用于振動臺的波形控制裝置的製作方法

2024-02-11 15:35:15

專利名稱：用于振動臺的波形控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可用於裝有一個振動臺和一個波前控制單元的振動裝置，並且涉及一種能產生目標波的實時自適應波形控制裝置和方法，並且複製波通過單次激勵彼此重合。
以前，為了檢查在例如地震期間結構的情況、強度等，已經進行了各種類型的振動試驗，並且為此目的，已經使用了振動單元。

圖12示意表示這種類型振動單元的配置。這種振動單元帶有一個振動臺2，隨安裝在其上的一個要試驗物體的試驗件223振動；和一個波形控制單元100，控制振動的波形。而且，上述振動臺2帶有一個振動臺控制部分21，其中輸入來自波形控制單元100的輸出信號；一個激勵機221，向其中輸入來自該振動臺控制部分21的控制信號；及一個試驗件安裝平臺222，由該激勵機221激勵。一個振動臺激勵機構22包括激勵機221和平臺222。因而，從波形控制單元100發送的一個激勵波90的信號轉換成用來操作在振動臺控制部分21處的激勵機221的伺服命令，並且平臺222和安裝在其上的試驗件223通過接收伺服命令信號的激勵機221的操作而振動。
這裡，激勵波90是指輸入到振動臺2的振動波形，並且為了進行適當的振動試驗，必需向振動臺2指示激勵波90，從而試驗件223可以由要實現的特定波形(目標波形)振動。就是說，必須把激勵波90設置成具有這樣一種波形，從而使從提供在平臺222上的一個加速傳感器224得到的振動波形(複製波20)與目標波彼此重合。波形控制單元100是一個為產生這樣一種適當激勵波90而提供的單元。
一般地，在激勵波90與複製波20之間的關係能由如下表達式(1)表示為頻率(ω)的函數Y(ω)=G(ω)·X(ω)(1)其中Y(ω)表示複製波20的特性，而X(ω)表示激勵波90的特性，及G(ω)表示包括一個試驗件223的振動臺222的特性(下文，簡單地稱作振動臺的特性)。當該表達式(1)變成用來確定激勵波X(ω)的表達式時，求出如下表達式(2)X(ω)=G-1(ω)·Y(ω)(2)其中G-1(ω)是振動臺的顛倒特性。在上述波形控制單元100中，使用公式(2)確定激勵波X(ω)，從而使複製波Y(ω)與目標波重合。由於把複製波Y(ω)設置成目標波，所以得知，如果確定振動臺的顛倒特性G-1(ω)，則能計算一個適當的激勵波X(ω)。
然而，難以直接確定振動臺的該顛倒特性G-1(ω)，因為它隨振動臺2本身、試驗件223、及振動的振幅電平等變化。因而，通常，使用某種試驗方法，其中根據當振動單元實際操作時得到的關於激勵波90和複製波20的試驗數據，計算對於顛倒特性G-1(ω)的估計值G~-1]]>。在常規振動單元中，在振動臺2的實際激勵期間不進行振動臺顛倒特性的這種確定，而是在激勵後以離線方式進行它。換句話說，按常規，由通過以前振動試驗或初步試驗得到的數據預先估計振動臺的顛倒特性，並且把估計值用作以後振動試驗中的固定值。
圖13表示關于波形控制單元100的常規振動單元。在圖13中，除振動臺2之外的部分形成圖12中的波形控制單元100。而且，圖13中的虛線表示以離線方式執行的操作。在激勵時，從目標波發生器1發射的目標波11傳送到一個離線補償波發生器3，並且目標波11由預先計算的振動臺的顛倒特性補償。就是說，根據來自目標波11的上述表達式(2)和振動臺的顛倒特性產生適當的激勵波90。實際上，在上述表達式(2)中，對於顛倒特性的估計值G~-1]]>用來代替振動臺的實際顛倒特性G-1(ω)。使用更精確的表達式，作為在離線補償波發生器3中進行的補償結果得到的波形叫做(離線)補償波。在該例子中，該補償波用作激勵波90，以按原樣傳送到振動臺2。
產生的激勵波90如上所述傳送到振動臺，並且振動臺激勵機械部分22在振動臺控制部分21的控制下振動。而且，在激勵期間的激勵波90和複製波20的數據分別記錄在一個激勵波記錄器5和一個複製波記錄器6中。在激勵結束之後，根據該記錄數據，藉助于振動臺顛倒特性計算器4，如上所述以離線方式確定振動臺顛倒特性的估計值40[G~-1]]]>，並且對於未來激勵等利用這樣的值。
而且，在離線補償波發生器3中，由一個計算單元32進行基於上述表達式(2)的計算，並且一個傅立葉變換單元31和一個逆傅立葉變換單元33是分別把時間域中的目標波11轉換成頻率域和把頻率域中的補償波(激勵波90)轉換成時間域的單元。
圖14是其中使用圖13中所示波形控制單元100的情況下的流程圖，並且它表示從振動臺顛倒特性的辨別高至主激勵(主試驗)的程序。首先，進行通過弱隨機波的激勵，並且由在該時刻的複製波，確定在其中激勵電平(振動的振幅電平)是低的情況下振動臺顛倒特性的估計值G~-1]]>(圖14中的步驟S1)。其次，設置初始激勵電平(圖14中的步驟S2)，並且由通過使用確定的顛倒特性G~-1]]>產生的離線補償波進行激勵(步驟S3和S4)。通常，把初始激勵電平設置為低電平。
