振動試驗實時控制

1、振動試驗實時控制振動試驗實時控制浙江大學(xué)機械系浙江大學(xué)機械系陳章位教授陳章位教授2振動試驗振動試驗工程背景工程背景u現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的制作工藝越來越復(fù)雜現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的制作工藝越來越復(fù)雜u復(fù)合材料的應(yīng)用越來越多復(fù)合材料的應(yīng)用越來越多u產(chǎn)品的使用范圍越來越廣產(chǎn)品的使用范圍越來越廣u產(chǎn)品的可靠性要求越來越高產(chǎn)品的可靠性要求越來越高3振動引發(fā)的故障模式振動引發(fā)的故障模式 結(jié)構(gòu)疲勞破壞結(jié)構(gòu)疲勞破壞 結(jié)構(gòu)瞬時超越破壞結(jié)構(gòu)瞬時超越破壞 儀器設(shè)備功能失效儀器設(shè)備功能失效 產(chǎn)品總體性能下降產(chǎn)品總體性能下降 對人體造成危害對人體造成危害u2.55Hz 之間的振動，可引起頸椎和腰椎的共振，振幅增大約之間的振動，可引起頸

2、椎和腰椎的共振，振幅增大約240u46Hz 間的振動，可使人的驅(qū)體、肩以及頸發(fā)生共振，振幅增大約間的振動，可使人的驅(qū)體、肩以及頸發(fā)生共振，振幅增大約200u2030Hz 間的振動，使人的關(guān)節(jié)與肩之間出現(xiàn)強共振，其振幅增大間的振動，使人的關(guān)節(jié)與肩之間出現(xiàn)強共振，其振幅增大250u60200Hz 間的振動，可使人的眼球、手指發(fā)生共振，共振幅增大約間的振動，可使人的眼球、手指發(fā)生共振，共振幅增大約230一般地面設(shè)備機械振動的頻率范圍是一般地面設(shè)備機械振動的頻率范圍是l0100Hz，舶船設(shè)備機械振動的頻率范圍是，舶船設(shè)備機械振動的頻率范圍是5l00Hz，可見這些振動對人體都是很有危害性的。，可見這些振

3、動對人體都是很有危害性的。4振動試驗?zāi)康恼駝釉囼災(zāi)康?研制試驗研制試驗 鑒定試驗鑒定試驗 功能試驗功能試驗 耐久試驗?zāi)途迷囼?可靠性試驗可靠性試驗 用于確定裝備的特性，暴露設(shè)計和構(gòu)造的不足及評價用于確定裝備的特性，暴露設(shè)計和構(gòu)造的不足及評價糾正措施糾正措施確定裝備是否滿足特定環(huán)境要求確定裝備是否滿足特定環(huán)境要求驗證裝備暴露在最惡劣的運行環(huán)境條件下是否能正常驗證裝備暴露在最惡劣的運行環(huán)境條件下是否能正常工作工作對環(huán)境壽命周期高精度的模擬對環(huán)境壽命周期高精度的模擬 獲得裝備失效率的統(tǒng)計規(guī)律獲得裝備失效率的統(tǒng)計規(guī)律, ,試驗件通常較多試驗件通常較多根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)階段的不同，其試驗?zāi)康闹饕獏⒁姡ǜ鶕?jù)產(chǎn)品

4、研發(fā)階段的不同，其試驗?zāi)康闹饕獏⒁姡∕IL-STD-810FMIL-STD-810F）5振動試驗?zāi)康恼駝釉囼災(zāi)康陌褜嶋H運行環(huán)境振動與沖擊等抽象到理論高度，把實際運行環(huán)境振動與沖擊等抽象到理論高度，形成各類力學(xué)環(huán)境試驗標準；形成各類力學(xué)環(huán)境試驗標準；根據(jù)各類試驗標準，完成力學(xué)環(huán)境試驗根據(jù)各類試驗標準，完成力學(xué)環(huán)境試驗?zāi)繕耍菏巩a(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)完成預(yù)定功目標：使產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)完成預(yù)定功能能在實驗室環(huán)境里，模擬對象在實際運行環(huán)境中在實驗室環(huán)境里，模擬對象在實際運行環(huán)境中有可能承受的振動與沖擊；有可能承受的振動與沖擊；62. 振動試驗方法振動試驗方法2.1 正弦振動試驗正弦振動試驗主要用途：主

