专利名称：用于臂架振动特性测试的控制器、测试系统及测试方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于臂架振动特性测试的控制器、臂架振动特性测试系统及臂架振动特性测试方法。
背景技术：
具有臂架的工程机械(例如混凝土泵车)工作时臂架部分伸展较大，在力学上属悬臂梁结构，受力比较复杂，容易产生振动。混凝土泵车臂架振动是影响泵车整车性能和施工质量的重要因素之一，振动过大会造成臂架末端的软管无法精确定位，同时产生的动应力直接影响泵车的疲劳寿命。随着高压、大排量泵送和超长臂架技术的发展，臂架振动的问题越显重要。现有技术中不存在系统地对臂架系统进行振动分析测试的方法及系统，而对臂架系统进行振动测试，并对采集的实验数据进行分析，从而准确获得臂架系统的振动特性，却是臂架振动控制与系统动态参数优化的必要前提。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中缺少对臂架振动特性进行测试的机制，而提供一种用于臂架振动特性测试的控制器、臂架振动特性测试系统以及测试方法。根据本发明的一方面，本发明提供一种用于臂架振动特性测试的控制器，包括:激振控制单元，用于发出激振信号以执行激振；信号采集单元，用于采集所述激振控制单元发出的所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及振动特性分析单元，用于调用信号采集单元存储的振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。根据本发明的另一方面，本发明还提供一种臂架振动特性测试系统，该系统包括:上述用于臂架振动特性测试的控制器；臂架振动监测单元，用于检测臂架的振动情况，生成振动信号并输出到所述用于臂架振动特性测试的控制器中的信号采集单元；激振作动机构，用于接收从所述用于臂架振动特性测试的控制器中的激振控制单元发出的激振信号并根据该激振信号进行激振。根据本发明的又一方面，本发明还提供一种臂架振动特性测试方法，该方法包括:激振步骤:发出激振信号以执行激振；信号采集步骤:采集所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及分析步骤:调用所述振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。本发明通过发出激振信号给激振作动机构以实现对臂架的振动激励，并获取臂架在相应激振信号作用下臂架振动过程中的振动信号，通过将激振信号和振动信号分别作为臂架这个振动系统的激励信号和响应信号，并对其进行运算分析，从而获得臂架的各种振动特性。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:图1为根据本发明提供的用于臂架振动特性测试的控制器的框图；图2为根据本发明提供的臂架振动特性测试系统的框图；图3为根据本发明提供的臂架振动监测单元的优选实施方式的结构示意图；图4为本发明提供的振动特性分析单元得到的幅频特性曲线图的示例；图5为本发明提供的振动特性分析单元得到的相频特性曲线图的示例；图6为根据本发明提供的臂架振动特性测试方法的流程图。附图标记说明
10 激振控制单元20 信号釆集单元
30 振动特性分析单元 100 用于臂架振动特性测试的控制器
200臂架振动监测单元 201 第一振动传感器
202第二振动传感器203 倾角传感器
204安装架205 保护罩
300激振作动机构400 臂架姿态监测单元
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。如图1所示，其中标号100的方框中为本发明提供的用于臂架振动特性测试的控制器(以下简称为“控制器100”)，该控制器100包括:激振控制单元10，用于发出激振信号以执行激振；信号采集单元20，用于采集所述激振控制单元10发出的所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及振动特性分析单元30，用于调用信号采集单元20存储的振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。其中，所述激振控制单元10所发出激振信号被传送给激振作动机构300(图2中示出)，例如可以为泵送油缸或臂节油缸，泵送油缸、臂节油缸的有杆腔或无杆腔的电磁阀可以根据激振信号(电流信号)的大小来调整开度，以控制有杆腔和无杆腔中的液压油的流量变化，从而驱动激振作动机构300进行激振作动，实现对臂架系统的振动激励。其中激振信号可以为电流信号或者电压信号。优选情况下，所述激振控制单元10还可以根据不同激振方式发出相应的激振信号给激振作动机构300。如上所言，影响臂架的振动的主要激振作动机构有臂节油缸和泵送油缸，所以，根据所要激励的对象的不同，激振方式可以为:臂节油缸激励和/或泵送油缸激励，也就是仅对臂节油缸激励、仅对泵送油缸激励或者对臂节油缸及泵送油缸双重激励，其中臂节油缸激励又可以包括单臂节油缸激励和多臂节油缸激励，即可以选择臂架中其中一节或几节臂架的油缸进行激励。另外，优选情况下，针对每种激振方式，都包括三种激励模式，分别为:正弦扫频模式、正弦激励模式和脉冲激励模式。这几种激励模式均是振动试验中常用的激励模式，本领域普通技术人员均知晓如何进行这几种激励模式。