其次，由該激勵結果，通過使用特定方法，產生一種其中在使複製波20與目標波11重合的方向上校正上述離線補償波的重複被償波(圖14中的步驟S5)，並且再進行激勵(圖14中的步驟S4)。重複該程序，並且判斷產生重複補償波的收斂情形。在其中重複補償波趨於發散的情況下，由該時刻的數據再次計算顛倒特性的估計值G~-1]]>(圖14中的步驟S6)，並且使用該值從離線補償波的產生進行重做(圖14中的步驟S3)。
重複上述過程，直到複製波20與目標波11彼此足夠重合，並且通過使用在該時刻的重複補償波，進行主激勵(圖14中的步驟S7)。在該主激勵中，在其中激勵電平還沒有達到希望電平的情況下，根據該時刻的激勵結果再次計算顛倒特性的估計值G~-1]]>，並且升高激勵電平的設置(圖14中的步驟S8)，並且重複從離線補償波的產生的過程(圖14中的步驟S3)。結果，如果在一種狀態下在該希望電平下進行主激勵，則順序過程結束。
如上所述，在上述波形控制單元100中，在逐漸增大激勵電平的同時，重複進行激勵，並且通過使用這些結果，在離線模式中確定在主激勵必需的激勵電平下使複製波20與目標波11彼此足夠重合的這種顛倒特性。
然而，最近，希望一個用來進行所謂的單次爆炸破壞試驗的振動單元，其中假定在大地震等發生時建築物破壞。這種單次爆炸破壞試驗是一種其中在短時間內對諸如建築物之類的大尺寸試驗件給出高激勵電平的振動以破壞試驗件的試驗。因此，不可能在相同的條件下重複試驗，並且進一步，振動臺的特性有進因為在一次激勵期間的試驗件的破壞而改變。因而，對于振動臺特性的識別多次激勵是必需的，象在上述振動單元中的波形控制單元。並且進一步，有這樣一個問題在激勵期間固定使用預先確定的振動臺特性的波形控制單元不可能遵循象這樣的單次爆炸破壞試驗。
因此，本發明的一個主要目的在於，提供一種通過一次激勵能使目標波和複製波彼此重合、且能用於其中在激勵期間振動臺的特性變化的諸如所謂的單次爆炸破壞試驗之類的振動試驗中的振動臺的波形控制單元，及其一種方法。
為了實現上述目的，本發明的一個側面在于振動臺的波形控制單元，其中激勵波輪流切換到根據該時刻振動臺的顛倒特性確定的補償波，就是說，其中進行所謂的在線補償。因此，根據本發明，有可能使目標波與複製波通過一次激勵彼此重合，並且有可能應用於其中在激勵期間振動臺的特性變化的諸如所謂的單次爆炸破壞試驗之類的振動試驗。
為了實現上述目的，本發明的另一方面是振動臺的波形控制單元，它向上述振動臺給出這樣一種激勵波信號，使得激勵期間在振動臺中複製的複製波與目標波重合，包括一個離線補償波發生器，根據上述目標波和在進行激勵之前確定的上述振動臺的顛倒特性，產生作為上述激勵波的離線補償波；和一個在線補償波發生器，根據基於上述目標波和對於在所述激勵期間特定時刻的上述激勵波和上述複製波的數據確定的所述振動臺在激勵期間的顛倒特性，產生作為所述激勵波的在線補償波，其中在激勵期間，把要給到上述振動臺的上述激勵波切換到一種基於來自所述離線補償波的所述在線補償波。
另外，在上述發明中，其一個最佳實施例是振動臺的波形控制單元，其中上述在線補償波發生器在上述激勵期間輪流產生上述新在線補償波，並且根據上述新產生的在線補償波輪流進行上述激勵波至基於在線補償波的補償波的切換。
另外，在上述發明中，另一個實施例是振動臺的波形控制單元，進一步包括一個用於每種頻率加法器，以與該頻率相對應的特定速率把上述離線補償波和上述在線補償波相加，並且產生這樣一種混合補償波，從而成為在低頻域中的上述離線補償波和成為在高頻域中的上述在線補償波，其中基於上述在線補償波的補償波是上述混合補償波。
更進一步，在上述發明中，另一個實施例是振動臺的波形控制單元，進一步包括一個補償波切換單元，它通過以與切換之後的時間相對應的特定速率把一個在切換之前已經成為上述激勵波的補償波和一個在切換之後成為上述激勵波的補償波相加，產生在切換之後的上述激勵波，從而當切換上述激勵波時，上述激勵波可能平穩地從切換之前的波形變換到切換之後的波形。
另外，在上述發明中，另一個實施例是振動臺的波形控制單元，其中以在上述激勵之前預先設置的計時進行上述激勵波的切換。
更進一步，在上述發明中，另一個實施例是振動臺的波形控制單元，其中在上述激勵期間對於每個恆定時間進行上述激勵波的切換。
更進一步，在上述發明中，另一個實施例是振動臺的波形控制單元，其中當在上述激勵期間振動臺的最新顛倒特性、與用來產生在該時刻已經成為上述激勵波的補償波的振動臺的上述顛倒特性之間的增益差超過一個特定值時，進行上述激勵波的切換。