5、要用途：（1 1）模擬激勵源是周期函數(shù)的振動）模擬激勵源是周期函數(shù)的振動（2 2）搜尋結(jié)構(gòu)共振頻率）搜尋結(jié)構(gòu)共振頻率（3 3）考核試件的疲勞強度）考核試件的疲勞強度（4 4）與隨機振動疊加產(chǎn)生模擬）與隨機振動疊加產(chǎn)生模擬實際環(huán)境的振動（實際環(huán)境的振動（SORSOR直升直升機、汽車發(fā)動機艙）機、汽車發(fā)動機艙）72. 振動試驗方法振動試驗方法82. 振動試驗方法振動試驗方法顯示卡顯示卡92. 振動試驗方法振動試驗方法-風(fēng)扇風(fēng)扇10分類：分類：（1 1）定頻正弦振動試驗）定頻正弦振動試驗（2 2）掃頻正弦振動試驗）掃頻正弦振動試驗正弦掃描搜尋找共振頻率，在共振頻率定頻駐留，考核正弦掃描搜尋找共振頻率

6、，在共振頻率定頻駐留，考核疲勞強度；疲勞強度；正弦振動頻率始終不變的試驗叫定頻正弦振動試驗正弦振動頻率始終不變的試驗叫定頻正弦振動試驗正弦掃頻試驗中頻率將按一定的規(guī)律發(fā)生變化，而正弦掃頻試驗中頻率將按一定的規(guī)律發(fā)生變化，而振動量級是頻率的函數(shù)振動量級是頻率的函數(shù)交越頻率交越頻率：振動特征量由一種關(guān)系變?yōu)閮煞N關(guān)系的頻率：振動特征量由一種關(guān)系變?yōu)閮煞N關(guān)系的頻率嚴酷等級嚴酷等級頻率范圍、振動幅值、掃描方式、掃描速頻率范圍、振動幅值、掃描方式、掃描速率、持續(xù)時間率、持續(xù)時間2. 振動試驗方法振動試驗方法2.1 正弦振動試驗正弦振動試驗11掃描方式：掃描方式：線性掃描線性掃描頻率變化是線性的，各頻率振動

7、時間相同頻率變化是線性的，各頻率振動時間相同疲勞損傷與應(yīng)力交變次數(shù)有關(guān)通常采用對數(shù)掃描疲勞損傷與應(yīng)力交變次數(shù)有關(guān)通常采用對數(shù)掃描快速掃描快速掃描響應(yīng)來不及進入非線性，用于模態(tài)分析響應(yīng)來不及進入非線性，用于模態(tài)分析對數(shù)掃描對數(shù)掃描頻率的對數(shù)線性變化，各頻率振動次數(shù)近頻率的對數(shù)線性變化，各頻率振動次數(shù)近似相同似相同掃描速率：掃描速率：Hz/minHz/min、Oct/minOct/min慢速掃描慢速掃描激起最大的共振響應(yīng)，用于搜尋共振頻率激起最大的共振響應(yīng)，用于搜尋共振頻率采用快慢結(jié)合的方式搜尋共振頻率采用快慢結(jié)合的方式搜尋共振頻率2. 振動試驗方法振動試驗方法2.1 正弦振動試驗正弦振動試驗12

8、u所有試驗頻率成分同時激振而且在各頻率的輸入振幅是隨機變化的所有試驗頻率成分同時激振而且在各頻率的輸入振幅是隨機變化的u從時間軸上看，隨機振動試驗為多次瞬間隨機振動的疊加，從試驗從時間軸上看，隨機振動試驗為多次瞬間隨機振動的疊加，從試驗曲線上看，測點響應(yīng)曲線的每一幀都不同曲線上看，測點響應(yīng)曲線的每一幀都不同u數(shù)學(xué)模型更為復(fù)雜，控制設(shè)備要求較高數(shù)學(xué)模型更為復(fù)雜，控制設(shè)備要求較高u更加符合真實環(huán)境激勵更加符合真實環(huán)境激勵隨機振動試驗特點：隨機振動試驗特點：為什么隨機信號能控制為什么隨機信號能控制隨機振動試驗應(yīng)用范圍：隨機振動試驗應(yīng)用范圍：模擬車輛實際行駛過程中受到的振動模擬車輛實際行駛過程中受到的

