专利名称：多维随机振动控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于结构强度与环境可靠性试验技术领域，具体涉及一种多维随机振动控制系统
背景技术：
真实振动环境是多自由度激励的，而传统环境模拟试验只提供单向激励。然而产品在多维激励下得到的模态激发与在单维激励下得到的模态激发存在一定区别，导致利用单维振动台来模拟实际多维振动环境往往无法满足试验要求。因此进行多维振动控制技术研究十分必要。现有的多维随机振动控制装置均利用上位控制计算机进行信号修正，处理速度慢，难以满足实时性要求。
实用新型内容本实用新型需要解决的技术问题是现有多维随机振动控制系统均利用上位控制计算机进行信号修正，处理速度慢，难以满足实时性要求。本实用新型的技术方案如下所述多维随机振动控制系统，包括控制计算机、多维随机振动控制仪和被控系统；所述控制计算机与多维随机振动控制仪通过网线相连接；多维随机振动控制仪与被控系统通过信号电缆相连接；所述多维随机振动控制仪包括随机信号源、D/A转换器、低通滤波器、抗混迭滤波器、A/D转换器和多维随机振动信号处理模块；所述被控系统包括功率放大器、振动台、位于振动台上方的试件和安装于试件上的加速度传感器；所述控制计算机设定参考谱矩阵和控制谱线数，将参考谱矩阵传输至多维随机振动控制仪的多维随机振动信号处理模块，将控制谱线数传输至多维随机振动控制仪的随机信号源；。多维随机振动控制仪中，所述随机信号源发出低量级白噪声信号，依次通过D/A转换器和低通滤波器传递给被控系统中的功率放大器；被控系统中的功率放大器输出的信号传输至振动台驱动放置于振动台上方的试件进行振动，安装于试件上的加速度传感器采集其所在位置的响应信号，并将该响应信号传输给多维振动控制仪的抗混迭滤波器；抗混迭滤波器输出的信号传输至A/D转换器，A/D转换器输出的信号传输至多维随机振动信号处理模块；多维随机振动信号处理模块输出伪随机信号种子序列，并将其传输至随机信号源；随机信号源输出真随机驱动信号，其依次通过D/A转换器、低通滤波器、功率放大器传输至振动台引发试件振动，试件上的加速度传感器采集响应信号，该响应信号依次通过抗混迭滤波器、A/D转换器传输至多维随机振动信号处理模块；若输至多维随机振动信号处理模块的数字信号的控制谱矩阵位于控制计算机输入给多维随机振动信号处理模块的参考谱矩阵的容差范围之内，多维随机振动信号处理模块将所述数字信号控制谱和时域波形传输至控制计算机进行显示，否则多维随机振动信号处理模块输出新的伪随机信号种子序列，将其传输至随机信号源继续重复进行上述信号处理。作为优选方案，所述控制计算机为PC机；随机信号源为TMS320C6713型DSP芯片；所述D/A转换器为AD5547型芯片；所述低通滤波器为8阶巴特沃斯滤波器；所述抗混迭滤波器为8阶椭圆滤波器；所述A/D转换器为AD7671型芯片；所述多维随机振动信号处理模块为TMS320C6713型DSP芯片。本实用新型的有益效果为本实用新型的多维随机振动控制系统利用作为下位机的多维随机振动控制仪对信号进行修正，使信号无需从下位机传输至上位机进行修正，提高了处理速度，较好地满足了实时性要求。
图I为本实用新型的多维随机振动控制系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的多维随机振动控制系统进行详细说明。如图I所示，本实用新型的多维随机振动控制系统包括作为上位机的控制计算机、作为下位机的多维随机振动控制仪和被控系统。其中，所述控制计算机与多维随机振动控制仪通过网线相连接；多维随机振动控制仪与被控系统通过信号电缆相连接。所述控制计算机用于实现人机交互；此外，控制计算机还用于显示经多维随机振动控制仪处理的控制信号的控制谱和时域波形。所述多维随机振动控制仪包括随机信号源、D/A转换器、低通滤波器、抗混迭滤波器、A/D转换器和多维随机振动信号处理模块。所述被控系统包括功率放大器、振动台、位于振动台上方的试件和安装于试件上的加速度传感器。通过所述控制计算机设定参考谱矩阵和控制谱线数，控制计算机将参考谱矩阵传输至多维随机振动控制仪的多维随机振动信号处理模块，控制计算机将控制谱线数传输至多维随机振动控制仪的随机信号源。