更進一步，在上述發明中，另一個實施例是振動臺的波形控制單元，其中當從在上述激勵期間振動臺的最新顛倒特性和用來產生在該時刻已經成為上述激勵波的補償波的上述振動臺的顛倒特性的每一個確定的安裝在上述振動臺上的各個試驗件的本徵值的差超過一個特定值時，進行上述激勵波的切換。
更進一步，在上述發明中，另一個實施例是振動臺的波形控制單元，其中把當得到在激勵期間用來確定振動臺的上述顛倒特性的上述激勵波和複製波的數據時的上述特定時間預先設置為這樣一個時間，從而對於在上述激勵期間每個時刻能夠得到頻率分量無偏的數據。
為了實現上述目的，本發明的另一個側面在於，振動單元包括一個振動臺，其中安裝要試驗的物體的試驗件，並且藉助於特定波形振動上述試驗件；和一個上述振動臺的波形控制單元，其中振動臺的上述波形控制單元是根據上述發明或其實施例的振動臺的波形控制單元。
為了實現上述目的，本發明的另一個側面在於一種振動臺的波形控制方法，該振動臺接收這樣一種激勵波信號以便在激勵期間使複製波與目標波重合，並且振動，該方法包括一個第一步驟，根據在進行激勵之前確定的上述振動臺的顛倒特性和上述目標波產生成為上述激勵波的離線補償波，並且使上述激勵波成為上述離線補償波；和一個第二步驟，根據基於對於在激勵期間特定時刻的上述激勵波和上述複製波的數據確定的振動臺在激勵期間的上述顛倒特性和上述目標波產生成為上述激勵波的在線補償波，並且在激勵期間把上述激勵波切換到基於上述在線補償波的補償波。
從下面描述的本發明的實施例將明白本發明的其他目的和特徵。
圖1是根據第一實施例對其應用本發明的波形控制單元的方塊圖；圖2是根據第一實施例的流程圖3是表示在加法器8中用於每種頻率的處理的一個例子的圖；圖4是用來解釋在可變增益91、92和一個加法器93中的處理的圖；圖5是根據第二實施例的波形控制單元的方塊圖；圖6是根據第二實施例的切換時間設置單元10的方塊圖；圖7是根據第二實施例的流程圖；圖8是用來解釋增益差的絕對值的總和的圖；圖9是根據第三實施例的切換時間設置單元10的方塊圖；圖10是表示一個本徵值與一個本徵值之差的圖；圖11是用來解釋數據獲得術語ΔT的圖；圖12是表示一個振動單元的粗略配置的圖；圖13是表示具有給定波形控制單元的常規振動單元的配置的圖；及圖14在其中使用波形控制單元的情況下流程圖。
下面參照附圖將描述本發明的最佳實施例。然而，這些實施例不限制本發明的技術範圍。順便說明，在附圖中，通過把相同的標號或字符附加到相同類似的物體上給出描述。
圖1是方塊圖，表示對其應用本發明的波形控制單元的第一實施例。根據本發明第一實施例的一個波形控制單元200是這樣一個單元其中對於每個時刻在激勵之前預先設置的激勵期間，確定在該時刻的振動臺的顛倒特性，並且把激勵波切換到根據該顛倒特性產生的補償波。就是說，它是一個其中在激勵期間在每個設置時刻進行在線補償的單元。
如圖1中所示，根據第一實施例的波形控制單元200這樣配置，從而一個在線補償波發生器7、一個用於每種頻率的加法器8、一個補償波切換單元9、一個切換時間設置單元10、及切換單元121、122添加基於圖13描述的波形控制單元100上。
圖2是圖1中所示波形控制單元200的流程圖。下面基於圖1和圖2描述在第一實施例中每部分的激勵過程和功能。
首先，在進行主激勵之前，類似於在上述有關技術中描述的過程，進行通過弱隨機波的激勵，並且預先確定由該結果得到的振動臺的顛倒特性的估計值G~-1]]>(圖2中的步驟S1)。之後，啟動主激勵，並且首先，通過使用從上述弱隨機波得到的顛倒特性，在一個離線補償波發生器3中產生離線補償波30。在主激勵的早期階段，該離線補償波30成為按原樣傳送到振動臺的激勵波90，並且使振動臺2振動(圖2中的步驟S2)。至此每部分的操作與上述相關技術中描述的內容相同。直到從切換時間設置單元10發出一個切換操作信號12，該狀態繼續。
切換時間設置單元10是一個發出切換操作信號12的單元，從而可以進行上述在線補償以切換到激勵波90，並且在第一實施例中，根據在激勵之前的目標波11的振幅電平預先設置輸出該切換操作信號12的時間。當從切換時間設置單元10發出切換操作信號12時(圖2中的步驟S3)，在一個振動臺顛倒特性計算器4中由記錄在一個激勵波記錄器5和一個複製波記錄器6中的激勵90和複製波20的數據，確定振動臺在該時刻的相特性的估計值40(圖2中的步驟S4)。這裡，激勵波記錄器5和複製波記錄器6與在上述相關技術中描述的那些相同，並且他們存儲對於過去特定時間(ΔT)的激勵波90和複製波20的數據。
另外，振動臺顛倒特性計算器4也與在上述相關技術中描述的相同，但由於用來確定顛倒特性的激勵波90和複製波20的數據是在上述過去特定時間(ΔT)內得到的短數據，所以是熟知方法的AR模型用作用來計算顛倒特性的算法。下面表示該方法。
