基于DSP的液壓振動臺功率譜復現(xiàn)研究.pdf

1、振動環(huán)境模擬目前被廣泛用于航天航空、兵器國防及汽車等領域,成為檢測和提高產品可靠性的重要方法。使用振動實驗設備采用一定的控制策略可以對產品在運輸和工作過程中所承受的振動環(huán)境進行精確模擬,可以及時發(fā)現(xiàn)產品結構設計的缺陷,進而對產品的改良具有指導意義。
　　本文是以哈工大電液伺服仿真及試驗系統(tǒng)研究所承接的“985工程”二期—冗余驅動的六自由度液壓振動系統(tǒng)研究為背景,對液壓振動臺功率譜密度復現(xiàn)進行理論和實驗研究。
　　液壓振動臺振

2、動控制系統(tǒng)由液壓伺服控制和振動控制組成。液壓伺服控制是實現(xiàn)各種振動實驗的基礎;三參量控制技術是目前使用較為廣泛的液壓伺服控制技術。液壓控制系統(tǒng)阻尼一般很小,通過三參量控制可以提高系統(tǒng)的阻尼比和系統(tǒng)帶寬。當基礎剛度與液壓彈簧剛度相當?shù)臈l件下,振動臺液壓位置系統(tǒng)可以近似為二自由度諧振系統(tǒng),這對發(fā)揮液壓振動臺性能是不利的,并且三參量控制策略的功能也不能充分實現(xiàn)。
　　液壓振動臺功率譜密度復現(xiàn)主要包含功率譜密度估計、驅動譜密度修正和驅動信

3、號生成等內容。功率譜密度估計和驅動信號的生成都可使用AR隨機過程進行模擬,但是算法依賴于高精度高斯隨機噪聲的獲得。鑒于高斯噪聲獲得的難度和隨機過程模擬精度需要較高的階次,這些因素將導致功率譜密度均衡時間較長。本文在功率譜密度復現(xiàn)流程中采用非參數(shù)化方法中的平均周期圖方法來估計振動臺響應加速度信號的功率譜密度,且采用諧波擬合法來獲得時域驅動信號。功率譜密度均衡過程中需要用到振動系統(tǒng)的阻抗函數(shù)來修正驅動功率譜密度,阻抗函數(shù)辨識的愈是精確,功率

4、譜密度復現(xiàn)均衡的時間愈短。子帶自適應算法用來辨識系統(tǒng)阻抗有著收斂速率高的特點,而且信號分解的子帶數(shù)愈多,算法收斂愈迅速。在功率譜密度復現(xiàn)系統(tǒng)阻抗辨識中采用子帶自適應算法可以獲得優(yōu)越的性能。時間域的余弦調制濾波器組,可以很好的劃分信號的頻帶而且使得不同頻帶的重疊較小,被廣泛的應用于濾波器組理論和實踐相關領域中。
　　基于余弦調制濾波器組的子帶自適應算法是將信號分解到帶寬相等的子頻帶內,而由小波分析近年來與濾波器組之間的關系被深刻的揭

5、示出來,論文中將子帶自適應辨識的思想擴展至將信號分解到不同帶寬的子頻帶內?；谛〔V波器組的子帶自適應算法即是該思想的具體體現(xiàn),該算法既繼承了子帶自適應算法的優(yōu)點又具有自身特點,即其辨識的結果是頻率域的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。隨著小波分析理論的發(fā)展,種類繁多的小波基被創(chuàng)造出來,不同的小波基具有不同的正交性、對稱性和消失矩等特性。小波基的正交性和對稱性質對文章中提出的算法具有重要的意義,小波基的正交性保證信號分解至各個子頻帶的混疊較小,而小波基的對

6、稱性則保證了自適應算法過程中使用的濾波器具有線性的相位。
　　制約國內振動控制技術快速發(fā)展的是數(shù)字振動控制器的研制工作遠跟不上振動臺振動控制策略的理論研究。論文采用美國德州儀器公司(TI)的C2000系列數(shù)字信號處理器(DSP)來構建液壓振動臺功率譜復現(xiàn)的數(shù)字振動控制器。數(shù)字振動控制器采用分布計算思想將振動控制算法的計算和振動系統(tǒng)驅動和反饋信號的獲得分別由算法計算單元與數(shù)據采集單元來實現(xiàn)。兩個構成單元的核心處理器分別為TMS320

7、F28335和TMS320F2812。算法計算單元和數(shù)據采集單元采用雙端口RAM(Dual-portRAM,DPRAM)來實現(xiàn)數(shù)據共享和控制通訊,通訊信號采用DPRAM的中斷邏輯。信號處理系統(tǒng)監(jiān)控計算機和DSP系統(tǒng)亦采用DPRAM來共享數(shù)據,針對監(jiān)控計算機一方來講,DPRAM是通過其ISA擴展槽來擴展的。DSP系統(tǒng)采用C語言和匯編混合編程的方式開發(fā)控制軟件,并有意使用TI公司提供的優(yōu)化的數(shù)字信號處理庫函數(shù),充分利用DSP系統(tǒng)的計算資源從