例如，正弦扫频模式需要设置扫描激振电流或电压的幅值、相位、起始频率、终止频率、频率步长等参数；正弦激励模式需要设置激振电流或电压的频率、幅值、相位等参数；脉冲激励模式需要设置脉冲宽度、强度等参数。所述信号采集单元20采集激振控制单元10所发出的激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号。其中所谓振动信号是指能够表征臂架振动情况的信号，包括但不限于位移信号、速度信号、加速度信号、倾角信号等振动信号，只要是能够表征振动的信号均可以。在本发明中，对于臂架这个振动系统而言，激振信号可以看作是激励信号，而振动信号可以看作是响应信号，因此信号采集单元20即是用来采集激励信号和响应信号，然后将这两者对应存储成一组振动数据，以供数据分析。这里，振动数据包括激振信号和振动信号。可以反复执行激振过程并采集信号，以得到多组振动数据，以供振动特性分析单元30调用。另外，优选情况下，当如上所述选用不同的激振方式或激励模式时，还应将激振方式和激励模式的各参数对应于该组振动数据一同存储，以便于分析每种激振情况下所得到的不同的振动数据。所述信号采集单元20可以采集的是给定方向上臂架的振动信号，用以分析给定方向的振动情况，其中该给定方向可以是任意方向，例如重力加速度方向或水平方向。根据优选实施方式，所述信号采集单元20采集的臂架的振动信号可以为倾角信号和不同方向的振动信号(例如正交方向)，并根据倾角信号将振动信号转换成给定方向上的振动信号。所述振动特性分析单元30用于批量调用信号采集单元20存储的振动数据进行各种运算分析以获得臂架的各种振动特性，例如频率响应特性(包括幅频响应特性和相频响应特性)、相干函数、固有频率、阻尼比等等，以用于对臂架振动特性的分析。另外，振动特性分析单元30还可以生成臂架振动特性的曲线图。除了振动数据之外，优选情况下，振动特性分析单元30还可以接收臂架的姿态信号，并将姿态信号与臂架的振动特性对应存储，以供振动特性分析时参考，这样能够记录相应姿态下臂架的振动特性，在进行振动控制时可以根据臂架的姿态来相应获取臂架的振动特性。所述姿态信号可以包括各臂节相对于水平面的倾角和/或臂架相对于回转台轴线的回转角度。下面分别以频率响应特性和相干函数的计算为例说明振动特性分析单元30的计算和分析过程，但需要说明的是，这两个示例并不是用于限制振动特性分析单元30的应用，事实上各种关于臂架振动特性的运算分析均可以在振动特性分析单元30中进行，只要根据运算分析的原理设定相应的程序即可。1、频率响应特性的计算频率响应特性(包括幅频响应特性和相频响应特性)用于反映振动系统的激励和响应的输入输出关系。振动特性分析单元30将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号X(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式⑴或公式⑵计算频响函数Η(ω)。
权利要求
1.一种用于臂架振动特性测试的控制器，该控制器(100)包括: 激振控制单元(10)，用于发出激振信号以执行激振； 信号采集单元(20)，用于采集所述激振控制单元(10)发出的所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及 振动特性分析单元(30)，用于调用信号采集单元(20)存储的振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述激振控制单元(10)根据不同激振方式发出相应的激振信号，所述激振方式为:臂节油缸激励和/或泵送油缸激励。
3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述信号采集单元(20)还将激振方式和激励模式的各参数对应于振动数据一同存储。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述信号采集单元(20)采集的臂架的振动信号是选定方向上的振动信号。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述信号采集单元(20)采集的臂架的振动信号为倾角信号和不同方向的振动信号，并根据倾角信号将振动信号转换成给定方向上的振动信号。
6.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)用于获得臂架的频率响应特性、相干函数、固有频率、阻尼比中的至少一者。
7.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)用于将调用的振动数据中的激振 信 号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式⑴或公式(2)计算频响函数Η(ω):
8.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号X (t)，将振动信号作为响应信号y (t)，按照公式(3)计算相干函数7^(0):
9.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)还用于将相干函数(O的值与一判断阈值进行比较，当相干函数ri (O的值大于或等于该判断阈值时，则判断振动数据的质量合格，而当相干函数；^ (O的值小于该判断阈值时，则判断振动数据的质量不合格。