AR模型由如下表達式(3)表示X(KT)=m=1MA(m)X((k-m)T)+U(KT)]]>這裡，在單軸振動臺的情況下，有可能藉助於目標波的兩變量模型-輸入和複製波-輸出表示，並因此，X(kT)、A(m)、和U(kT)如下。在三維振動臺的情況下，目標波和複製波在每個軸向具有分量，並因此，變量的數量是3或更多，但下面描述的方法是相同的。 A(m)=2×2AR模量矩陣 殘餘向量其中X(kT)和Y(kT)分別是用時間域表示的激勵波和複製波。
通過使用該模型，確認AR模量矩陣，並且通過給出叫做[AKAIKE的FPE規定]的如下表示式(4)的最小值確定其階。FPE(M)=(1+2M+1N)(1+2M+1N)-1E{uy2(kT)}--(4)]]>這裡，N表示樣本激勵波和複製波的數據件數，而k取1，2，3，…，N的值。
其次，在AR模量矩陣A(m)的傅立葉變換B(ω)變換之後，由如下表達式(5)確定譜密度矩陣C(ω) =B-1E{U(kT)Ut(kT)}{B*}-1(5)]]>這裡，E{}表示期望值計算，並且t表示轉置矩陣，而-1表示共軛轉置矩陣。因此，通過如下表達式(6)能確定振動臺的顛倒特性的估計值G~-1]]>-1(ω)。G~-1=(CxyCxx)-1-----(6)]]>另外，有可能採用把除AR模型之外的方法用作振動臺的顛倒特性計算方法的單元。
如上所述，當在振動臺顛倒特性計算器4中計算顛倒特性時，在回答來自切換時間設置單元10的切換操作信號12的在線補償波發生器7中產生一個使用該顛倒特性的在線補償波70(圖2中的步驟S5)。在線補償波發生器7的結構與離線補償波發生器3的相同，並且它包括一個傅立葉變換單元71、一個計算單元72、及一個逆傅立葉變換單元73，及為了在計算單元72中產生補償波，使用上述表達式(2)。因而，在線補償波發生器7與離線補償波發生器3的不同之處僅在於，用來產生補償波的顛倒特性的估計值在激勵期間變化。
其次，產生的在線補償波70傳送到用於每種頻率的加法器8，並且進行依據頻率的與離線補償波30的相加(圖2中的步驟S6)。
如上所述，用來產生在線補償波70的顛倒特性的估計值40由短時間(ΔT)的數據確定，並因此，低頻域的精度比由一次激勵總和的數據離線確定的顛倒特性的精度低。因此，進行一種處理，其中來自離線補償波發生器3的離線補償波30和來自在線補償波發生器7的在線補償波70在分別通過一個低通濾波器81和一個高通濾波器82之後相加。
圖3表示在用於每種頻率的加法器8中的處理的一個例子。如圖中所示，低通濾波器81和高通濾波器82是其中為每種頻率設置在離線補償波30和在線補償波70相加時的速率(增益0至1)的濾波器。由於上述原因，這樣進行設置，從而只有離線補償波30用在其中頻率足夠低的區域中，而只有在線補償波70用在其中頻率足夠高的區域中，並且這兩者在其邊界區域混合。在圖3的例子中，在頻率與增益之間的關係在上述邊界區域中是線性的，但只要該關係是一種其中在低通濾波器81和高通濾波器82中的增益之和(在圖3中的a+b)對於每種頻率是1的關係，就不必是線性的。
在用於每種頻率的加法器8中的相加結果是切換為激勵波90的混合補償波80，而回答上述切換操作信號12，並且它經一個切換單元122傳送到補償波切換單元9。切換單元122對於上述切換操作信號12的每一個切換，並且它把在用於每種頻率的加法器8中產生的混合補償波80交替地輸出到一個存儲器單元94或一個存儲器單元95(在圖2中的步驟S7)。在另一方面，切換單元121是一個用來切換在線補償波70的使用／不使用的開關，並且在當不使用在線補償波70時在激勵剛啟動等之後的情況下它設置在終端A側，而在當使用在線補償波70時的情況下它設置在終端B側。因而，在當發出第一切換操作信號12時的時刻，它從終端A側切換到終端B側。
補償波切換單元9切換激勵波90以輸出到振動臺2，回答來自切換時間設置單元10的切換操作信號12，切換到在用於每種頻率的加法器8中通過在線補償產生的混合波80，並且在該時刻，進行處理，從而激勵波90可能平穩地切換到新混合補償波80。
在存儲器單元94、95中，分別記錄在切換之前已經作為激波90輸出的混合補償波80、和通過切換操作信號產生的在切換之後成為激勵波90的混合補償波80。在激勵開始之後，在當第一切換操作信號12已經發出時的時刻，在上述離線補償波發生器3中產生的離線補償波30存儲在存儲器單元94中，而在用於每種頻率的加法器8中產生的混合補償波80存儲在存儲器單元95中。當從第二信號向前發出一個切換操作信號時，根據上述切換單元122的操作把新和舊混合補償波80交替地存儲在兩個存儲器單元中。
