一种多自由度正弦振动控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于结构强度与环境可靠性试验技术领域，具体涉及一种多自由度正 弦振动控制器。
【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器，以减小计算控制谱与参考谱误差，提高精 度。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型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器。
[0005] 实现本实用新型目的的技术方案如下：
[0006] 本实用新型还提供了一种多自由度正弦控制器，包括控制计算机、主控板、前端 板、总连接线和供电模块；主控板包括通讯模块、总线模块和运算模块，通讯模块是主控板 与控制计算机的接口，包括网络接口、串行接口和USB接口；运算模块为CPU，与通讯模块 连接，具有计算功能；总线模块与CPU连接，包括数据总线和控制总线，通过总连接线完成 与前端板的数据和指令交互；总连接线连接主控板和前端板；前端板包括并联的正弦扫频 信号生成模块和控制信号采集处理模块；正弦扫频信号生成模块包括依次连接的数据收发 装置、正弦信号发生器、数模转换器和低通滤波器，控制信号采集处理模块包括数据收发装 置、高速缓存单元、模数转换器和信号调理单元，信号调理单元包括电荷放大器、电压放大 器和抗混滤波器；供电模块包括电源控制装置和供电装置，供电装置可以是外电供电或锂 电池供电，两种供电方式通过电源控制装置实现无缝切换。
[0007] 所述正弦信号发生器采用AD9850频率合成器。
[0008] 所述抗混滤波器采用8阶椭圆滤波器。
[0009] 所述高速缓存为64字节双口RAM。
[0010] 本实用新型的有益效果在于：
[0011] 本多自由度正弦振动控制方法在误差控制修正步骤中，改变了现有技术仅考虑实 时反馈向量的做法，加入了前馈修正向量，提高了控制精度。此外，本多自由度正 弦振动控制方法通过改变不同控制频率下正弦信号发发生器中正弦查询表存储的整周期 正弦信号数据点数，从而减少高频段控制计算时间及由此带来的控制误差，提高了控制过 程的速度。
【附图说明】
[0012] 图1为多自由度正弦振动控制系统组成示意图；
[0013] 图2为本实用新型的组成示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的描述。
[0015] 本实施例提供了一种多自由度正弦振动控制器，是多自由度正弦振动控制系统的 核心部分，与控制计算机、功率放大器、振动台系统、加速度传感器及相关附件电缆组成一 个完整的多自由度正弦振动控制系统，如图1所示。
[0016] 多自由度正弦振动控制器的组成如图2所示，包括控制计算机、主控板、前端板、 总连接线和供电模块；
[0017] 其中控制计算机是普通PC机；
[0018] 主控板包括通讯模块、总线模块和运算模块，通讯模块是主控板与控制计算机的 接口，包括网络接口、RS422串行接口和USB接口；运算模块即为CPU，与通讯模块连接，CPU 采用TMS320C6000系列DSP，型号为TMS320C6713,具有计算功能；总线模块与CPU连接，包 括数据总线和控制总线，通过总连接线完成与前端板的数据和指令交互；
[0019] 总连接线用于主控板和前端板的数据传输；
[0020] 前端板主要完成正弦扫频信号的生成和控制信号的采集。前端板包括并联的正弦 扫频信号生成模块和控制信号采集处理模块；正弦扫频信号生成模块包括依次连接的数据 收发装置、正弦信号发生器、数模转换器和低通滤波器，控制信号采集处理模块包括数据收 发装置、高速缓存单元、模数转换器和信号调理单元，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A/D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；
[0021] 前端板的正弦信号发生器、D\A转换器和低通滤波器完成生成指定的正弦扫频信 号的功能，正弦信号发生器采用AD9850频率合成器，D/A模数转换器主要采用AD5547型芯 片实现，低通滤波器采用物理电路实现；抗混滤波器采用8阶椭圆滤波器，A/D转换器主要 采用AD7671型芯片实现，高速缓存为64字节双口RAM。
[0022] 供电模块包括电源控制装置和供电装置，供电装置可以是外电供电，也可以是锂 电池供电，两种供电方式通过电源控制装置实现无缝切换。
[0023] 每一次闭环回路控制过程的数据流转关系如图1箭头所示。控制计算机提供人机 交互功能，通过发送参数命令控制多自由度正弦振动控制器。多自由度正弦振动控制器根 据控制计算机发送的指令将生成的正弦扫频信号依次通过D/A转换器、低通滤波器、功率 放大器将信号作用于振动台，加速度传感器通过回采振动台控制点的加速度信号，依次通 过抗混滤波器、电荷放大器、电压放大器、A/D转换器等模块，将采集的数字信号输入到多自 由度正弦振动控制器中，多自由度正弦振动控制器通过离线前馈-实时反馈控制算法进行 计算，根据控制算法计算的结果生成新的指令发送正弦扫频信号驱动振动台，这样就完成 了一次闭环回路的控制工作。
[0024] 上述多自由度正弦振动控制器的使用方法依次包括如下步骤：
[0025] 步骤1.试验参数设定
[0026] 步骤I. 1根据试验要求设定控制自由度数量；
[0027] 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；
[0028] 步骤2.发送振动台系统的频响函数输入信号
[0029] 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；
[0030] 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；
[0031] 正弦信号发生器输出小量级的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（D/A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；
[0032] 步骤3.振动加速度信号的采集和处理
[0033] 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（A/D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A/D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；