专利名称：电液式激振器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械振动试验用的电液式激振器。一般激振器由用于接受输入讯号和反馈讯号并控制电液式激振头，提供试验所需的力基准波形的控制装置，将来自控制装置输入的讯号转换成液压讯号并输出动态力的带压电式力传感器的电液激振头和提供所需的高压低脉动液压源的液压动力装置所组成。它是用来对机床、飞机、汽车以及其它机械装置进行结构动力特性和模态分析的一种重要的试验装置。
已有的各式激振器其性能和系统品质均存在一些缺陷和不良。例如系统的3dB带宽窄、幅频特性曲线不平坦、起伏大、力输出波形失真严重以及系统穿越频率以上频段不能充分利用等问题。此外，它们的施力激振系统对于经常变动的负载其适应能力较差，对负载的限制比较严格，系统对于复合讯号以及不规则的程序波讯号的传输能力也不够理想。
本实用新型的目的在于提供一种改进的电液伺服式激振器(简称电液激振器)用控制装置，以改善目前的各式激振器在性能和品质上存在的缺点和不足，提高激振器的性能和试验精度以及对各种负载的适应能力，扩大激振器的使用范围，对激振器所属的施力系统的幅频、相频特性进行综合校正和补偿，对设计范围内的各种负载均能构成深度负反馈、降低力输出波形的失真度，提高系统的传输能力。
本实用新型是这样实现的电液激振器的构成如图1所示。图中讯号源1发出单一的正弦波讯号或复合波讯号输入控制装置(简称控制器)2的一端a，力传感器5安装在由流量伺服阀3和激振油缸4所组成的电液激振头与负载8之间，用以拾取激振力讯号，该讯号经放大器7变换放大后以电压形式输入到控制装置2的另一端b，这两路讯号在2内进行相位校正、幅度校正、增益控制，经运算合成和变换后以电流形式输出。该控制讯号送入3，控制伺服阀改变4之动载腔的两腔压力差，形成动态激振力，该力通过5传递至负载3，完成动态激振功能。高压低脉动液压源6是为激振头提供液压动力，其液压脉动成份在额定压力1％以下。
电液激振器是由控制器2，激振头3及4，力传感器5，电荷放大器7和负载8所组成的高阶力系统，力系统的结构框图如图3所示，图中1为频率分析仪提供的信号源，21为自动增益控制器AGC，22为加法器，23为系统相位校正网络PID，24为电压电流变换器VIC，3／4为激振头，5为力传感器、8为负载，7为电荷放大器，25为系统幅度校正网络DBT，9为力信号采样电路SCC，A0为力幅给定信号，K1、K2为系统反馈系数，Kp为力信号采样幅值调节系数。
系统的激励信号由1发出，信号频率可在系统工作频段内进行连续扫描，信号输入AGC后在其内部进行信号放大或衰减，AGC输出信号的幅值由A0和SCC输出信号共同决定，通过AGC处理的激励信号可以保证力信号幅值起伏不超过3dB，AGC的输出信号送入加法器与反馈信号进行减法运算，所得运算结果为系统输出力信号与激励信号的误差信号，它送入PID调节器。
PID调节器使信号产生与频率有关的相位超前，从而改善信号通过系统时所产生的相位滞后，以及由相位滞后引起的系统稳定裕量下降。另外，流量伺服阀在低频段的压力增益很高，压力增益曲线的线性区域十分狭小，激励电流只有在满激励电流成线性关系，在高频段，伺服阀压力增益又显著下降，使得系统开坏增益降低，而PID调节器可降低系统信号传输通道上的低频增益，提高高频增益，使得系统开环增益在全工作频段上的起伏减小，所以PID调节器的主要作用是校正系统的相位滞后并拉平系统开坏增益，PID调节器的输出信号送入VIC电压电流度换器。
由于FF102流量伺服阀是电流控制器件，在线性状态下，其输出流量与输入电流成正比，因此需要将电压控制信号变换成电流功率信号才能送入3(FF102)。所选用的伺服阀电气等效电路如图2所示，图中L为FF102阀服马达线圈的电感值，约几百毫亨，Rr为等效串联电阻，约为几十欧姆，RD为等效并联漏电阻，其阻值较大，一般性情况下，可以忽略，由伺服阀等效电路可知，RrL构成一个一阶阻尼环节，其固有频率约在一、二十赫芝范围之内，为使在伺服阀全部工作频段内有较好的控制特性，必须将这个一阶阻尼环节消除。用VIC电路可有效地解决这一问题，在处理系统综合问题时，基本上可以不考虑这一环节的影响。