當在可變增益91、92中對存儲的新和舊混合補償波80已經分別給出特定增益值之後，在一個加法器93中求和存儲的新和舊混合補償波80，並且產生一個要輸出到振動臺2的新激勵波90(在圖2中的步驟S8)。圖4是用來解釋在可變增益91、92和加法器93中的處理的圖。圖4(a)表示新和舊混合補償波80及從加法器93輸出的激勵波90的波形。另外，圖4(b)表示在可變增益91、92中的增益變化。如從圖知道的那樣，在從切換時間ts(當發出上述切換操作信號時的時刻)起的時間Δt期間(在特定時間內)，根據增益的變化混合新和舊混合補償波80，並且如圖4(a)中所示，要輸出的激勵波90平穩地變化，從而它可以內插新和舊補償波的波形。因此，能防止由在切換時的間斷變化引起的不良影響。
返回圖1，從補償波切換單元9輸出的新激勵波90傳送到振動臺2，並且由該激勵波90引起的振動繼續，直到發出下一個切換操作信號12。每當從切換時間設置單元10發出一個切換操作信號12時，進行在上述振動臺顛倒特性計算器4中來自顛倒特性理解的操作(圖2中的步驟S3至S8)，並且重複他們直到主激勵結束。
如上所述，對於每個時刻預先設置，根據第一實施例的波形控制單元掌握振動臺在該時刻的顛倒特性，並且通過把基於顛倒特性在線補償的補償波用作要求的激勵波，有可能通過一次激勵使目標波和複製波彼此重合。另外，離線補償波用在其中在線補償模式中誤差較大的低頻域中，而當切換補償波時，平穩地切換新和舊補償波，並因此，能進行更適當的振動試驗。
其次，將描述本發明的第二實施例。根據第二實施例的波形控制單元近似與第一實施例的單元相同，但它是這樣一種單元其中在所有時刻都進行振動臺顛倒持性的掌握計算，並且當顛倒特性的增益變化變得大於一個特定值時，產生一個在線補償波以切換補償波。
圖5是根據第二實施例的波形控制單元300的方塊圖。它同圖1中所示第一實施例的方塊圖的不同之處僅在於在振動臺顛倒特性計算器4與切換時間設置單元10之間的信號方向，並且進一步，除切換時間設置單元10之外每部分的配置也相同。圖6是在第二實施例中的切換時間設置單元10的方塊圖。另外，圖7是第二實施例中的流程圖。在圖7中，用虛線包圍的部分，換句話說，與振動臺顛倒特性計算器4中的特性掌握和切換時間設置單元10中的切換操作信號12有關的部分是不同於第一實施例的部分。
下面根據圖6和圖7將描述與第一實施例的那些不同的內容。與第一實施例的情況不同，振動臺顛倒特性計算器4不進行通過來自切換時間設置單元10的切換操作信號12的顛倒特性的計算，但它在激勵期間進行所有時刻(或對於每個特定取樣時刻)的顛倒特性的計算，並且它把該結果輸出到在線補償波發生器7和切換時間設置單元10(在圖7中的步驟S3-1)。另外，通過使用類似於第一實施例的AR模型、和通過使用來自激勵波記錄器5和複製波記錄器6的用於上述ΔT的數據，進行顛倒特性的計算本身。
當在與當前激勵波相對應的顛倒特性與在激勵期間確定的顛倒特性之差變得大於某一值時，接收顛倒特性的切換時間設置單元10輸出一個切換操作信號12。更具體地說，已經用來產生用作當前激勵波的補償波的顛倒特性的估計值G~]]>old-1(ω)、和這時已經發送的顛倒特性的估計值G~]]>now-1(ω)在K個以前設置的頻率值下相比較，並且計算其增益之差的絕對值的總和。然後，把計算值與以前設置的特定值相比較(圖7中的步驟S3-2)，並且在其中計算值較大的情況下，產生一個切換操作信號12(圖7中的步驟S4)。
圖8用來解釋上述增益差的絕對值的總和。在圖8中，虛線和實線分別表示上述當前激勵波的顛倒特性的估計值G~]]>old-1(ω)和上述確定顛倒特性的估計值G~]]>now-1(ω)另外，ω1，ω2，…ωk表示上述K個頻率值，而ΔG1，ΔG2，…ΔGK表示在這些頻率下估計值G~]]>old-1(ω)與估計值G~]]>now-1(ω)之差。這裡，上述增益差的絕對值的總和是由圖8中描述的如下表達式(7)確定的ΔG值。
ΔG=|ΔG1|+|ΔG2|+．．．．．+|ΔGK|(7)切換時間設置單元10的內部配置如圖6中所示，並且從振動臺顛倒特性計算器4發送的顛倒特性的估計值G~]]>now-1(ω)經切換單元101記錄在記錄器102、103任一個中。在其他記錄器中，記錄當前補償波的顛倒特性的估計值G~]]>old-1(ω)在增益差計算器1041至104K中，計算在上述K個頻率值下記錄在記錄器102、103中的估計值G~]]>now-1(ω)與估計值G~]]>old-1(ω)之間的增益差，並且在絕對值計算單元1051至105K中計算該結果的絕對值，而此後，他們由一個加法器106求和。增益差的總和ΔG在一個比較器107中與由一個特定增益設置單元108確定的值Gs相比較，並且如上所述，當ΔG變得較大時，產生一個切換操作信號12。每當顛倒特性的新估計值40從振動臺顛倒特性計算器4發送時，切換單元101被切換，並且重複上述操作。
