振動試驗實時控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、環(huán)境振動試驗是可靠性工程的重要組成部分之一，在近五十年中，隨著航空、航天、軍事裝備、各民用行業(yè)對產(chǎn)品性能以及可靠性要求的不斷提高，對環(huán)境振動試驗的要求越來越高。其試驗方法也從以前的正弦試驗逐步發(fā)展到具有隨機試驗、正弦加隨機、隨機加隨機、沖擊試驗、沖擊響應譜以及隨機信號的時域再現(xiàn)等諸多試驗方法，以滿足不同應用以及科學研究領(lǐng)域的需要。這些振動試驗的控制算法在進行試驗的過程中起著至關(guān)重要的作用，直接影響著振動試驗的控制精度、控制動態(tài)范圍以及試

2、驗結(jié)果的可信度等。因此，針對振動試驗的控制算法展開研究是具有十分重要的意義。 本論文主要以隨機振動試驗作為研究對象，綜合國內(nèi)外文獻資料以及工程中實際反映的問題，主要針對以下方面進行了詳細的理論和試驗研究。首先，隨機振動試驗中的控制動態(tài)范圍是衡量振動試驗系統(tǒng)控制性能和控制精度的主要指標。目前國內(nèi)振動試驗控制器僅能做到60dB的控制動態(tài)范圍，而國際同類技術(shù)水平能達到90dB。因此，本論文在對傳統(tǒng)隨機振動試驗算法進行分析的基礎(chǔ)上，揭示

3、控制動態(tài)范圍低的問題所在：加窗重疊所帶來的頻譜泄漏以及時域統(tǒng)計特性變化，并在分析的基礎(chǔ)上提出了時域的修正算法，給出了基于兩幀重疊的修正因子關(guān)系式。該解決方法使得隨機振動試驗的控制動態(tài)范圍達到了90dB以上，滿足了隨機振動試驗高控制動態(tài)范圍的要求。其次，復合振動試驗更能真實反映產(chǎn)品在實際環(huán)境中所受到的振動激勵。在目前的正弦加隨機振動控制算法中普遍存在低頻正弦信號從寬帶隨機信號中分離精度不高，以及多個低頻正弦信號不易分的難題。本論文采用從頻

4、域分離的思想，在多分辨率譜分析方法的基礎(chǔ)上，提出了基于多分辨率譜分析方法與維納-辛欽定理相結(jié)合的幅值分離算法，提高了正弦信號分離的精度，從而提高了正弦加隨機振動試驗的控制精度。此外，本文對基于32位浮點高速處理器DSP和FPGA實時硬件系統(tǒng)的設(shè)計做了深入的研究，并與前述研究內(nèi)容結(jié)合在一起，在實際振動試驗系統(tǒng)中進行了控制算法的對比研究，試驗結(jié)果再次證明了本文的研究算法是正確的。 有關(guān)各章內(nèi)容分述如下： 第1章闡述了本課題的

5、來源、研究的目的和意義；重點介紹了國內(nèi)外振動試驗控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和研究動態(tài)；介紹了相關(guān)研究領(lǐng)域的研究狀況；最后對論文的總體研究內(nèi)容以及研究結(jié)果進行概括性論述。 第2章對隨機振動試驗控制原理及其算法進行了詳細的介紹。重點介紹了其中的譜估計、傳遞函數(shù)均衡、相位隨機化、時域隨機化等關(guān)鍵技術(shù)；并對隨機振動信號的時域分布進行了介紹。 第3章在對傳統(tǒng)隨機振動試驗算法進行分析的基礎(chǔ)上，找出了影響系統(tǒng)控制動態(tài)范圍問題的所在：加窗重疊所

6、帶來的頻譜泄漏以及時域統(tǒng)計特性變化，并在分析的基礎(chǔ)上提出了時域的修正算法，給出了基于兩幀重疊的修正因子關(guān)系式。并運用Matlab進行仿真研究，研究結(jié)果證明：該修正算法解決了系統(tǒng)控制動態(tài)范圍低的問題，使得隨機振動試驗的控制動態(tài)范圍達到了90dB以上，滿足了隨機振動試驗高控制動態(tài)范圍的要求。 第4章針對正弦加隨機振動試驗中低頻正弦信號分離精度較差的問題，在介紹傳統(tǒng)的分離算法的基礎(chǔ)上，提出基于多分辨率分析的正弦加隨機振動試驗控制算法，

7、該算法以多分辨率譜分析為基礎(chǔ)，結(jié)合維納－辛欽定理，可以準確地分離正弦信號，提高系統(tǒng)的控制性能。最用運用Matlab進行的仿真研究表明，該算法具有更高的分離精度以及較低的運算量。 第5章介紹了本課題硬件系統(tǒng)平臺的設(shè)計，實時控制系統(tǒng)的實現(xiàn)、算法優(yōu)化以及一些關(guān)鍵技術(shù)。 第6章針對前述各方法進行實驗研究，通過連接振動臺對控制算法進行驗證。并對各方法進行了比較。 第7章對全文的主要研究內(nèi)容和成果進行了概括，并且對以后的研究