多维随机振动控制仪中，所述随机信号源发出低量级白噪声信号，依次通过D/A转换器和低通滤波器传递给被控系统中的功率放大器；被控系统中的功率放大器输出的信号传输至振动台；振动台上放置有试件，安装于试件上的加速度传感器采集其所在位置的响应信号，并将该响应信号传输给多维振动控制仪的抗混迭滤波器；抗混迭滤波器输出的信号传输至A/D转换器，A/D转换器输出的信号传输至多维随机振动信号处理模块；多维随机振动信号处理模块输出的伪随机信号种子序列传输至随机信号源；随机信号源输出的真随机驱动信号依次通过D/A转换器、低通滤波器、功率放大器传输至振动台引发试件振动，试件上的加速度传感器采集响应信号，该响应信号依次通过抗混迭滤波器、A/D转换器传输至多维随机振动信号处理模块；若输至多维随机振动信号处理模块的数字信号的控制谱矩阵位于控制计算机输入给多维随机振动信号处理模块的参考谱矩阵的容差范围之内，多维随机振动信号处理模块将所述数字信号控制谱和时域波形传输至控制计算机进行显示，否则多维随机振动信号处理模块输出新的伪随机信号种子序列，将其传输至随机信号源继续重复进行上述信号处理。本实施例中，所述控制计算机为PC机，随机信号源采用TMS320C6713型DSP芯片，D/A转换器采用AD5547型芯片，低通滤波器采用8阶巴特沃斯滤波器，抗混迭滤波器采用8阶椭圆滤波器，A/D转换器采用AD7671型芯片，多维随机振动信号处理模块采用TMS320C6713 型 DSP 芯片。具体来说，本实用新型的工作过程如下所述步骤(I)设定参考谱矩阵和控制谱线数操作人员通过作为上位机的控制计算机设定参考谱矩阵R和控制谱线数nSL，控制计算机将参考谱矩阵R传输至多维随机振动信号处理模块，控制计算机将控制谱线数nSL传输至随机信号源。步骤(2)生成真随机驱动信号步骤(2. I)随机信号源发出低量级白噪声信号，依次进行D/A转换和低通滤波，并将低通滤波后的信号进行功率放大。步骤(2. 2)进行功率放大后的低量级白噪声信号作用于振动台，激励位于振动台上方的试件振动；同时，通过安装于试件上的加速度传感器采集加速度传感器所在位置的响应信号。步骤(2. 3)对上述响应信号进行抗混迭滤波；并对抗混迭滤波处理后的信号进行A/D转换；A/D转换后的数字信号传输至多维随机振动信号处理模块进行处理。步骤(2. 4)多维随机振动信号处理模块对步骤(2. 3)所述A/D转换后的数字信号进行如下操作步骤(2.4.1)计算步骤(2.1)中随机信号源发出的低量级白噪声信号与步骤(2.3)中A/D转换后的数字信号之间的传递函数。步骤(2. 4. 2)通过求传递函数矩阵的伪逆获取上述传递函数的补偿矩阵。步骤(2. 4. 3)对步骤(I)所述参考谱矩阵进行Cholesky分解，得到下三角矩阵L。步骤(2.4.4)多维随机振动信号处理模块生成独立白噪声谱矩阵，其与步骤(2. 4. 2)所述补偿矩阵及步骤(2. 4. 3)所述下三角矩阵L相乘得到驱动谱矩阵。步骤(2.4.5)对驱动谱矩阵进行IFFT变换，得到伪随机信号种子序列，并将伪随机信号种子序列传输至随机信号源。步骤(2. 5)随机信号源对伪随机信号种子序列进行时域随机化处理，得到真随机驱动信号。
、[0035]所述时域随机化处理具体包括以下步骤步骤(2. 5. I)随机生成一组位置随机数。步骤(2. 5. 2)通过位置随机数取伪随机信号种子序列对应位置的数值及此位置后Μ1=2+56-I个位置的数值形成一组共有Μ1=2+56个数值的序列。其中，nSL为步骤(I)所述控制谱线数，可以为100、200、400、800、1600、3200。步骤(2. 5. 3)将对应同一位置随机数的一组序列进行加窗，加窗类型可选，如半正弦窗、汉明窗、海宁窗等。步骤(2. 5. 4)将对应不同位置随机数的不同组序列按50%的比例进行搭接，得到真随机驱动信号。步骤(3)对真随机驱动信号进行驱动修正步骤(3. I)随机信号源输出真随机驱动信号，对所述真随机驱动信号依次进行D/A转换和低通滤波，并将低通滤波后的信号进行功率放大。步骤(3. 2)进行功率放大后的真随机驱动信号作用于振动台，激励位于振动台上方的试件振动；同时，通过安装于试件上的加速度传感器采集加速度传感器所在位置的响 应信号。步骤(3. 3)对步骤(3. 2)所述响应信号进行抗混迭滤波；并对抗混迭滤波处理后的信号进行A/D转换；A/D转换后的数字信号传输至多维随机振动信号处理模块进行处理。步骤(3. 4)多维随机振动信号处理模块对步骤(3. 3)所述A/D转换后的数字信号进行如下操作步骤(3. 4. I)计算步骤(3. 3)所述A/D转换后的数字信号的控制谱矩阵，计算方法为本领域技术人员公知常识。