9、振動模擬地震時的振動模擬地震時的振動模擬飛行器發(fā)動機運行時的振動模擬飛行器發(fā)動機運行時的振動模擬流體的紊流引發(fā)的振動模擬流體的紊流引發(fā)的振動2. 振動試驗方法振動試驗方法2.2 隨機振動試驗隨機振動試驗13隨機振動假設(shè)：平穩(wěn)、各態(tài)歷經(jīng)、高斯分布隨機振動假設(shè)：平穩(wěn)、各態(tài)歷經(jīng)、高斯分布平穩(wěn)平穩(wěn)統(tǒng)計特性與時間無關(guān)統(tǒng)計特性與時間無關(guān)高斯分布高斯分布瞬時加速度值的概率密度函數(shù)符合高斯分布瞬時加速度值的概率密度函數(shù)符合高斯分布各態(tài)歷經(jīng)各態(tài)歷經(jīng)每個子樣可以代表過程的統(tǒng)計特性每個子樣可以代表過程的統(tǒng)計特性嚴酷等級嚴酷等級頻率范圍、加速度譜密度、總均方根、持續(xù)頻率范圍、加速度譜密度、總均方根、持續(xù)時間時間2.

10、振動試驗方法振動試驗方法2.2 隨機振動試驗隨機振動試驗14隨機振動中的計算：隨機振動中的計算：均方根值：均方根值：最大推力：最大推力：功率譜密度斜率：功率譜密度斜率：最大位移：最大位移：2. 振動試驗方法振動試驗方法2.2 隨機振動試驗隨機振動試驗15隨機振動試驗條件的設(shè)置：隨機振動試驗條件的設(shè)置：頻率范圍頻率范圍輸入試驗頻率的上下限輸入試驗頻率的上下限自由度數(shù)自由度數(shù)統(tǒng)計中獨立變量的個數(shù)統(tǒng)計中獨立變量的個數(shù)分辨率分辨率最大頻率與譜線數(shù)之比最大頻率與譜線數(shù)之比譜設(shè)置譜設(shè)置按照試驗規(guī)范將譜型輸入至控制器按照試驗規(guī)范將譜型輸入至控制器容差設(shè)置容差設(shè)置推薦報警限為推薦報警限為3dB3dB與中斷限與

11、中斷限6dB6dB2. 振動試驗方法振動試驗方法2.2 隨機振動試驗隨機振動試驗16（1 1）正弦疊加隨機振動（）正弦疊加隨機振動（SORSOR）模擬真實的工作環(huán)境寬帶隨機正弦和或模擬真實的工作環(huán)境寬帶隨機正弦和或/ /窄帶隨機窄帶隨機2. 振動試驗方法振動試驗方法2.3 混合振動試驗混合振動試驗17（2 2）隨機疊加隨機振動（）隨機疊加隨機振動（RORROR）（3 3）正弦疊加隨機再疊加隨機振動（）正弦疊加隨機再疊加隨機振動（SRORSROR）2. 振動試驗方法振動試驗方法2.3 混合振動試驗混合振動試驗18適合模擬復(fù)雜激勵下的振動試驗適合模擬復(fù)雜激勵下的振動試驗可分段完成的大量級振動試驗可

12、分段完成的大量級振動試驗uSROR SROR 模式下，寬帶隨機的振動量級較小，窄帶隨機模式下，寬帶隨機的振動量級較小，窄帶隨機和正弦振動量級較大和正弦振動量級較大uROR ROR 模式下，可用實現(xiàn)輸出較小的激振力進行較大量模式下，可用實現(xiàn)輸出較小的激振力進行較大量級的振動級的振動特點：特點：應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：2. 振動試驗方法振動試驗方法2.3 混合振動試驗混合振動試驗19沖擊環(huán)境來自于彈性體之間的機械撞擊沖擊環(huán)境來自于彈性體之間的機械撞擊2. 振動試驗方法振動試驗方法2.4 沖擊試驗沖擊試驗沖擊環(huán)境：沖擊環(huán)境：u運輸過程中的隨機性彈跳沖擊運輸過程中的隨機性彈跳沖擊u操作過程中的意外敲擊、震

