多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的控制策略研究.pdf

1、振動(dòng)試驗(yàn)可以檢驗(yàn)產(chǎn)品耐振動(dòng)能力,考核產(chǎn)品在振動(dòng)環(huán)境應(yīng)力下的性能及表現(xiàn),發(fā)現(xiàn)它們的設(shè)計(jì)缺陷以改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì),從而提高產(chǎn)品的性能與質(zhì)量。單點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)是目前振動(dòng)試驗(yàn)領(lǐng)域廣泛采用的試驗(yàn)方式,但隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和多樣化,單點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)的弱點(diǎn)與不足越來(lái)越多地為人們所認(rèn)識(shí)到。多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)相對(duì)單點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)更加真實(shí)地模擬實(shí)際振動(dòng)環(huán)境,同時(shí)它能夠克服單點(diǎn)激勵(lì)存在的一些缺點(diǎn),如推力不足、振動(dòng)應(yīng)力分布不均勻和易造成局部欠試驗(yàn)或過(guò)試驗(yàn)等。本文圍繞

2、多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制策略進(jìn)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(jì)中,為多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供理論指導(dǎo)。
　　 多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)辨識(shí)。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的有效控制,必須要掌握系統(tǒng)特性,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)。多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)是一個(gè)控制算法復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng),論文在對(duì)系統(tǒng)辨識(shí)模型研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)的特點(diǎn),確定頻響函數(shù)模型是適用于多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)的辨識(shí)方法。提出采用偏相干殘差法進(jìn)行多點(diǎn)

3、激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)頻響估計(jì),歸納總結(jié)出用于多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)頻響矩陣估計(jì)的計(jì)算流程,并將其應(yīng)用至控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。偏相干殘差法估計(jì)系統(tǒng)頻響矩陣是通過(guò)對(duì)對(duì)角線為1的上三角矩陣求逆獲得,相對(duì)傳統(tǒng)的頻響矩陣估計(jì)方法計(jì)算量更小,非常適用于多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)這種實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng),同時(shí)它能夠提供更多的輸入輸出之間相干信息。
　　 多點(diǎn)正弦振動(dòng)試驗(yàn)最優(yōu)控制策略研究。針對(duì)傳統(tǒng)多點(diǎn)正弦控制方法中頻響特性不更新和迭代步長(zhǎng)不變導(dǎo)致控制系統(tǒng)潛在

4、不穩(wěn)定的缺點(diǎn),提出了采用最優(yōu)控制策略進(jìn)行系統(tǒng)控制。最優(yōu)控制能對(duì)控制迭代步長(zhǎng)與頻響矩陣根據(jù)系統(tǒng)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)文中對(duì)多點(diǎn)正弦信號(hào)幅值與相位估計(jì)方法進(jìn)行研究,利用最小二乘法完成對(duì)多點(diǎn)正弦信號(hào)幅值與相位的估計(jì)。
　　 多點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制策略研究。文中對(duì)多點(diǎn)隨機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的生成方法進(jìn)行了研究,采用時(shí)域隨機(jī)化技術(shù)生成符合控制系統(tǒng)要求的真隨機(jī)信號(hào)。對(duì)多點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的參考譜矩陣的設(shè)

5、定條件進(jìn)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(duì)多點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制算法進(jìn)行了研究,在對(duì)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(diǎn),改善了控制系統(tǒng)的性能。由于非高斯隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境與實(shí)際振動(dòng)環(huán)境更加相近,成為目前隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)發(fā)展中的熱點(diǎn),文中對(duì)非高斯隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制研究提出了并行控制策略,實(shí)現(xiàn)峭度控制與功率譜控制的相互獨(dú)立。對(duì)非高斯隨機(jī)信號(hào)的生成方法展開(kāi)研究,提出基于

6、泊松過(guò)程的非高斯隨機(jī)信號(hào)生成方法。
　　 多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù),確定了多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu),最終構(gòu)建了振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)與軟件平臺(tái)。在對(duì)多點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)控制策略研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合構(gòu)建好的振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)軟硬件平臺(tái),進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究,分別對(duì)多點(diǎn)正弦、多點(diǎn)隨機(jī)和非高斯隨機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,多點(diǎn)激勵(lì)正弦振動(dòng)試驗(yàn)分別采用傳統(tǒng)控

7、制算法與最優(yōu)控制算法進(jìn)行比較研究,在奇異點(diǎn)附近采用最優(yōu)控制算法的幅值控制結(jié)果相對(duì)傳統(tǒng)控制算法波動(dòng)要小,控制效果更好。多點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)控制系統(tǒng)自閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)表明控制系統(tǒng)的控制動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到90dB,連接振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明振動(dòng)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(jī)振動(dòng)控制系統(tǒng)自閉環(huán)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明控制系統(tǒng)的控制動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到90dB,連接振動(dòng)臺(tái)的非高斯隨機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在試驗(yàn)頻率范圍內(nèi)各頻率點(diǎn)的功率譜都控制在±1.5dB