在已經產生一個切換操作信號12之後，如在第一實施例中描述的那樣，產生一個在線補償波70，並且進行補償波的切換。如上所述，在第二實施例中，類似於第一實施例的情況，通過進行在線補償，有可能通過一次激勵使目標波與複製波彼此重合，但有這樣一種特性進行在線補的計時由顛倒特性的增益的變化量確定。更具體地說，每當變化變得較大時，進行至新補償波的切換。因而，在根據本實施例的波形控制單元中，不必在主激勵之前預先設置補償波的切換時間，並且在難以預先估計切換時間的情況下它是有效的。另外，由於主要僅通過增益的相加和相減進行切換時間的確定，所以實施也較容易。
其次將描述本發明的第三實施例。本實施例是這樣一個單元，其中根據從振動臺顛倒特性檢測的試驗件的本徵值(自然頻率)的變化量(Δω)，確定補償波的切換操作信號的輸出計時，並且它與第二實施例中的單元的不同之處僅在於切換時間設置單元10的內部配置。因而，在本實施例中的波形控制單元的總方塊圖與圖5中所示第二實施例的方塊圖相同，並且進一步，總處理的流程也是其中在圖7中所示流程圖的步驟S3-2中ΔG由Δω代替的流程。
圖9是在第三實施例的波形控制單元中的切換時間設置單元10的方塊圖。下面將描述第三實施例中的特徵部分。在本實施例中，在振動臺顛倒特性計算器4中也在所有時刻預先計算顛倒特性的估計值40，並且每個時刻，把該值發送到切換時間設置單元10。顛倒特性的發送估計值G~]]>now-1(ω)經切換單元101記錄在記錄器102、103的任一個中，類似於第二實施的情況。在其他記錄器中，記錄當前補償波的顛倒特性的估計值G~]]>old-1(ω)其次，在本徵值計算器1011、1012中，由顛倒特性的估計值G~]]>now-1(ω)和G~]]>old-1(ω)計算在每種情況下的試驗件的本徵值。
圖10表示在一個本徵值與一個本徵值之間的差。在圖10中，虛線表示上述G~]]>old-1(ω)0而實線表示上述G~]]>now-1(ω)並且兩個本徵值(自然頻率)由ωNold和ωNnow表示。其次，兩個計算本徵值之差的絕對值(在圖10中的Δω)由一個減法器1013和一個絕對值計算單元1014計算。其公式是在圖10中描述的如下表達式(8)Δω=|ωNnow-ωNold|(8)在一個比較器1015中把本徵值的計算差值Δω與由特定值設置單元1016設置的值ωs相比較，並且在當它大於設置值ωs的情況下，輸出一個用來更新顛倒特性的估計值的切換操作信號12。因此，類似於第一和第二實施例的情形，產生一個在線補償波70，並且進行補償波的切換。
如上所述，在第三實施例中，在激勵期間所有時刻掌握振動臺的顛倒特性，並且在當由此檢測的試驗件的本徵值變化成為一個特定值或更大時的情況下，進行在線補償，從而目標波和複製波可以通過一次激勵彼此重合。另外，在這種情況下，類似於第二實施例，不必預先進行切換時間的設置。另外，通過在用來確定切換時間的顛倒特性的估計中使用本徵值，有可能精確地掌握在激勵期間振動臺的顛倒特性的變化，並且與其中僅比較增益的第二實施例相比，高精度估計是可能的。
其次，將描述本發明的第四實施例。第四實施例是這樣一個單元，其中在激勵期間對於每個恆定時間在所有時刻都產生在線補償波以切換補償波。因而，用來指示補償波切換時間的切換時間設置單元10是多餘的，並因此，根據第四實施例的波形控制單元的方塊圖是其中從圖1或圖5中所示的方塊圖中省去切換時間設置單元10的方塊圖。
在本實施例的波形控制單元中，振動臺顛倒特性計算器4、在線補償波發生器7、用於每種頻率的加法器8、及補償波切換單元9在每個恆定時間內操作，並且每個時刻，通過產生的在線補償波70進行補償波的切換。每部分的操作與在第一實施例中描述的內容相同。另外，總處理的流程也與圖2中所示的處理流程相同，並且在每個恆定時間內完成切換操作信號12的產生(步驟S3)，及每一次，重複圖中的步驟S4至S8。
在根據第四實施例的波形控制單元中，也有可能通過一次激勵使目標波與複製波彼此重合，因為在所有時刻都進行在線補償。另外，通過以較短的恆定間隔進行補償波的切換，它也能應用於其特性逐漸變化的試驗件的振動試驗。
其次，將描述本發明的第五實施例。本實施例是這樣一個單元，其中用來掌握振動臺顛倒特性的激勵波和複製波的數據的獲得項(上述的ΔT)是可變的，並且預先設置每個時刻的獲得項ΔT。本實施例能應用於至今描述的所有實施例。
圖11是用來解釋第五實施例中的上述數據獲得項ΔT的圖。圖11(a)舉例說明其中ΔT是常數的情形。另外，圖11(b)和圖11(c)分別表示在圖11(a)的時刻k、k′得到的數據的頻率分布。如從圖明白的那樣，在時刻k得到的數據(部分1的(ΔT1))包含足夠的頻帶，但在時刻k′得到的數據(部分2的(ΔT2))不包含高頻帶。因此，在時刻k，能正確地掌握顛倒特性，而在時刻k′，不能正確地掌握顛倒特性。因而，當ΔT是常數時，有這樣一些情形，其中頻率分量的偏差存在於得到的數據中，這引起顛倒特性計算中的問題。