13、搖、跌落操作過程中的意外敲擊、震搖、跌落u利用沖擊能的受控沖擊環(huán)境利用沖擊能的受控沖擊環(huán)境u化學(xué)能或其他能量的突然釋放化學(xué)能或其他能量的突然釋放20電工電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強度和性能穩(wěn)定性與產(chǎn)品響應(yīng)的應(yīng)力直電工電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強度和性能穩(wěn)定性與產(chǎn)品響應(yīng)的應(yīng)力直接相關(guān)。接相關(guān)?！驹趶椥詷O限內(nèi)，產(chǎn)品受到的應(yīng)力相同，其變形相在彈性極限內(nèi)，產(chǎn)品受到的應(yīng)力相同，其變形相同，所以表現(xiàn)的故障也相同同，所以表現(xiàn)的故障也相同】2. 振動試驗方法振動試驗方法2.4 沖擊試驗沖擊試驗沖擊試驗中的等效損傷原則沖擊試驗中的等效損傷原則沖擊故障類型沖擊故障類型a a）結(jié)構(gòu)變形）結(jié)構(gòu)變形b b）安裝松動產(chǎn)生裂紋甚至斷裂）安裝松動產(chǎn)

14、生裂紋甚至斷裂c c）電氣連接松動，接觸不良，使得產(chǎn)品工作性能不穩(wěn)定）電氣連接松動，接觸不良，使得產(chǎn)品工作性能不穩(wěn)定d d）產(chǎn)品內(nèi)部各單元的相對位置發(fā)生變化，造成性能下降，）產(chǎn)品內(nèi)部各單元的相對位置發(fā)生變化，造成性能下降，甚至元器件破裂，使其無法工作甚至元器件破裂，使其無法工作21數(shù)學(xué)表達式數(shù)學(xué)表達式根據(jù)函數(shù)根據(jù)函數(shù)f f（t t）不同的表達式，沖擊可分為：）不同的表達式，沖擊可分為： （1 1）、半正弦波）、半正弦波（2 2）、矩形波）、矩形波（3 3）、后峰鋸齒波）、后峰鋸齒波（4 4）、前鋒鋸齒波）、前鋒鋸齒波（5 5）、前后峰鋸齒波可組成三角波）、前后峰鋸齒波可組成三角波tatfDsi

15、n)(00)(atfDtatf0)()1 ()(0Dtatf)( , 0)0(),(0DtDttfaa沖擊波形復(fù)現(xiàn)沖擊波形復(fù)現(xiàn)2. 振動試驗方法振動試驗方法2.4 沖擊試驗沖擊試驗22沖擊響應(yīng)譜時單自由度系統(tǒng)在沖擊作用下的最大響應(yīng)同沖擊響應(yīng)譜時單自由度系統(tǒng)在沖擊作用下的最大響應(yīng)同系統(tǒng)固有頻率之間的關(guān)系，其間不包含相位信息，因此系統(tǒng)固有頻率之間的關(guān)系，其間不包含相位信息，因此沖擊脈沖波形與沖擊響應(yīng)譜之間不存在唯一的對應(yīng)關(guān)系。沖擊脈沖波形與沖擊響應(yīng)譜之間不存在唯一的對應(yīng)關(guān)系。沖擊響應(yīng)譜復(fù)現(xiàn)沖擊響應(yīng)譜復(fù)現(xiàn)不同的沖擊脈沖可以有相同的沖擊響應(yīng)譜，同一沖擊響不同的沖擊脈沖可以有相同的沖擊響應(yīng)譜，同一沖擊響

16、應(yīng)譜可以對應(yīng)無窮多個沖擊脈沖。應(yīng)譜可以對應(yīng)無窮多個沖擊脈沖。用振動臺進行沖擊試驗的實質(zhì)就是利用沖擊響應(yīng)譜的不用振動臺進行沖擊試驗的實質(zhì)就是利用沖擊響應(yīng)譜的不唯一性，人為地產(chǎn)生一種沖擊脈沖，使其能夠匹配規(guī)定唯一性，人為地產(chǎn)生一種沖擊脈沖，使其能夠匹配規(guī)定的沖擊響應(yīng)譜。的沖擊響應(yīng)譜。產(chǎn)生沖擊脈沖的方法一般是波形綜合法。產(chǎn)生沖擊脈沖的方法一般是波形綜合法。2. 振動試驗方法振動試驗方法2.4 沖擊試驗沖擊試驗23試驗條件的獲?。涸囼灄l件的獲取：實測數(shù)據(jù)、類似產(chǎn)品、相關(guān)標準實測數(shù)據(jù)、類似產(chǎn)品、相關(guān)標準常用標準：常用標準：軍工產(chǎn)品：軍工產(chǎn)品：GJB150GJB150、MILMILSTDSTD810F81

