振動臺衝擊響應生成方法
2023-07-30 02:30:11 2
專利名稱：振動臺衝擊響應生成方法
技術領域：
本發明涉及振動臺控制技術，具體說就是一種振動臺衝擊響應生 成方法。
(二)
背景技術：
為了保證產品承受非重複性機械衝擊的適應性，許多產品在出廠 前都需要經受衝擊試驗的考核，尤其是軍用設備。衝擊試驗的目的主 要是用來確定元件、設備在使用和運輸過程中經受非多次重複的機械 衝擊的適應性，以及評價結構的完好性，其次還可以用於微電子器件 的內強度試驗。繼電器等開關類器件更容易受到衝擊的影響，圓軍標
65B對繼電器有詳細規定，當繼電器按國軍標360A中方法213規定 的條件A 、 B或C進行試驗時，閉合觸點的斷開不得超過10us，斷 開觸點的閉合或橋接不得超過lus，不允許有機械或電氣損壞現象。
電動式振動臺是目前使用最廣泛的一種振動測試設備。電動式振 動臺的頻率範圍寬，小型振動臺頻率範圍為0-10kHz;動態範圍寬， 易於實現自動或手動控制，加速度波形良好，適合產生隨機波，可得 到很大的加速度。雖然振動臺不如衝擊機產生的衝擊加速度大，但由 于振動臺良好的可控性，可以產生更符合標準的衝擊響應。
衝擊振動控制就是依據振動系統特性，針對設定的衝擊波參數通 過適當的算法產生控制信號，激勵電動式振動臺再現設定的衝擊波 形。方法213中規定的是一種復現衝擊波形方法，是時域波形在振動 臺上的再現。針對時域波形控制，傳統方法是採用波形幅值均衡法和 傳遞函數均衡法，此類方法對所模擬的典型衝擊脈衝時域波形進行修 正及控制，利用數字式控制方法實現對振動臺控制點處的衝擊響應信 號的精確控制。在控制過程中，不斷修正時域波形的幅值、延遲時間 等相關參數或不斷確定試驗系統的傳遞函數，再利用規定波形的傅裡 葉變換得到新的驅動波形信號，從而完成多次重複的、閉環的修正過程。此類方法是通過實時試驗並修正控制信號的方法實現衝擊響應， 一方面，此類方法過程繁瑣並需要傅立葉變換、閉環控制等，整個控 制系統對硬體的要求被提高；另一方面，在衝擊試驗修正的過程中，
模擬衝擊波形的一些參數，如幅值、時間延遲等將受到噪聲和設備等 因素的影響發生變化，雖然衝擊波形滿足預期要求，但是不能保證在 衝擊試驗中衝擊產生時，每一次的驅動信號都相同，這樣會對實驗結 果引入無法量化的擾動。
對振動臺實現良好的控制，得到其傳遞函數是非常關鍵的，但是 目前對振動臺參數的辨識研究較少，只有一些基於測量頻率特性而估 計參數的研究方法，且操作繁瑣，不利於工程應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種所生成的衝擊響應具有利用系統資 源少、每次衝擊下響應一致、可靠性高的振動臺衝擊響應生成方法。
本發明的目的是這樣實現的所述的振動臺衝擊響應生成方法步 驟如下
一、 分析振動臺的力學模型，得到其理論傳遞函數；根據理論傳 遞函數推導其離散傳遞函數，進而確定其零極點個數；
二、 根據辨識波形圖所示形式作為振動臺輸入信號，通過振動臺 控制驅動系統加載到振動臺；
三、 加速度信號作為輸出從振動臺檯面上的加速度傳感器輸出到 可存儲波形的示波器，示波器同時記錄振動臺輸入信號；
四、 將上一步輸入輸出數據保存至上位機，利用Matlab系統辨 識工具箱的信號處理工具處理輸入輸出數據；
五、 在Matlab系統辨識辨識工具箱中選擇ARX模型，零極點個
數按第二步結果選擇；
六、 進行系統辨識，如果辨識結果與實際波形擬合不好，改變第 四步信號處理時濾波環節的閥值，直至擬合成功(擬合度超過60% 可認定擬合成功)，擬合成功會得到振動臺的離散傳遞函數；
七、 通Matlab的d2c命令將離散傳遞函數轉換成連續傳遞函數；八、 通過理論模型形式修正系統辨識的結果，用數值代替原有參
數；
九、 將數據導入simulink參數估計，模型應用理論模型，參數初 值採用上步獲得數值；
十、進行參數估計，如果估計不收斂，改變迭代規則，直至計算 收斂，最終得到接近真實模型的傳遞函數；
i^一、根據得到的傳遞函數，在simulink中進行PID仿真計算， 直至其生成符合國軍標規定的波形復現法的衝擊響應；
十二、將仿真結果應用到實際，開環控制即滿足要求；也可以將 PID參數應用到閉環控制中，最終生成符合國軍標要求的衝擊響應。
