振動(dòng)環(huán)境模擬被廣泛應(yīng)用于航空、航天和國(guó)防軍事等領(lǐng)域,目前已成為檢測(cè)和提高裝備可靠性的必備手段。通過使用特定的振動(dòng)模擬設(shè)備和控制技術(shù)模擬產(chǎn)品在使用,運(yùn)輸以及存儲(chǔ)等過程中所受到的振動(dòng)激勵(lì),可以檢測(cè)設(shè)計(jì)上的不足和缺陷,為及時(shí)地修正設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 本文以哈爾濱工業(yè)大學(xué)電液伺服仿真及試驗(yàn)系統(tǒng)研究所承接的“單水平向液壓振動(dòng)臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)改造”為項(xiàng)目背景,對(duì)模擬隨機(jī)和正弦兩類振動(dòng)環(huán)境涉及的關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究,其研究成果對(duì)于充分發(fā)揮液壓振動(dòng)臺(tái)在振動(dòng)環(huán)境模擬方面的潛力具有重要的指導(dǎo)意義。 液壓振動(dòng)臺(tái)實(shí)時(shí)控制單元由伺服控制器和振動(dòng)控制器兩部分組成。伺服控制器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的數(shù)字閉環(huán)控制,它是實(shí)現(xiàn)各類振動(dòng)環(huán)境模擬的控制基礎(chǔ)。本文針對(duì)液壓振動(dòng)臺(tái)動(dòng)力機(jī)構(gòu)固有頻率比較低、阻尼比很小的特點(diǎn),引入三參量控制策略,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和拓展系統(tǒng)頻寬。同時(shí),文中應(yīng)用根軌跡設(shè)計(jì)法對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),充分考慮了伺服閥動(dòng)態(tài)特性對(duì)激振器性能的影響,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。 高斯隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境是實(shí)際工程中經(jīng)常遇到的一類振動(dòng)環(huán)境,功率譜密度通常作為此類振動(dòng)環(huán)境模擬的等價(jià)條件。而驅(qū)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的激勵(lì)信號(hào)必須為時(shí)域信號(hào),因此如何完成功率譜密度至?xí)r域信號(hào)的轉(zhuǎn)換是此類振動(dòng)環(huán)境模擬的首要工作。本文首先對(duì)該類振動(dòng)環(huán)境的數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地論述,提出了基于自回歸(Auto-Regressive,AR)參數(shù)模型和Ziggurat高斯隨機(jī)數(shù)生成算法的數(shù)值模擬方法。實(shí)時(shí)構(gòu)造的AR模型對(duì)平穩(wěn)、各態(tài)歷經(jīng)和獨(dú)立的高斯白噪聲進(jìn)行濾波,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)功率譜密度的精確時(shí)域模擬。仿真結(jié)果表明這種方法不僅模擬精度高,而且計(jì)算量小,計(jì)算簡(jiǎn)單,同時(shí)能夠保證時(shí)域驅(qū)動(dòng)信號(hào)的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)特征要求。另外,該方法支持xPc Target快速控制原型技術(shù),極大地簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)信號(hào)的生成過程。在隨機(jī)過程數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,考慮到激振器和負(fù)載特性的影響,為保證足夠的功率譜密度再現(xiàn)精度,需要對(duì)驅(qū)動(dòng)功率譜進(jìn)行迭代控制�？刂泣c(diǎn)處的響應(yīng)功率譜密度估計(jì)值是迭代控制過程中的反饋量(也稱為被控制量),其估計(jì)精度與響應(yīng)信號(hào)測(cè)量的統(tǒng)計(jì)自由度密切相關(guān)。為此,通過詳細(xì)分析響應(yīng)信號(hào)功率譜密度估計(jì)時(shí)的統(tǒng)計(jì)特性,提出了一種優(yōu)化的功率譜平均方法,,該方法不僅提高了響應(yīng)信號(hào)功率譜估計(jì)的置信度和精度,而且縮短了功率譜再現(xiàn)迭代控制中的回路時(shí)間,進(jìn)而提高了控制過程的實(shí)時(shí)性。 傳統(tǒng)的頻譜均衡控制算法(無(wú)論是線性域積分控制還是對(duì)數(shù)域積分控制)均采用控制誤差直接補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)控制策略,其穩(wěn)定性受到反饋增益和外界干擾的影響。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,通常需要選擇較小的反饋增益,但是這樣做卻導(dǎo)致均衡時(shí)間變得很長(zhǎng)。為了克服這種缺陷,本文提出了頻域X濾波變步長(zhǎng)LMS算法,基于此算法構(gòu)造了隨機(jī)振動(dòng)功率譜再現(xiàn)的自適應(yīng)控制律。在實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的同時(shí),阻抗函數(shù)(系統(tǒng)頻響函數(shù)的逆)在頻域內(nèi)被不斷修正,改善的阻抗函數(shù)可以允許更高的反饋增益,從而使均衡時(shí)間縮短而又不失穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,該方法相對(duì)傳統(tǒng)的頻譜均衡算法具有更好的穩(wěn)定性、更快的收斂速度和更高的控制精度。 正弦掃頻振動(dòng)試驗(yàn)既可以確定樣品的共振頻率和導(dǎo)致樣品失效的危險(xiǎn)頻率,還可以進(jìn)行掃頻耐久性試驗(yàn)。本文針對(duì)正弦掃頻信號(hào)實(shí)質(zhì)上為瞬態(tài)信號(hào)的本質(zhì)特性,提出了基于相位函數(shù)解析解的信號(hào)綜合算法,并基于此信號(hào)綜合算法設(shè)計(jì)了一種數(shù)字跟蹤濾波器。該信號(hào)綜合算法不僅可以提高輸出波形的精度,而且可以與外差操作緊密結(jié)合,將響應(yīng)信號(hào)在當(dāng)前頻率點(diǎn)的頻譜平移至直流分量附近,該直流分量包含響應(yīng)信號(hào)在當(dāng)前頻率點(diǎn)的基頻幅度信息。直流中頻檢測(cè)器通過選擇適當(dāng)?shù)牡屯V波器釋放出直流分量,即可實(shí)現(xiàn)跟蹤濾波處理。仿真表明這種數(shù)字跟蹤濾波器特別適合于正弦掃頻信號(hào)的時(shí)變譜分析。另外,傳統(tǒng)的幅度控制算法采用固定的壓縮比,它無(wú)法解決對(duì)不同頻段和不同系統(tǒng)特性的適應(yīng)性問題。為此,本文通過引入優(yōu)化概念,設(shè)計(jì)了一種分頻段變壓縮比積分控制器,提高了的正弦掃頻振動(dòng)控制的精度。仿真結(jié)果驗(yàn)證了這種控制技術(shù)的優(yōu)越性。 基于xPc Target快速控制原型技術(shù)開發(fā)了用于隨機(jī)振動(dòng)功率譜再現(xiàn)和正弦掃頻振動(dòng)的多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),并針對(duì)各種控制策略進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明了仿真研究的結(jié)論,驗(yàn)證了本文所提出的各種控制技術(shù)的有效性和先進(jìn)性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TH113.1
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文模擬技術(shù)概述擬技術(shù)主要研究各種自然振動(dòng)環(huán)境及誘發(fā)振動(dòng)環(huán)初期，為了提高裝備在振動(dòng)環(huán)境下的可靠性水平，始從事振動(dòng)環(huán)境模擬技術(shù)的研究。圖 1-1 給出了基系統(tǒng)的基本組成，它主要由機(jī)械平臺(tái)、液壓源、伺算機(jī)系統(tǒng)等部分組成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般包含監(jiān)控管。監(jiān)控管理單元實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，實(shí)時(shí)控制單元實(shí)現(xiàn)楊志東：液壓振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)環(huán)境模擬的控制技術(shù)研究