17、0F電子產(chǎn)品：電子產(chǎn)品：GB/T2423GB/T2423、IEC60068IEC60068汽車零部件：汽車零部件：ISO16750ISO16750、GM3127GM3127軌道交通：軌道交通：IEC61373IEC61373、TB3058TB3058包裝運輸：包裝運輸：GB/T4857GB/T4857、ASTMASTM、ISTAISTA2. 振動試驗方法振動試驗方法2.5 振動試驗條件振動試驗條件24邊界條件的模擬：邊界條件的模擬：（1 1）正確模擬邊界條件，才能保證試驗的正確性夾具）正確模擬邊界條件，才能保證試驗的正確性夾具（2 2）激勵試驗時不需模擬實際邊界條件）激勵試驗時不需模擬實際邊界

18、條件ESSESS傳感器的安裝位置：傳感器的安裝位置：控制點夾具上試件與夾具的結(jié)合面，靠近固定點控制點夾具上試件與夾具的結(jié)合面，靠近固定點測量點試件上剛度較大的位置，避免局部薄壁振動測量點試件上剛度較大的位置，避免局部薄壁振動2. 振動試驗方法振動試驗方法2.6 振動試驗的共性問題振動試驗的共性問題25再現(xiàn)性再現(xiàn)性不是試驗與實際環(huán)境的再現(xiàn)性，而是不同不是試驗與實際環(huán)境的再現(xiàn)性，而是不同人在不同場合進行試驗時結(jié)果的一致性人在不同場合進行試驗時結(jié)果的一致性振動的疲勞累積效應(yīng)振動的疲勞累積效應(yīng)加速試驗加速試驗振動耐久試驗振動耐久試驗通過增大振動量級縮短試驗時間通過增大振動量級縮短試驗時間2. 振動試驗

19、方法振動試驗方法2.6 振動試驗的共性問題振動試驗的共性問題26振動、溫度與濕度的綜合模擬工作環(huán)境、溫度振動、溫度與濕度的綜合模擬工作環(huán)境、溫度引起材料性能的改變、振動傳遞特性變化引起材料性能的改變、振動傳遞特性變化溫度與振動綜合傳感器靈敏度變化的影響溫度與振動綜合傳感器靈敏度變化的影響多維振動試驗更加真實模擬實際環(huán)境多維振動試驗更加真實模擬實際環(huán)境2. 振動試驗方法振動試驗方法2.6 振動試驗的共性問題振動試驗的共性問題273. 振動試驗系統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)3.1 振動試驗系統(tǒng)的構(gòu)成振動試驗系統(tǒng)的構(gòu)成驅(qū)動信號驅(qū)動信號實際振動實際振動振動臺振動臺功功率率放放大大器器勵磁激勵勵磁激勵振動控制儀振動控

20、制儀283.1 試驗系統(tǒng)中的信號流試驗系統(tǒng)中的信號流3. 振動試驗系統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)運動信號運動信號電荷信號電荷信號電荷信號電荷信號電壓信號電壓信號電壓信號電壓信號電壓信號電壓信號數(shù)字信號數(shù)字信號293.2 振動控制器振動控制器國內(nèi)廠家：國內(nèi)廠家：杭州億恒科技有限公司等杭州億恒科技有限公司等按照功能分：按照功能分：正弦控制儀，隨機控制儀和多功能控正弦控制儀，隨機控制儀和多功能控制儀制儀按照控制方式分：按照控制方式分：模擬式和數(shù)字式模擬式和數(shù)字式3. 振動試驗系統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)30a a、頻率范圍、頻率范圍b b、頻率穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度c c、掃描功能、掃描功能d d、壓縮的動態(tài)范圍、壓縮的動態(tài)范圍

21、e e、測振指示精度、測振指示精度f f、控制精度、控制精度振動控制儀的主要技術(shù)指標：振動控制儀的主要技術(shù)指標：正弦振動控制正弦振動控制：隨機振動控制隨機振動控制：a a、頻率范圍、頻率范圍b b、頻率分辨率、頻率分辨率c c、動態(tài)范圍、動態(tài)范圍d d、均衡精度、均衡精度e e、回路時間、回路時間3.2 振動控制器振動控制器3. 振動試驗系統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)313.3 振動臺振動臺（1 1）機械式振動臺）機械式振動臺直接作用式：凸輪驅(qū)動工作臺直接作用式：凸輪驅(qū)動工作臺慣性式：偏心質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為激振力慣性式：偏心質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為激振力優(yōu)點：優(yōu)點：價格低廉、工作可靠、載荷和推力大

