多點激勵振動試驗系統(tǒng)的控制策略研究.pdf

1、振動試驗可以檢驗產(chǎn)品耐振動能力,考核產(chǎn)品在振動環(huán)境應(yīng)力下的性能及表現(xiàn),發(fā)現(xiàn)它們的設(shè)計缺陷以改進產(chǎn)品設(shè)計,從而提高產(chǎn)品的性能與質(zhì)量。單點激勵振動試驗是目前振動試驗領(lǐng)域廣泛采用的試驗方式,但隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和多樣化,單點激勵振動試驗的弱點與不足越來越多地為人們所認識到。多點激勵振動試驗相對單點激勵振動試驗更加真實地模擬實際振動環(huán)境,同時它能夠克服單點激勵存在的一些缺點,如推力不足、振動應(yīng)力分布不均勻和易造成局部欠試驗或過試驗等。本文圍繞

2、多點激勵振動試驗控制策略進行了深入研究,并將其研究成果應(yīng)用至控制系統(tǒng)設(shè)計中,為多點激勵振動試驗控制系統(tǒng)開發(fā)提供理論指導(dǎo)。
　　 多點激勵振動試驗控制系統(tǒng)辨識。為實現(xiàn)系統(tǒng)的有效控制,必須要掌握系統(tǒng)特性,對系統(tǒng)進行辨識。多點激勵振動試驗控制系統(tǒng)是一個控制算法復(fù)雜的實時控制系統(tǒng),論文在對系統(tǒng)辨識模型研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)多點激勵振動試驗控制系統(tǒng)的特點,確定頻響函數(shù)模型是適用于多點激勵振動試驗控制系統(tǒng)的辨識方法。提出采用偏相干殘差法進行多點

3、激勵振動試驗控制系統(tǒng)頻響估計,歸納總結(jié)出用于多點激勵振動試驗控制系統(tǒng)頻響矩陣估計的計算流程,并將其應(yīng)用至控制系統(tǒng)設(shè)計中。偏相干殘差法估計系統(tǒng)頻響矩陣是通過對對角線為1的上三角矩陣求逆獲得,相對傳統(tǒng)的頻響矩陣估計方法計算量更小,非常適用于多點激勵振動試驗這種實時性要求較高的系統(tǒng),同時它能夠提供更多的輸入輸出之間相干信息。
　　 多點正弦振動試驗最優(yōu)控制策略研究。針對傳統(tǒng)多點正弦控制方法中頻響特性不更新和迭代步長不變導(dǎo)致控制系統(tǒng)潛在

4、不穩(wěn)定的缺點,提出了采用最優(yōu)控制策略進行系統(tǒng)控制。最優(yōu)控制能對控制迭代步長與頻響矩陣根據(jù)系統(tǒng)特性進行實時更新,在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,加快了控制系統(tǒng)的收斂速度。同時文中對多點正弦信號幅值與相位估計方法進行研究,利用最小二乘法完成對多點正弦信號幅值與相位的估計。
　　 多點隨機振動試驗控制策略研究。文中對多點隨機驅(qū)動信號的生成方法進行了研究,采用時域隨機化技術(shù)生成符合控制系統(tǒng)要求的真隨機信號。對多點隨機振動試驗的參考譜矩陣的設(shè)

5、定條件進行了討論,推導(dǎo)出譜矩陣的正定性是判定參考譜設(shè)置是否合理的重要依據(jù)。對多點隨機振動試驗控制算法進行了研究,在對傳統(tǒng)控制算法分析的基礎(chǔ)上,提出了綜合均衡的控制算法,它能夠克服傳統(tǒng)控制算法存在的一些缺點,改善了控制系統(tǒng)的性能。由于非高斯隨機振動環(huán)境與實際振動環(huán)境更加相近,成為目前隨機振動試驗發(fā)展中的熱點,文中對非高斯隨機振動試驗控制研究提出了并行控制策略,實現(xiàn)峭度控制與功率譜控制的相互獨立。對非高斯隨機信號的生成方法展開研究,提出基于

6、泊松過程的非高斯隨機信號生成方法。
　　 多點激勵振動試驗控制系統(tǒng)構(gòu)建與實驗研究。針對多點激勵振動試驗控制系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù),確定了多點激勵振動試驗控制系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu),最終構(gòu)建了振動試驗控制系統(tǒng)的硬件平臺與軟件平臺。在對多點激勵振動試驗控制策略研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合構(gòu)建好的振動試驗控制系統(tǒng)軟硬件平臺,進行了相關(guān)的實驗研究,分別對多點正弦、多點隨機和非高斯隨機進行了實驗研究。在相同的實驗條件下,多點激勵正弦振動試驗分別采用傳統(tǒng)控

7、制算法與最優(yōu)控制算法進行比較研究,在奇異點附近采用最優(yōu)控制算法的幅值控制結(jié)果相對傳統(tǒng)控制算法波動要小,控制效果更好。多點隨機振動控制系統(tǒng)自閉環(huán)控制實驗表明控制系統(tǒng)的控制動態(tài)范圍達到90dB,連接振動臺實驗結(jié)果表明振動控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)自功率譜都控制在±1.5dB范圍內(nèi)。非高斯隨機振動控制系統(tǒng)自閉環(huán)振動實驗結(jié)果表明控制系統(tǒng)的控制動態(tài)范圍達到90dB,連接振動臺的非高斯隨機振動實驗結(jié)果表明在試驗頻率范圍內(nèi)各頻率點的功率譜都控制在±1.5dB