一种多自由度正弦振动控制方法及控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于结构强度与环境可靠性试验技术领域，具体涉及一种多自由度正弦振 动控制方法及控制器。
【背景技术】
[0002] 振动环境模拟试验是考核产品在寿命周期内对所历经振动环境适应性的重要试 验手段，试验所模拟的振动环境主要包括随机振动和正弦振动两种。真实振动环境是多自 由度激励的，而传统正弦振动环境模拟试验只提供单自由度激励。然而产品在多自由度激 励下得到的振动响应与在单自由度激励下所得到的不一样，利用多自由度正弦振动试验来 模拟实际多自由度正弦振动环境往往无法满足对产品的环境适应性考核的需要。因此，进 行多自由度正弦振动控制技术研究以及研发出多自由度正弦振动试验系统，是十分必要 的。
[0003] 国内外关于多自由度振动控制方面的研究还处于起步阶段，缺少成型的商业化产 品问世。根据现有的公开资料，多自由度正弦振动控制系统主要由三部分组成：振动台、功 率放大器和振动控制器。其中多自由度振动控制器为多自由度振动控制系统的关键设备。 多自由度正弦振动控制系统工作原理为：在测试得到系统的传递函数的基础上，根据预先 设定的参考谱生成时域正弦扫频信号，驱动振动台激励试件，同时采集振动台面控制点的 响应信号作为控制谱，计算控制谱与参考谱进行比较，然后对驱动正弦扫频信号的幅值和 相位进行修正，最后使控制谱与参考谱在允许的容差范围内趋于一致，从而实现控制点按 照设定的参考谱进行控制。由于不可避免的测量误差和系统的非线性因素，导致计算控制 谱与参考谱必然存在误差，且现有多自由度正弦振动控制系统中计算控制谱与参考谱误差 较大。因此，需要提供一种多自由度正弦控制方法及控制器，以减小计算控制谱与参考谱误 差，提尚精度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有多自由度正弦控制系统精度差的技术问题，提供一种 多自由度正弦振动控制方法及控制器。
[0005] 实现本发明目的的技术方案如下：
[0006] -种多自由度正弦振动控制方法，依次包括如下步骤：
[0007] 步骤1.试验参数设定
[0008] 步骤I. 1根据试验要求设定控制自由度数量；
[0009] 步骤1. 2依据试验要求中的正弦扫频试验参考谱读取控制频率点的频率范围、参 考幅值和参考相位，以控制频率点的频率范围作为正弦扫频信号的频率范围，依据试验要 求确定扫频类型和扫频速率，从而确定正弦扫频信号的扫频参数，扫频参数包括频率范围、 扫频类型和扫频速率；
[0010] 步骤2.发送振动台系统的频响函数输入信号
[0011] 控制计算机发送测试传递函数指令，测试传递函数指令包括步骤I. 1设定的控制 自由度数量以及步骤1. 2确定的正弦扫频信号的扫频参数；
[0012] 测试传递函数指令通过主控板的网口通信模块发送到CPU，再由CPU通过数据总 线和总连接线发送到前端板的数据收发装置，然后再发送到正弦信号发生器；
[0013] 正弦信号发生器输出多路正弦扫频信号作为频响函数输入信号，频响函数输入信 号经过数模转换器和低通滤波器，然后输出到图1中的功率放大器，驱动振动台系统，使振 动台系统按照频响函数输入信号产生多个控制自由度的振动；
[0014] 步骤3.振动加速度信号的采集和处理