22、價格低廉、工作可靠、載荷和推力大缺點：缺點：工作頻率范圍窄，加速度失真較大。可滿足試驗工作頻率范圍窄，加速度失真較大?？蓾M足試驗方法中低頻段試驗要求方法中低頻段試驗要求3. 振動試驗系統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)32（2 2）電液式振動試驗臺）電液式振動試驗臺原理：原理：通過能量轉(zhuǎn)換裝置，將油泵流出的高壓流通過能量轉(zhuǎn)換裝置，將油泵流出的高壓流體的能量轉(zhuǎn)換成激振力體的能量轉(zhuǎn)換成激振力優(yōu)點：優(yōu)點：下限頻率低，易于實現(xiàn)大推力，載荷重，位下限頻率低，易于實現(xiàn)大推力，載荷重，位移大移大缺點：缺點：設(shè)備復(fù)雜，價格昂貴，對基礎(chǔ)要求高。設(shè)備復(fù)雜，價格昂貴，對基礎(chǔ)要求高。可滿足試驗方法中低、中頻段的試驗要求可滿足試驗方法中低

23、、中頻段的試驗要求3.3 振動臺振動臺3. 振動試驗系統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)33（3 3）電動式振動試驗臺）電動式振動試驗臺原理：原理：恒定磁場和位于磁場中通有一交變電流的線恒定磁場和位于磁場中通有一交變電流的線圈相互作用，產(chǎn)生激振力圈相互作用，產(chǎn)生激振力優(yōu)點優(yōu)點：工作頻帶寬，振動波形好，易于自動控制，操：工作頻帶寬，振動波形好，易于自動控制，操作調(diào)節(jié)方便作調(diào)節(jié)方便缺點缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴，載荷和工作臺面較小。：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴，載荷和工作臺面較小?？蓾M足試驗要求中可滿足試驗要求中5Hz5Hz以上的各頻段試驗要求以上的各頻段試驗要求3.3 振動臺振動臺3. 振動試驗系統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)振動試驗控制的

24、目標振動試驗控制的目標是在振動臺再現(xiàn)規(guī)定的試驗條件，是在振動臺再現(xiàn)規(guī)定的試驗條件，使傳感器測得的響應(yīng)信號與目標信號相一致。使傳感器測得的響應(yīng)信號與目標信號相一致。時域波形再現(xiàn)時域波形再現(xiàn)頻譜再現(xiàn)隨機振動頻譜再現(xiàn)隨機振動汽車道路模擬、地震模擬汽車道路模擬、地震模擬寬帶隨機振動試驗寬帶隨機振動試驗窄帶隨機振動試驗窄帶隨機振動試驗4 4. . 振動試驗實時控制振動試驗實時控制頻譜再現(xiàn)隨機振動頻譜再現(xiàn)隨機振動寬帶隨機振動試驗寬帶隨機振動試驗窄帶隨機振動試驗窄帶隨機振動試驗4 4. . 振動試驗實時控制振動試驗實時控制問題問題:1、隨機信號可以控制、隨機信號可以控制2、頻域控制、頻域控制稱之稱之:頻譜再

25、現(xiàn)頻譜再現(xiàn),由于是單自由度由于是單自由度不考慮相位不考慮相位.364 4. . 振動試驗實時控制振動試驗實時控制數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換時域隨機化時域隨機化IFFTIFFT頻譜均衡頻譜均衡PSDPSD計算計算模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換參考譜參考譜相位隨機化相位隨機化振動臺振動臺與試件與試件功率功率放大器放大器振動測量振動測量傳感器傳感器37振動臺傳感器A/DD/A相位隨機化傳遞函數(shù)估計均衡處理時域隨機化重疊存儲功率譜估計參考譜IFFT頻譜均衡4 4. . 振動試驗實時控制振動試驗實時控制38迭代控制：迭代控制： u 辨識系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；辨識系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；u 計算初始驅(qū)動信號；計算初始驅(qū)動信號；u 迭代過程；迭

