振动控制器的设计

1万 · 2020-2-17 14:22

振动试验在国防领域不仅为新型武器系统和装备提供重要的设计依据，而且
作为武器装备的主要测试手段，用于装备性能、可靠性、临战状态的考核与验收，
可有效地缩短研制周期，节省人力和财力消耗。国外这类设备对中国禁运，只向
我国民用车辆和土木建筑部门提供通用的振动模拟试验设备，且价格昂贵。因此，
无论系统集成技术还是控制技术，打破国外的这种垄断，自主研制振动试验系统，
提高自身的技术水平是非常必要的。

1万 · 2020-2-17 14:23

随机振动试验是振动试验的一种，在实际工程中，设备在工作环境中经受的
振动形式大多为随机振动，为判断产品的抗震功能和耐震强度，也必须进行以随
机振动为主的试验考核，随机振动试验根据目的不同还可分为功率谱复现和波形
复现两种试验，前者只关心谱幅值频率特性，后者还要关注相位的变化，涉及到
一些相位的补偿计算及修正，但波形浮现的范围较前者低。多数随机振动试验还
是只关心谱的幅值与频率特性，所以功率谱复现算法是当前主要的随机振动算
法。

1万 · 2020-2-17 14:23

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振动通常分为确定性振动和随机振动两大类，而在实际工程中，设备在工作
环境中经受的振动形式大多为随机振动，为判断产品的抗震功能和耐震强度，也
必须进行以随机振动为主的试验考核，随机振动不局限在确定的频率点上，其特
征经常用形如加速度功率谱密度(PSD, power spectral density)等统计特性描述。要
模拟这种振动形式，就需要在振动台上复现出实测的功率谱密度[f221。由于系统
频宽及非线性的影响，仅靠伺服控制方法是不能满足随机振动试验精度要求的。
为了提高控制精度，更准确地复现参考功率谱密度，需要通过功率谱复现控制算
法对驱动信号进行迭代补偿，减小响应信号的功率谱密度与参考功率谱密度的差
别。

1万 · 2020-2-17 14:50

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伺服控制系统的作用是将对台面的自由度驱动信号转化为对单系统(激振器)
的驱动信号，通过控制激振器的运动实现平台的运动。为了实现加速度控制，通
常采用三状态控制和极点配置等技术，提高控制系统的稳定裕量并拓展系统频
宽，提高系统的控制精度。

1万 · 2020-2-17 14:51

虽然仅采用伺服控制方法可以控制平台运动，但此时系统的响应信号与输入
的期望信号相比往往会有很大偏差。产生偏差的原因主要有两个方面:一是受系
统频宽的限制，二是受系统非线性的影响。对于理想系统，其输出信号会完全等于
输入信号，幅频特性处在0分贝线上。而实际系统幅频特性在不同频段与0分贝
线有不同程度的差异，这种幅频特性的波动必然导致系统响应与期望值之间出现
偏差。对于液压振动台，驱动信号经伺服阀、液压缸、连接球铰、平台、夹具后，
最终才能传递到试件上，传递过程中有很多非线性因素，此外试件本身也含有非
线性特性，这些非线性因素是产生偏差的另一个原因。考虑以上两个因素，仅靠
伺服控制方法是不能满足随机振动试验精度要求的。

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