本發明提供一種振動臺衝擊響應生成方法，該方法可以得到振動 臺準確的傳遞函數；在得到傳遞函數的情況下，通過仿真可得到理想 的控制方法；本發明生成的衝擊響應嚴格符合國軍標要求，並具有利 用系統資源少，每次衝擊下響應一致，可靠性高的特點。
(四)
圖l為本發明的辨識波形圖2為本發明的系統辨識流程圖3為本發明的振動臺控制驅動系統結構方框圖4為本發明的電動式振動臺等效參數模型圖5為本發明的6ms寬半正弦衝擊輸入和輸出響應圖6為本發明的辨識出的衝擊的仿真輸出與實際輸出圖7為本發明的模型的PID控制方框圖8為本發明的開環控制的輸出與輸入圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。
實施例1:結合圖1、圖2，本發明一種振動臺衝擊響應生成方 法，所述的衝擊響應生成方法步驟如下
一、分析振動臺的力學模型，得到其理論傳遞函數；根據理論傳 遞函數推導其離散傳遞函數，進而確定其零極點個數；二、 根據辨識波形圖(圖l)所示形式作為振動臺輸入信號，通
過振動臺控制驅動系統加載到振動臺；
三、 加速度信號作為輸出從振動臺檯面上的加速度傳感器輸出到 可存儲波形的示波器，示波器同時記錄振動臺輸入信號；
四、 將上一步輸入輸出數據保存至上位機，利用Matlab系統辨 識工具箱的信號處理工具處理輸入輸出數據；
五、 在Matlab系統辨識辨識工具箱中選擇ARX模型，零極點個 數按第二步結果選擇；
六、 進行系統辨識，如果辨識結果與實際波形擬合不好，改變第 四步信號處理時濾波環節的閥值，直至擬合成功(擬合度超過60% 可認定擬合成功)，擬合成功會得到振動臺的離散傳遞函數；
七、 通Matlab的d2c命令將離散傳遞函數轉換成連續傳遞函數；
八、 通過理論模型形式修正系統辨識的結果，用數值代替原有參
數；
九、 將數據導入simulink參數估計，模型應用理論模型，參數初 值採用上步獲得數值；
十、進行參數估計，如果估計不收斂，改變迭代規則，直至計算 收斂，最終得到接近真實模型的傳遞函數；
十一、根據得到的傳遞函數，在simulink中進行PID仿真計算， 直至其生成符合國軍標規定的波形復現法的衝擊響應要求；
十二、將傳真結果應用到實際，開環控制即滿足要求；也可以將 PID參數應用到閉環控制中，最終生成符合國軍標要求的衝擊響應。
實施例2，結合圖l、圖2、圖3、圖4、圖5，本發明振動臺衝 擊響應生成方法，具體實施步驟如下
選擇生成衝擊的振動臺是某國產小型電動式振動臺。
第一步，分析振動臺的力學模型，得到其理論傳遞函數；根據理論傳
遞函數推導其離散傳遞函數，進而確定其零極點個數；(結合圖3)
□"。,+化+"e (2)
=肌=祝， (3)
0D []
F = 5￡/。=附x+cx十Ax (4)
式中^一輸入電壓；Z。一濾波器等效電感；C。一濾波器等效電容； i ,一濾波器等效電阻；^一線圈電流；"。一線圈電壓；等效電阻； 丄一等效電感；5—氣隙磁密；F —電動力；電樞和工作檯質量； c—阻尼比；yt—彈性係數；x—臺面位移；/一電樞等效長度；"。一 振動臺等效電壓；/。一驅動電流。
通常情況下可忽略模型中濾波器作用，將式(3)、 (4)代入式(2)
中，可得
W =——XH--XH--XH--X
" 說 放 說 說
經拉氏變換，可得輸入電壓"。與振動加速度x的傳遞函數G(力
剛=見-^-r (6)
w。 0) (Ly+i )(ms^ + cs+A:)+s 將式(6)轉換成零極點表示形式
G(s) =-^- (7)
系統連續傳函為三階，同時含有三個極點和三個零點。為滿足數 字控制的要求，將理論模型的連續傳遞函數轉換為離散傳遞函數，從
而完成系統辨識。採用零階保持器^:串接連續傳函，由z^換得
式中T —採樣時間；a。 = —a3ewK ; a, = a3 (e+ + es'^ ); a2 = —a3(e''r + + ; a3 = (s, - s2)(s2 - - s3);formula see original document page 8得到離散域的零、極點數，主要是目的是獲得極點數，零點個數
為3，極點個數為3。
第二步，根據圖1的波形圖所示形式作為振動臺輸入信號，通過振動
臺控制驅動系統加載到振動臺；
第三步，加速度信號作為輸出從振動臺檯面上的加速度傳感器輸出到 可存儲波形的示波器，示波器同時記錄振動臺輸入信號；(結合圖4) 第四步，將上一步輸入輸出數據保存至上位機，利用Matlab系統辨 識工具箱的信號處理工具處理輸入輸出數據；