[0015] 加速度传感器测量振动台系统在多个控制自由度的振动加速度信号，将振动加速 度信号传输到前端板，通过前端板的信号调理单元和模数转换器，存储到高速缓存单元；信 号调理单元包括电荷放大器、电压放大器和抗混滤波器，能够将振动加速度信号的电荷信 号转换为电压信号，再由电压放大器将电压信号放大，经过抗混滤波器的低通滤波作用，得 到振动加速度传感器采集的多自由度模拟振动信号；再通过模数转换器将多自由度模拟振 动信号转换为多自由度数字振动信号；
[0016] 步骤4.频响函数计算
[0017] 主控板的CPU通过控制总线和总连接线读取前端板高速缓存单元中的多自由度 数字振动信号即响应信号，计算频响函数；将频响函数输入信号和响应信号做傅立叶变换， 分别得到频响函数输入信号和响应信号的频谱数据，响应信号和频响函数输入信号的比值 即为频响函数；
[0018] 步骤5.频响函数解耦
[0019] 对步骤4计算的频响函数解親，得到解耦补偿矩阵A和解耦后的频响函数矩阵G ;
[0020] 步骤6.正弦扫频信号计算
[0021] 根据步骤5得到的解耦补偿矩阵A和解耦后的频响函数矩阵G以及步骤1. 2读取 的参考幅值Ao和参考相位Po信息，选取步骤1. 2确定的频率范围的第一个频率点作为控 制频率点，计算频率控制点的驱动信号的幅值Ai和相位Pi，计算公式为Pi = Po/G, Ai = Ao/G，幅值Ai和相位Pi用向量u(i)，j为当前控制频率点序号，u(1)表示第一个控制频率点 的驱动扫频信号向量；将驱动信号作为正式试验正弦扫频信号；
[0022] 步骤7.发送正式试验正弦扫频信号
[0023] 当正式试验正弦扫频信号小于IOOHz时，正弦信号发射器中的正弦查询表的正周 期正弦波数据点设为1024点；当正式试验正弦扫频信号大于IOOHz时，正弦信号发射器中 的正弦查询表的正周期正弦波数据点设为64点；
[0024] 控制计算机发送步骤6得到的正式试验正弦扫频信号，正式试验正弦扫频信号通 过主控板的网口通信模块发送到CPU，再由CPU通过数据总线和总连接线发送到前端板的 数据收发装置，然后再发送到正弦信号发生器；
[0025] 正弦信号发生器输出正式试验正弦扫频信号，正式试验正弦扫频信号经过数模转 换器和低通滤波器，然后输出到图1中的功率放大器，驱动振动台系统，使振动台系统按照 正式试验正弦扫频信号产生多个控制自由度的振动；
[0026] 步骤8.振动加速度信号的采集和处理
[0027] 重复步骤3,完成正式试验的振动加速度信号的采集，得到当前各频率下的多自由 度数字振动信号的幅值与相位信息，存储到高速缓存单元；
[0028] 步骤9.计算误差
[0029] 用步骤8得到的各频率下的多自由度数字振动信号的幅值与相位减去步骤1. 2读 取的参考幅值Ao和参考相位Po,得到各自由度的幅值误差和相位误差，幅值误差和相位误 差组合为一个矩阵，用向量e表不；
[0030] 步骤KX误差控制修正
[0031] 判断步骤9得到的误差e是否满足试验要求的容差〇，
[0032] 步骤10. 1如果满足I e I彡σ，则开始以步骤1. 2的频率范围的下一个频率点作为 控制频率点，重复步骤6到步骤10的过程；
[0033] 步骤10. 2如果不满足|e|彡σ，则计算前馈修正向量C/:和实时反馈向量t/p 计算公式为
[0034]
[0035]
[0036] 式中，1为频响函数矩阵G的逆矩阵，Q为增益矩阵，Q = diag(qi)，0 < qi< 1， K为修正系数矩阵；
[0037] 实时反馈修正量加上步骤6计算得到的正式试验正弦扫频信号作为修正后的 正弦扫频驱动信号，重复步骤7到步骤10的过程并统计迭代次数，如果迭代次数满足试验 要求的数值或者|e| < 〇，则开始以步骤1.2的频率范围的下一个频率点作为控制频率点； 下一个频率点的驱动扫频信号向量为i//+i)