為了保證在得到的數據中的足夠頻帶，必須使ΔT較長，但如果ΔT均勻地固定成較長，則大量舊數據可能包含在要得到的數據中，這對於在線補償是不希望的。因而，如有必要最好適當地改變ΔT。
圖11(d)表示其中應用第五實施例的情形，並且它表示其中使ΔT可變到時間(ΔT(k))的一種狀態，從而在圖11(a)中所示例子中在時刻k＇也能得到適當的數據。圖11(e)表示在圖11(d)中的部分3中得到的數據的頻率分布。通過把ΔT(k′)設置成比其中ΔT是常數的情形長來解決上述問題。另外，由於不必使ΔT(k)在時刻k較長，所以ΔT按原樣保持。
因而，希望使ΔT是可變的，但在激勵期間難以確定在實時模式中在每個時刻的適當ΔT。因此，在本實施例中，注意目標波是已知的事實，並且在激勵之前分析目標波的頻率分布，及預先設置每個時刻的適當ΔT，即包括用來掌握顛倒特性所必需的數據的最短時間。特別是，預先確定其值在激勵期間依據時間t變化的獲得項ΔT(t)。在激勵期間，對於激勵波記錄器5和複製波記錄器6中的每個時刻t得到用於ΔT(t)的數據，並且它用來掌握顛倒特性。
如上所述，在第五實施例中，在每個時刻，藉助於頻率分布的小偏差和利用短時間的數據進行顛倒特性的辨別，從而能提高辨別的準確度。因而，能實現更準確的振動試驗。如以上通過利用第一實施例到第五實施例描述的那樣，對其應用本發明的振動臺的波形控制單元，通過利用在激勵期間的適當在線補償進行切換，能通過一次激勵使目標波和複製波彼此重合，並且它能應用於所謂的單次爆炸破壞試驗。
本發明的保護範圍不限於上述實施例，而是它延伸到根據權利要求書和其等效物的發明。
如以上根據附圖描述的那樣，本發明具有如下效果第一，有這樣一種效果通過把在激勵期間來自基於在激勵之前確定的顛倒特性的離線補償波的激勵波藉助於基於在激勵期間確定的顛倒特性的在線補償波切換到補償波，變得有可能通過一次激勵使目標波和複製波彼此重合，並且它有可能應用於其中振動臺特性在激勵期間變化的振動試驗，如所謂的單次爆炸破壞試驗。
第二，通過藉助於在激勵期間又產生的新在線補償波把在激勵期間的激勵波輪流切換到轉到補償波，有可能通過一次激勵使目標波和複製波彼此更準確地重合。
第三，通過使補償波藉助於要切換成激勵波的在線補償波成為通過以與頻率相對應的速率求和離線補償波和在線補償波形成的混合補償波，有可能以小誤差在任何頻率域中產生補償波。
第四，有這樣一種效果當切換激勵波時，通過平穩地切換用作激勵波的新和舊補償波，能進行更適當的振動試驗。
第五，通過以預先設置的計時進行激勵波的切換，激勵波的適當切換是可能的。
第六，有這樣一種效果通過在激勵期間在每個恆定時間內進行激勵波的切換，有可能應用於其特性逐漸變化的試驗件的振動試驗。
第七，通過當在激勵期間掌握的顛倒特性的增益變化量變得大於一個特定值時進行激勵波的切換，不必在激勵之前預先設置切換計時，並且它在難以預先估計切換計時的情況下是有效的。
第八，通過當在激勵期間檢測的試驗件的本徵值變化量變得大於一個特定值時進行激勵波的切換，不必在激勵之前預先設置切換計時，並且進一步，更準確的振動試驗是可能的。
第九，有這樣一種效果通過預先設置對於每個時刻在適當長度下用來掌握振動臺顛倒特性的激勵波和複製波的數據的獲得項，以頻率分布的較小偏差和利用在激勵期間的每個時刻的短時間數據進行顛倒特性的辨別，並且提高辨別的精度。
第十，有這樣一種效果通過使用帶有其中能進行在線補償的振動臺的波形控制單元的振動單元，變得有可能進行其中振動臺的特性在激勵期間變化的振動試驗，如所謂的單次爆炸破壞試驗。
權利要求
1．一種振動臺波形控制單元，向所述振動臺給出這樣一種激勵信號，使得在激勵期間在振動臺中複製的複製波可以與目標波重合，該波形控制單元包括一個離線補償波發生器，根據所述目標波和在進行所述激勵之前確定的所述振動臺的顛倒特性，產生用作所述激勵波的離線補償波；和一個在線補償波發生器，根據基於上述目標波和對於在所述激勵期間特定時刻的所述激勵波和所述複製波的數據確定的所述振動臺在所述激勵期間的顛倒特性，產生成為所述激勵波的在線補償波；其中在所述激勵期間把要給到所述振動臺的所述激勵波切換到一種基於來自所述離線補償波的所述在線補償波的補償波。
2．根據權利要求1所述的振動臺波形控制單元，其中所述在線補償波發生器在所述激勵期間輪流產生新在線補償波，及其中根據所述新產生的在線補償波輪流進行至基於所述激勵波的在線補償波的補償波的切換。
3．根據權利要求1或權利要求2所述的振動臺波形控制單元，進一步包括一個用於每種頻率的加法器，以與頻率相對應的特定速率把所述離線補償波和所述在線補償波相加，並且產生這樣一種混合補償波，從而成為在低頻域中的所述離線補償波和成為在高頻域中的所述在線補償波，其中基於所述在線補償波的補償波是所述混合補償波。