第五步，在Matlab系統辨識辨識工具箱中選擇ARX模型，零點個數
為3，極點個數為3，延遲選擇l (表示無延遲)；
第六步，進行系統辨識，如果辨識結果與實際波形擬合不好，改變第
四步信號處理時濾波環節的閥值，直至擬合成功(擬合度超過60%
可認定擬合成功)，擬合成功會得到振動臺的離散傳遞函數；(結合圖
formula see original document page 8
第七步，通Matlab的d2c命令將離散傳遞函數轉換成連續傳遞函數；
formula see original document page 8
第八步，通過理論模型形式修正系統辨識的結果，用數值代替原有參 數；
formula see original document page 8(11)
第九步，將數據導入simulink參數估計，模型應用理論模型，參數初 值採用上步獲得數值；第十步，進行參數估計，如果估計不收斂，改變迭代規則，直至計算
收斂，最終得到接近真實模型的傳遞函數；
卿=-n-- (13)
4.8451xl0-、3 +0.028289 +13.6235+1308.7
第H"^—步，根據得到的傳遞函數，在simulink中進行PID仿真計算， 直至其生成符合國軍標規定的波形復現法的衝擊響應要求；(結合圖 6)
第十二步，將傳真結果應用到實際，開環控制即滿足要求；也可以將 PID參數應用到閉環控制中，最終生成符合國軍標要求的衝擊響應。 (結合圖7)
產生一個時間為6 ms的半正弦衝擊，衝擊之後15ms產生了一個 向下的衝擊，這是因為圖8所示是加速度波形，振動臺臺面在衝擊後 會保持靜止，加速度的積分值也就是振動臺臺面的運動速度應為零， 在仿真時PID閉環控制下，使得這個向下的補償衝擊延遲了 15ms， 滿足了國軍標對衝擊的要求。
權利要求
1.一種振動臺衝擊響應生成方法，其特徵在于振動臺衝擊響應生成方法步驟如下一、分析振動臺的力學模型，得到其理論傳遞函數；根據理論傳遞函數推導其離散傳遞函數，進而確定其零極點個數；二、根據辨識波形圖所示形式作為振動臺輸入信號，通過振動臺控制驅動系統加載到振動臺；三、加速度信號作為輸出從振動臺檯面上的加速度傳感器輸出到可存儲波形的示波器，示波器同時記錄振動臺輸入信號；四、將上一步輸入輸出數據保存至上位機，利用Matlab系統辨識工具箱的信號處理工具處理輸入輸出數據；五、在Matlab系統辨識辨識工具箱中選擇ARX模型，零極點個數按第二步結果選擇；六、進行系統辨識，如果辨識結果與實際波形擬合不好，改變第四步信號處理時濾波環節的閥值，直至擬合成功(擬合度超過60％可認定擬合成功)，擬合成功會得到振動臺的離散傳遞函數；七、通過Matlab的d2c命令將離散傳遞函數轉換成連續傳遞函數；八、通過理論模型形式修正系統辨識的結果，用數值代替原有參數；九、將數據導入simulink參數估計，模型應用理論模型，參數初值採用上步獲得數值；十、進行參數估計，如果估計不收斂，改變迭代規則，直至計算收斂，最終得到接近真實模型的傳遞函數；十一、根據得到的傳遞函數，在simulink中進行PID仿真計算，直至其生成符合國軍標規定的波形復現法的衝擊響應要求；十二、將仿真結果應用到實際，開環控制即滿足要求；也可以將PID參數應用到閉環控制中，最終生成符合國軍標要求的衝擊響應。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種所生成的衝擊響應具有利用系統資源少、每次衝擊下響應一致、可靠性高的振動臺衝擊響應生成方法。方法包括分析振動臺的力學模型，得到其理論傳遞函數；根據辨識波形圖所示形式作為振動臺輸入信號，通過振動臺控制驅動系統加載到振動臺；進行系統辨識，根據得到的傳遞函數，在simulink中進行PID仿真計算，直至其生成符合國軍標規定的波形復現法的衝擊響應；將仿真結果應用到實際，開環控制即滿足要求；也可以將PID參數應用到閉環控制中，最終生成符合國軍標要求的衝擊響應。本發明生成的衝擊響應嚴格符合國軍標要求，並具有利用系統資源少，每次衝擊下響應一致，可靠性高的特點。
文檔編號G01M7/02GK101576432SQ200910072258
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月12日 優先權日2009年6月12日
發明者任萬濱, 康雲志, 梁慧敏, 健 王, 翟國富 申請人:哈爾濱工業大學