26、代過程；u 用離線修正好的驅(qū)動信號進行激振，用離線修正好的驅(qū)動信號進行激振， 開始正式試驗。開始正式試驗。4.4.振動試驗控制理論振動試驗控制理論394 4. . 振動試驗實時控制振動試驗實時控制 振動控制系統(tǒng)的振動控制系統(tǒng)的”實時性實時性”是完成一次閉環(huán)控是完成一次閉環(huán)控制的循環(huán)時間。制的循環(huán)時間。 微處理單元微處理單元 數(shù)字信號處理器數(shù)字信號處理器 為算法的實現(xiàn)與改進提供可能為算法的實現(xiàn)與改進提供可能404.4.振動試驗控制理論振動試驗控制理論4.1 4.1 功率譜密度估計功率譜密度估計 振動試驗控制系統(tǒng)是一個振動試驗控制系統(tǒng)是一個實時控制系統(tǒng)實時控制系統(tǒng)，基于參數(shù)化模型，基于參數(shù)化模型的

27、譜估計方法雖然具有高的分辨率，如應(yīng)用到振動試驗中的譜估計方法雖然具有高的分辨率，如應(yīng)用到振動試驗中可以顯著提高譜估計精度、提高系統(tǒng)的控制收斂速度，但可以顯著提高譜估計精度、提高系統(tǒng)的控制收斂速度，但是卻具有建立系統(tǒng)模型難、對噪聲非常敏感、運算量要求是卻具有建立系統(tǒng)模型難、對噪聲非常敏感、運算量要求高的難點。高的難點。 而而周期圖法周期圖法雖然具有譜估計方差大的缺點，但由于計算簡雖然具有譜估計方差大的缺點，但由于計算簡單，可以通過多次統(tǒng)計平均減小方差對譜估計的影響，因單，可以通過多次統(tǒng)計平均減小方差對譜估計的影響，因此廣泛應(yīng)用于各種實時控制系統(tǒng)中。此廣泛應(yīng)用于各種實時控制系統(tǒng)中。 2| )(|1

28、)(kXNPNper10/2)(1)(NrNkrjNerxNkX414.2 4.2 頻譜均衡頻譜均衡)(th)(H)(tx)(ty)(xS)(yS激勵激勵響應(yīng)響應(yīng)時域時域頻域頻域系統(tǒng)的傳遞特性系統(tǒng)的傳遞特性)()()(2xySHS均衡均衡就是對輸出給功率放大器的激勵信號，在就是對輸出給功率放大器的激勵信號，在不同頻率不同頻率段進行不同程度的放大和衰減段進行不同程度的放大和衰減，使振動臺的振動能達到設(shè)，使振動臺的振動能達到設(shè)定目標譜的過程。定目標譜的過程。4 4. . 振動試驗實時控制振動試驗實時控制422/ HSSyxrxSS 2/ HSSrxxySSH/2H2)()()(HSSrx激勵激勵測

29、試測試1H頻譜均衡公式頻譜均衡公式2)()()(HSSyx)()(yrSS4.4.振動試驗控制理論振動試驗控制理論434.3 4.3 隨機驅(qū)動信號的產(chǎn)生隨機驅(qū)動信號的產(chǎn)生偽隨機信號偽隨機信號 10/21)(1)(NkNknjsekfSNntx)(1kfS)(sntx4.4.振動試驗控制理論振動試驗控制理論44偽隨機信號是多次重復(fù)其自身，其頻譜為離散譜，能量偽隨機信號是多次重復(fù)其自身，其頻譜為離散譜，能量集中在原譜的采樣頻率點上，其時域信號是以一幀信號的集中在原譜的采樣頻率點上，其時域信號是以一幀信號的采樣時間采樣時間T T為周期。為周期。 雖然不存在頻譜泄漏問題，但是偽隨機信號的幅值分布雖然不存在頻譜泄漏問題，但是偽隨機信號的幅值分布具有尖刺，其幅值概率密度函數(shù)僅近似于高斯（正態(tài)）分具有尖刺，其幅值概率密度函數(shù)僅近似于高斯（正態(tài)）分布。布。 在共振帶寬小于在共振帶寬小于2 2 （ 為頻率分辨率）時可能產(chǎn)生欠為頻率分辨率）時可能產(chǎn)生欠試驗。試驗。 ff偽隨機信號偽隨機信號4.4.振動試驗控制理論振動試驗控制理論45真隨機信號真隨機信號時域隨機化的過程，就是對相位隨機化后的偽隨機信號進時域隨機化的過程，就是對相位隨機化后的偽隨機信號進行行延時延時和和反