10.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述振动特性分析单元(30)还接收臂架的姿态信号，并将姿态信号与臂架的振动特性对应存储。
11.一种臂架振动特性测试系统，该系统包括: 根据权利要求1-10中任一项权利要求所述的用于臂架振动特性测试的控制器(100)； 臂架振动监测单元(200)，用于检测臂架的振动情况，生成振动信号并输出到所述用于臂架振动特性测试的控制器(100)中的信号采集单元(20);以及 激振作动机构(300)，用于接收从所述用于臂架振动特性测试的控制器(100)中的激振控制单元(10)发出的激振信号并根据该激振信号进行激振。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述臂架振动监测单元(200)包括第一振动传感器(201)、第二振动传感器(202)和倾角传感器(203)，其中第一振动传感器(201)与第二振动传感器(202)的检测方向彼此正交，倾角传感器(203)用于检测臂架与水平面之间的夹角。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，该系统还包括臂架姿态监测单元(400)，用于检测臂架的姿态，生成姿态信号并输出到所述用于臂架振动特性测试的控制器(100)中的振动特性分析单兀(30)。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述姿态信号包括各臂节相对于水平面的倾角和/或臂架相对于回转台轴线的回转角度。
15.一种臂架振动特性测试方法，该方法包括: 激振步骤:发出激振信号以执行激振； 信号采集步骤:采集所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及 分析步骤:调用所述振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述激振步骤根据不同激振方式发出相应的激振信号，所述激振方式为:臂节油缸激励和/或泵送油缸激励。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，信号采集步骤还将激振方式和激励模式的各参数对应于振动数据一同存储。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述信号采集步骤采集的臂架的振动信号是选定方向上的振动信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述信号采集步骤采集的臂架的振动信号为倾角信号和不同方向的振动信号，并根据倾角信号将振动信号转换成给定方向上的振动信号。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，反复执行激振步骤和信号采集步骤以得到多组振动数据。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述分析步骤用于获得臂架的频率响应特性、相干函数、固有频率、阻尼比中的至少一者。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述分析步骤包括: 将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号x(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(I)或公式(2)计算频响函数Η(ω):
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述分析步骤包括:将调用的振动数据中的激振信号作为振动系统的激励信号X(t)，将振动信号作为响应信号y(t)，按照公式(3)计算相干函数 :
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述分析步骤还包括:将相干函数的值与一判断阈值进行比较，当相干函数7^(0的值大于或等于该判断阈值时，则判断振动数据的质量合格，而当相干函数；岣的值小于该判断阈值时，则判断振动数据的质量不合格。
25.根据权利要求15所述的方法，其中，所述分析步骤还包括: 接收臂架的姿态信号，并将姿态信号与臂架的振动特性对应存储。
26.根据权利要求25所述的方 法，其中，所述姿态信号包括各臂节相对于水平面的倾角和/或臂架相对于回转台轴线的回转角度。
全文摘要
本发明公开了一种用于臂架振动特性测试的控制器、测试系统及测试方法，其中所述用于臂架振动特性测试的控制器(100)包括激振控制单元(10)，用于发出激振信号以执行激振；信号采集单元(20)，用于采集所述激振控制单元(10)发出的所述激振信号以及以该激振信号对臂架进行激振所得到的臂架的振动信号，并将所述激振信号和所述振动信号对应存储成一组振动数据；以及振动特性分析单元(30)，用于调用信号采集单元(20)存储的振动数据并进行运算分析以获得臂架的振动特性。本发明通过将激振信号和振动信号分别作为臂架这个振动系统的激励信号和响应信号，并对其进行运算分析，从而获得臂架的各种振动特性。
文档编号G01M7/02GK103105278SQ201210004599
公开日2013年5月15日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者黄毅, 吴斌兴 申请人:中联重科股份有限公司