振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)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(duì)產(chǎn)品性能以及可靠性要求的不斷提高，對(duì)環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)的要求越來(lái)越高。其試驗(yàn)方法也從以前的正弦試驗(yàn)逐步發(fā)展到具有隨機(jī)試驗(yàn)、正弦加隨機(jī)、隨機(jī)加隨機(jī)、沖擊試驗(yàn)、沖擊響應(yīng)譜以及隨機(jī)信號(hào)的時(shí)域再現(xiàn)等諸多試驗(yàn)方法，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用以及科學(xué)研究領(lǐng)域的需要。這些振動(dòng)試驗(yàn)的控制算法在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，直接影響著振動(dòng)試驗(yàn)的控制精度、控制動(dòng)態(tài)范圍以及試

2、驗(yàn)結(jié)果的可信度等。因此，針對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)的控制算法展開(kāi)研究是具有十分重要的意義。 本論文主要以隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)作為研究對(duì)象，綜合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料以及工程中實(shí)際反映的問(wèn)題，主要針對(duì)以下方面進(jìn)行了詳細(xì)的理論和試驗(yàn)研究。首先，隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中的控制動(dòng)態(tài)范圍是衡量振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)控制性能和控制精度的主要指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)振動(dòng)試驗(yàn)控制器僅能做到60dB的控制動(dòng)態(tài)范圍，而國(guó)際同類(lèi)技術(shù)水平能達(dá)到90dB。因此，本論文在對(duì)傳統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，揭示

3、控制動(dòng)態(tài)范圍低的問(wèn)題所在：加窗重疊所帶來(lái)的頻譜泄漏以及時(shí)域統(tǒng)計(jì)特性變化，并在分析的基礎(chǔ)上提出了時(shí)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(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的控制動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了90dB以上，滿(mǎn)足了隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)高控制動(dòng)態(tài)范圍的要求。其次，復(fù)合振動(dòng)試驗(yàn)更能真實(shí)反映產(chǎn)品在實(shí)際環(huán)境中所受到的振動(dòng)激勵(lì)。在目前的正弦加隨機(jī)振動(dòng)控制算法中普遍存在低頻正弦信號(hào)從寬帶隨機(jī)信號(hào)中分離精度不高，以及多個(gè)低頻正弦信號(hào)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(hào)分離的精度，從而提高了正弦加隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的控制精度。此外，本文對(duì)基于32位浮點(diǎn)高速處理器DSP和FPGA實(shí)時(shí)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了深入的研究，并與前述研究?jī)?nèi)容結(jié)合在一起，在實(shí)際振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行了控制算法的對(duì)比研究，試驗(yàn)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(lái)源、研究的目的和意義；重點(diǎn)介紹了國(guó)內(nèi)外振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和研究動(dòng)態(tài)；介紹了相關(guān)研究領(lǐng)域的研究狀況；最后對(duì)論文的總體研究?jī)?nèi)容以及研究結(jié)果進(jìn)行概括性論述。 第2章對(duì)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制原理及其算法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。重點(diǎn)介紹了其中的譜估計(jì)、傳遞函數(shù)均衡、相位隨機(jī)化、時(shí)域隨機(jī)化等關(guān)鍵技術(shù)；并對(duì)隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域分布進(jìn)行了介紹。 第3章在對(duì)傳統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，找出了影響系統(tǒng)控制動(dòng)態(tài)范圍問(wèn)題的所在：加窗重疊所

6、帶來(lái)的頻譜泄漏以及時(shí)域統(tǒng)計(jì)特性變化，并在分析的基礎(chǔ)上提出了時(shí)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(yùn)用Matlab進(jìn)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(dòng)態(tài)范圍低的問(wèn)題，使得隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的控制動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了90dB以上，滿(mǎn)足了隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)高控制動(dòng)態(tài)范圍的要求。 第4章針對(duì)正弦加隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中低頻正弦信號(hào)分離精度較差的問(wèn)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(jī)振動(dòng)試驗(yàn)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(zhǔn)確地分離正弦信號(hào)，提高系統(tǒng)的控制性能。最用運(yùn)用Matlab進(jìn)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(yùn)算量。 第5章介紹了本課題硬件系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、算法優(yōu)化以及一些關(guān)鍵技術(shù)。 第6章針對(duì)前述各方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)連接振動(dòng)臺(tái)對(duì)控制算法進(jìn)行驗(yàn)證。并對(duì)各方法進(jìn)行了比較。 第7章對(duì)全文的主要研究?jī)?nèi)容和成果進(jìn)行了概括，并且對(duì)以后的研究