VIC输出的电流控制信号输入伺服阀3(FF102)由伺服阀3和激振油缸4所组成的激振头将电流控制信号变换成力信号，通过力传感器5传递给负载并拾取力信号，力传感器5将力信号变换为电荷量信号，通过电荷放大器进行信号的处理、放大、转换成与力信号成正比的电压信号输出。该电压信号分为两路，一路输入DBT幅校正网络，信号在DBT网络中改变了在系统穿越频率附近的幅值，加大系统幅值稳定余量，为进行线性反馈和网络反馈创造了条件，输出信号经过K1、K2反馈调节电路后反馈到PID调节器前的加法器18与激励信号合成，构成深度负反馈。K1、K2反馈调节电路的设置，主要是解决在各种负荷情况下，构成稳定工作的力系统，负载柔度范围在0.1μm／Kg～2.25μm／Kg之间，要使力系统在如此宽的负载变化范围内不改变系统参数是不可能的。为克服系统中非线性环节所造成的力波形畸变，必须构成深反馈力系统，K1、K2反馈调节电路的任务就是克服负载变动带来的系统参数变化而引起的系统不稳定和力波形畸变问题。电荷放大器输出的另一路信号送入SCC电路进行力波形幅值采样和变换后送入加法器10与给定力幅信号A0合成，构成力幅误差信号后送入AGC电路完成自动增益控制功能，保证力幅恒定，这样在保证系统有足够的稳定裕量前题下，加大系统反馈深度，使得输入激振头的电流控制讯号维持在伺服阀压力增益曲线的线性区域以内，以改善力信号波形失真度以及系统频率特性。
经过综合校正的系统其传递函数在0～600HZ工作频段内仍为六阶五零系统，系统的截止频率扩展到1260HZ，系统的奈奎斯特曲线。如图4所示，由图可知，系统的稳定裕量足以满足稳定性要求，力信号波形失真度可控制在7.8％以下，将AGC接入系统后，可大大改善系统幅频特性曲线的起伏度，可在全工作频段内保持幅频特性曲线的起伏不超过3dB，最外面的大闭坏中的时间常数τs的选择，决定AGC闭坏的稳定性和快速性，适当选择τs可使系统响应速度提高，而又不产生振荡现象。
说明书
及实施例图1为电液激振器构成之框图；图2为所选用的伺服阀电气部分之等效电路；图3为力系统的结构框图；图4为采用本实用新型后(经综合校正后)的系统奈奎斯特曲线图；图5至图8为本实用新型的实施例中所采用的校正网络，电压、电流变换器及自动增益控制等的电路图图5为力系统幅度校正网络电路，它由双T网络DBT及积分微分调节电路PID组成；图6为力系统的相位校正网络电路图，它实际上是个积分微分调节(PID)电路；图7为电压电流变换电路；图8为力系统的自动增益控制AGC电路。
权利要求1.一种机械振动用电液激振器，由下列部分组成(1)用于接受输入讯号和反馈讯号并控制电液式激振头、提供试验所需的基准波形的控制装置，(2)带压电式力传感器的电液激振头，(3)提供所需的高压低脉动液压源的液压动力装置。其特征是在控制装置内进行力系统的相位校正、幅度校正、增益控制、运算合成和电压电流变换，以电流形式输出将控制讯号输入到电液激振头上的电液伺服阀。
2.按照权利要求1所述的激振器控制装置，其特征在于力系统的相位校正、幅度校正、电压电流变换以及增益控制是由公知的相位校正网络(积分微分调节电路PID)、幅度校正网络(由双T网络DBT及积分微分调节电路PID组成)、电压电流变换器(VIC)及自动增益控制(AGC)电路等组合实现。
专利摘要本实用新型提供了一种机械振动试验用的电液激振器控制装置。该发明组合应用了已有的相位校正网络(PID)、幅度校正网络DBT/PID、电压电流变换器(VIC)以及自动增益控制(AGC)电路等公知技术，克服了已有激振器存在的3dB带宽窄、幅频特性曲线不平坦、起伏大、力输出波形失真严重和系统穿越频率以上的频段不能充分利用，以及它们的施力激振系统对于经常变动的负载适应能力差，对负荷限制较严等缺点。
文档编号G01M7/00GK2039419SQ88209129
公开日1989年6月14日 申请日期1988年8月4日 优先权日1988年8月4日
发明者姚允仪, 谢向东 申请人:北京第一机床厂