步骤(3. 4. 2)通过步骤(3. 4. I)所述控制谱矩阵和步骤(I)所述参考谱矩阵对下三角矩阵L进行驱动修正，修正后的下三角矩阵L，与步骤(2. 4. 4)所述多维随机振动信号处理模块生成的独立白噪声谱矩阵，及步骤(2. 4. 2)所述补偿矩阵相乘，得到新的驱动谱矩阵。所述通过步骤(3. 4. I)所述控制谱矩阵和步骤(I)所述参考谱矩阵对步骤所述下三角矩阵L进行驱动修正利用下述公式得到L(k+1) = L(k)+A (k)其中，L(k)表示第K次修正的L矩阵；L(k+1)表示第K+1次修正的L矩阵；A (k)表示第K次修正的修正矩阵，其获取方法如下所述。
权利要求1.多维随机振动控制系统，包括控制计算机、多维随机振动控制仪和被控系统；所述控制计算机与多维随机振动控制仪通过网线相连接；多维随机振动控制仪与被控系统通过信号电缆相连接；其特征在于 所述多维随机振动控制仪包括随机信号源、D/A转换器、低通滤波器、抗混迭滤波器、A/D转换器和多维随机振动信号处理模块；所述被控系统包括功率放大器、振动台、位于振动台上方的试件和安装于试件上的加速度传感器； 所述控制计算机设定参考谱矩阵和控制谱线数，将参考谱矩阵传输至多维随机振动控制仪的多维随机振动信号处理模块，将控制谱线数传输至多维随机振动控制仪的随机信号源； 多维随机振动控制仪中，所述随机信号源发出低量级白噪声信号，依次通过D/A转换器和低通滤波器传递给被控系统中的功率放大器；被控系统中的功率放大器输出的信号传输至振动台驱动放置于振动台上方的试件进行振动，安装于试件上的加速度传感器采集其所在位置的响应信号，并将该响应信号传输给多维振动控制仪的抗混迭滤波器；抗混迭滤波器输出的信号传输至A/D转换器，A/D转换器输出的信号传输至多维随机振动信号处理模块；多维随机振动信号处理模块输出伪随机信号种子序列，并将其传输至随机信号源；随机信号源输出真随机驱动信号，其依次通过D/A转换器、低通滤波器、功率放大器传输至振动台引发试件振动，试件上的加速度传感器采集响应信号，该响应信号依次通过抗混迭滤波器、A/D转换器传输至多维随机振动信号处理模块；若输至多维随机振动信号处理模块的数字信号的控制谱矩阵位于控制计算机输入给多维随机振动信号处理模块的参考谱矩阵的容差范围之内，多维随机振动信号处理模块将所述数字信号控制谱和时域波形传输至控制计算机进行显示，否则多维随机振动信号处理模块输出新的伪随机信号种子序列，将其传输至随机信号源继续重复进行上述信号处理。
2.根据权利要求I所述的多维随机振动控制系统，其特征在于所述控制计算机为PC机。
3.根据权利要求I所述的多维随机振动控制系统，其特征在于随机信号源为TMS320C6713 型 DSP 芯片。
4.根据权利要求I所述的多维随机振动控制系统，其特征在于所述D/A转换器为AD5547型芯片。
5.根据权利要求I所述的多维随机振动控制系统，其特征在于所述低通滤波器为8阶巴特沃斯滤波器。
6.根据权利要求I所述的多维随机振动控制系统，其特征在于所述抗混迭滤波器为8阶椭圆滤波器。
7.根据权利要求I所述的多维随机振动控制系统，其特征在于所述A/D转换器为AD7671型芯片。
8.根据权利要求I所述的多维随机振动控制系统，其特征在于所述多维随机振动信号处理模块为TMS320C6713型DSP芯片。
专利摘要本实用新型属于结构强度与环境可靠性试验技术领域，具体涉及一种多维随机振动控制系统。多维随机振动控制系统包括控制计算机、多维随机振动控制仪和被控系统；所述控制计算机与多维随机振动控制仪通过网线相连接；多维随机振动控制仪与被控系统通过信号电缆相连接；所述多维随机振动控制仪包括随机信号源、D/A转换器、低通滤波器、抗混迭滤波器、A/D转换器和多维随机振动信号处理模块；所述被控系统包括功率放大器、振动台、位于振动台上方的试件和安装于试件上的加速度传感器；本实用新型解决了现有多维随机振动控制系统处理速度慢的技术问题；取得了提高处理速度、满足实时性要求的有益效果。
文档编号G05D19/02GK202372869SQ201120421248
公开日2012年8月8日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者师培峰, 王璟南, 祝济之 申请人:中国运载火箭技术研究院, 北京强度环境研究所, 北京航天斯达新技术装备公司, 天津航天斯达新技术装备有限公司