4．根據權利要求1所述的振動臺波形控制單元，進一步包括一個補償波切換單元，它以與切換之後的時間相對應的特定速率把一個在切換之前成為所述激勵波的補償波和一個在切換之後成為所述激勵波的補償波相加，並且在切換之後產生所述激勵波，從而在切換所述激勵波時，所述激勵波可能平穩地從切換之前的波形變換到切換之後的波形。
5．根據權利要求1所述的振動臺波形控制單元，其中以在所述激勵之前預先設置的計時進行所述激勵波的切換。
6．根據權利要求1所述的振動臺波形控制單元，其中在所述激勵期間對於每個恆定時間進行所述激勵波的切換。
7．根據權利要求1所述的振動臺波形控制單元，其中當在所述激勵期間振動臺的最新顛倒特性、與用來產生在該時刻成為所述激勵波的補償波的所述振動臺的顛倒特性之間的增益差超過一個特定值時，進行所述激勵波的切換。
8．根據權利要求1所述的振動臺波形控制單元，其中當分別從在所述激勵期間振動臺的最新顛倒特性和用來產生在該時刻成為所述激勵波的補償波的所述振動臺的顛倒特性確定的安裝在所述振動臺上的每個試驗件的本徵值之差超過一個特定值時，進行所述激勵波的切換。
9．根據權利要求1所述的振動臺波形控制單元，其中把當得到在激勵期間用來確定振動臺的所述顛倒特性的所述激勵波和所述複製波的數據時的所述特定時間預先設置為，當對於在所述激勵期間每個時刻能夠得到頻率分量無偏的數據時的這樣一個時間。
10．一種振動單元，包括一個振動臺，其中安裝要試驗的物體的試驗件，並且藉助於特定波形振動所述試驗件；和一個所述振動臺的波形控制單元，其中所述振動臺的波形控制單元是根據權利要求1的振動臺波形控制單元。
11．一種振動臺波形控制方法，該振動臺通過接收這樣一種激勵波信號以便在激勵期間使複製波與目標波重合而振動，該方法包括一個第一步驟，根據在進行所述激勵之前確定的所述振動臺的顛倒特性和所述目標波，產生成為所述激勵波的離線補償波，從而所述激勵波可以是所述離線補償波；和一個第二步驟，根據基於對於在激勵期間特定時刻的所述激勵波和所述複製波的數據及所述目標波確定的所述振動臺在所述激勵期間的顛倒特性，產生成為所述激勵波的在線補償波，從而在激勵期間把所述激勵波切換到基於所述在線補償波的補償波。
12．根據權利要求11所述的振動臺波形控制方法，其中在所述激勵期間進一步重複進行所述第二步驟。
13．根據權利要求11或權利要求12所述的振動臺波形控制方法，其中在所述第二步驟中基於所述在線補償波的補償波是一種混合補償波，該混合補償波通過以與頻率相對應的特定速率把所述離線補償波和所述在線補償波相加，成為在低頻域中的所述離線補償波和成為在高頻域中的所述在線補償波。
14．根據權利要求11所述的振動臺波形控制方法，其中通過以與切換之後的時間相對應的特定速率把一個在切換之前成為所述激勵波的補償波和一個在切換之後成為所述激勵波的補償波相加，產生在所述第二步驟中切換之後的激勵波，並且該激勵波具有一種能平穩地從切換之前的波形變換到切換之後的波形的波形。
15．根據權利要求11所述的振動臺波形控制方法，其中以在所述激勵之前預先設置的計時進行所述第二步驟。
16．根據權利要求11所述的振動臺波形控制方法，其中在所述激勵期間對於每個恆定時間進行所述第二步驟。
17．根據權利要求11所述的振動臺波形控制方法，其中當在所述激勵期間振動臺的最新顛倒特性、與用來產生在該時刻成為所述激勵波的補償波的所述振動臺的顛倒特性之間的增益差超過一個特定值時，進行所述第二步驟。
18．根據權利要求11所述的振動臺波形控制方法，其中當分別從在所述激勵期間振動臺的最新顛倒特性和用來產生在該時刻成為所述激勵波的補償波的所述振動臺的顛倒特性確定的安裝在所述振動臺上的每個試驗件的本徵值之差超過一個特定值時，進行所述第二步驟。
19．根據權利要求11所述的振動臺波形控制方法，其中把當在所述第二步驟中得到所述激勵波和所述複製波的數據時的所述特定時間預先設置為，當對於在所述激勵期間每個時刻能得到頻率分量無偏的數據時的這樣一個時間。
全文摘要
一種振動臺波形控制單元,包括:一個離線補償波發生器,根據在進行激勵之前確定的振動臺的顛倒特性和目標波,產生離線補償波;和一個在線補償波發生器,根據基於在激勵期間的激勵波和複製波的數據確定的振動臺在激勵期間的顛倒特性和目標波,產生在線補償波,並且在激勵期間它把激勵波切換到基於來自離線補償波的在線補償波的混合補償波。
文檔編號H02P25/02GK1292511SQ0012685
公開日2001年4月25日 申請日期2000年9月6日 優先權日1999年10月6日
發明者奧田幸人, 前川明寬, 廣江隆治, 作野誠 申請人:三菱重工業株式會社