述激励之前预先设置的计时进行所述激励波的切换。

6．根据权利要求1所述的振动台波形控制单元，其中在所述激励期间对于每个恒定时间进行所述激励波的切换。

7．根据权利要求1所述的振动台波形控制单元，其中当在所述激励期间振动台的最新颠倒特性、与用来产生在该时刻成为所述激励波的补偿波的所述振动台的颠倒特性之间的增益差超过一个特定值时，进行所述激励波的切换。

8．根据权利要求1所述的振动台波形控制单元，其中当分别从在所述激励期间振动台的最新颠倒特性和用来产生在该时刻成为所述激励波的补偿波的所述振动台的颠倒特性确定的安装在所述振动台上的每个试验件的本征值之差超过一个特定值时，进行所述激励波的切换。

9．根据权利要求1所述的振动台波形控制单元，其中把当得到在激励期间用来确定振动台的所述颠倒特性的所述激励波和所述复制波的数据时的所述特定时间预先设置为，当对于在所述激励期间每个时刻能够得到频率分量无偏的数据时的这样一个时间。

10．一种振动单元，包括：一个振动台，其中安装要试验的物体的试验件，并且借助于特定波形振动所述试验件；和一个所述振动台的波形控制单元，其中

所述振动台的波形控制单元是根据权利要求1的振动台波形控制单元。

11．一种振动台波形控制方法，该振动台通过接收这样一种激励波信号以便在激励期间使复制波与目标波重合而振动，该方法包括：

一个第一步骤，根据在进行所述激励之前确定的所述振动台的颠倒特性和所述目标波，产生成为所述激励波的离线补偿波，从而所述激励波可以是所述离线补偿波；和

一个第二步骤，根据基于对于在激励期间特定时刻的所述激励波和所述复制波的数据及所述目标波确定的所述振动台在所述激励期间的颠倒特性，产生成为所述激励波的在线补偿波，从而在激励期间把所述激励波切换到基于所述在线补偿波的补偿波。

12．根据权利要求11所述的振动台波形控制方法，其中在所述激励期间进一步重复进行所述第二步骤。

13．根据权利要求11或权利要求12所述的振动台波形控制方法，其中在所述第二步骤中基于所述在线补偿波的补偿波是一种混合补偿波，该混合补偿波通过以与频率相对应的特定速率把所述离线补偿波和所述在线补偿波相加，成为在低频域中的所述离线补偿波和成为在高频域中的所述在线补偿波。

14．根据权利要求11所述的振动台波形控制方法，其中通过以与切换之后的时间相对应的特定速率把一个在切换之前成为所述激励波的补偿波和一个在切换之后成为所述激励波的补偿波相加，产生在所述第二步骤中切换之后的激励波，并且该激励波具有一种能平稳地从切换之前的波形变换到切换之后的波形的波形。

15．根据权利要求11所述的振动台波形控制方法，其中以在所述激励之前预先设置的计时进行所述第二步骤。

16．根据权利要求11所述的振动台波形控制方法，其中在所述激励期间对于每个恒定时间进行所述第二步骤。

17．根据权利要求11所述的振动台波形控制方法，其中当在所述激励期间振动台的最新颠倒特性、与用来产生在该时刻成为所述激励波的补偿波的所述振动台的颠倒特性之间的增益差超过一个特定值时，进行所述第二步骤。

18．根据权利要求11所述的振动台波形控制方法，其中当分别从在所述激励期间振动台的最新颠倒特性和用来产生在该时刻成为所述激励波的补偿波的所述振动台的颠倒特性确定的安装在所述振动台上的每个试验件的本征值之差超过一个特定值时，进行所述第二步骤。

19．根据权利要求11所述的振动台波形控制方法，其中把当在所述第二步骤中得到所述激励波和所述复制波的数据时的所述特定时间预先设置为，当对于在所述激励期间每个时刻能得到频率分量无偏的数据时的这样一个时间。

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