Fig.1-3 Principle of PSD replication 70 年代中期，開始出現(xiàn)了以小型機(jī)為核心的數(shù)字式隨機(jī)C-500、美國(guó) HP 公司的 5427A 等。其隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)功B，均衡時(shí)間亦減小為幾秒至幾十秒，但芯片集成度低、性差、維修困難，而且價(jià)格非常昂貴。 80 年代出現(xiàn)了功能更全、性能更高的系統(tǒng)，如美國(guó) GGR-2514，SD 公司的 SD-1700 和 SD-1500，英國(guó) Solatro品。數(shù)字式振動(dòng)控制器的發(fā)展使振動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)入了新的發(fā) 80 年代中期，Tebbs 和 N.Hunter 發(fā)表了一篇論文，介動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)在頻域的分析與處理方頻率分辨率的確定和頻域隨機(jī)化技術(shù)等。美國(guó) UD 公 和 DSP 的振動(dòng)控制器——UD400AT，它采用了當(dāng)時(shí) DSP 芯片 TMS320C10,這是數(shù)字式振動(dòng)控制系統(tǒng)向，IMV、LDS、SD、DP 等振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備廠商分別開的新型數(shù)字式振動(dòng)控制系統(tǒng)。 80 年代之后，振動(dòng)控制器的研究開始向多軸控制器上

第 1 章 緒論目前，多軸振動(dòng)控制技術(shù)被幾家國(guó)外振動(dòng)測(cè)試與控制專業(yè)廠家所壟國(guó) STI 公司、Wyle 實(shí)驗(yàn)室、MTS 公司、Data Physics(DP)公司、mic(SD)公司和比利時(shí)的 LMS 公司等。DP 公司的振動(dòng)控制器 Sign軸和多軸兩類，如圖 1-5 所示。美國(guó) STI 公司和 Wyle 實(shí)驗(yàn)室各自動(dòng)控制器是功能較為完善的兩種控制系統(tǒng)�？梢赃M(jìn)行多軸隨機(jī)振動(dòng))控制、多軸正弦掃頻振動(dòng)(含定頻正弦振動(dòng))控制、多軸瞬態(tài)振動(dòng)(包全文數(shù)據(jù)庫(kù) 2011年 第11期 工程科技Ⅱ輯
【引證文獻(xiàn)】

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2 宮海彬;蘇建;徐觀;王興宇;張志國(guó);王星;;三自由度疲勞振動(dòng)臺(tái)的設(shè)計(jì)及固有頻率分析[J];大連交通大學(xué)學(xué)報(bào);2012年05期

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本文編號(hào)：2882168