基于DSP的液壓振動(dòng)臺(tái)功率譜復(fù)現(xiàn)研究.pdf

1、振動(dòng)環(huán)境模擬目前被廣泛用于航天航空、兵器國(guó)防及汽車等領(lǐng)域,成為檢測(cè)和提高產(chǎn)品可靠性的重要方法。使用振動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用一定的控制策略可以對(duì)產(chǎn)品在運(yùn)輸和工作過程中所承受的振動(dòng)環(huán)境進(jìn)行精確模擬,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷,進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品的改良具有指導(dǎo)意義。
　　本文是以哈工大電液伺服仿真及試驗(yàn)系統(tǒng)研究所承接的“985工程”二期—冗余驅(qū)動(dòng)的六自由度液壓振動(dòng)系統(tǒng)研究為背景,對(duì)液壓振動(dòng)臺(tái)功率譜密度復(fù)現(xiàn)進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　液壓振動(dòng)臺(tái)振

2、動(dòng)控制系統(tǒng)由液壓伺服控制和振動(dòng)控制組成。液壓伺服控制是實(shí)現(xiàn)各種振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ);三參量控制技術(shù)是目前使用較為廣泛的液壓伺服控制技術(shù)。液壓控制系統(tǒng)阻尼一般很小,通過三參量控制可以提高系統(tǒng)的阻尼比和系統(tǒng)帶寬。當(dāng)基礎(chǔ)剛度與液壓彈簧剛度相當(dāng)?shù)臈l件下,振動(dòng)臺(tái)液壓位置系統(tǒng)可以近似為二自由度諧振系統(tǒng),這對(duì)發(fā)揮液壓振動(dòng)臺(tái)性能是不利的,并且三參量控制策略的功能也不能充分實(shí)現(xiàn)。
　　液壓振動(dòng)臺(tái)功率譜密度復(fù)現(xiàn)主要包含功率譜密度估計(jì)、驅(qū)動(dòng)譜密度修正和驅(qū)動(dòng)信

3、號(hào)生成等內(nèi)容。功率譜密度估計(jì)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的生成都可使用AR隨機(jī)過程進(jìn)行模擬,但是算法依賴于高精度高斯隨機(jī)噪聲的獲得。鑒于高斯噪聲獲得的難度和隨機(jī)過程模擬精度需要較高的階次,這些因素將導(dǎo)致功率譜密度均衡時(shí)間較長(zhǎng)。本文在功率譜密度復(fù)現(xiàn)流程中采用非參數(shù)化方法中的平均周期圖方法來估計(jì)振動(dòng)臺(tái)響應(yīng)加速度信號(hào)的功率譜密度,且采用諧波擬合法來獲得時(shí)域驅(qū)動(dòng)信號(hào)。功率譜密度均衡過程中需要用到振動(dòng)系統(tǒng)的阻抗函數(shù)來修正驅(qū)動(dòng)功率譜密度,阻抗函數(shù)辨識(shí)的愈是精確,功率

4、譜密度復(fù)現(xiàn)均衡的時(shí)間愈短。子帶自適應(yīng)算法用來辨識(shí)系統(tǒng)阻抗有著收斂速率高的特點(diǎn),而且信號(hào)分解的子帶數(shù)愈多,算法收斂愈迅速。在功率譜密度復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)阻抗辨識(shí)中采用子帶自適應(yīng)算法可以獲得優(yōu)越的性能。時(shí)間域的余弦調(diào)制濾波器組,可以很好的劃分信號(hào)的頻帶而且使得不同頻帶的重疊較小,被廣泛的應(yīng)用于濾波器組理論和實(shí)踐相關(guān)領(lǐng)域中。
　　基于余弦調(diào)制濾波器組的子帶自適應(yīng)算法是將信號(hào)分解到帶寬相等的子頻帶內(nèi),而由小波分析近年來與濾波器組之間的關(guān)系被深刻的揭

5、示出來,論文中將子帶自適應(yīng)辨識(shí)的思想擴(kuò)展至將信號(hào)分解到不同帶寬的子頻帶內(nèi)?；谛〔V波器組的子帶自適應(yīng)算法即是該思想的具體體現(xiàn),該算法既繼承了子帶自適應(yīng)算法的優(yōu)點(diǎn)又具有自身特點(diǎn),即其辨識(shí)的結(jié)果是頻率域的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。隨著小波分析理論的發(fā)展,種類繁多的小波基被創(chuàng)造出來,不同的小波基具有不同的正交性、對(duì)稱性和消失矩等特性。小波基的正交性和對(duì)稱性質(zhì)對(duì)文章中提出的算法具有重要的意義,小波基的正交性保證信號(hào)分解至各個(gè)子頻帶的混疊較小,而小波基的對(duì)

6、稱性則保證了自適應(yīng)算法過程中使用的濾波器具有線性的相位。
　　制約國(guó)內(nèi)振動(dòng)控制技術(shù)快速發(fā)展的是數(shù)字振動(dòng)控制器的研制工作遠(yuǎn)跟不上振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)控制策略的理論研究。論文采用美國(guó)德州儀器公司(TI)的C2000系列數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來構(gòu)建液壓振動(dòng)臺(tái)功率譜復(fù)現(xiàn)的數(shù)字振動(dòng)控制器。數(shù)字振動(dòng)控制器采用分布計(jì)算思想將振動(dòng)控制算法的計(jì)算和振動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和反饋信號(hào)的獲得分別由算法計(jì)算單元與數(shù)據(jù)采集單元來實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)構(gòu)成單元的核心處理器分別為TMS320

7、F28335和TMS320F2812。算法計(jì)算單元和數(shù)據(jù)采集單元采用雙端口RAM(Dual-portRAM,DPRAM)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和控制通訊,通訊信號(hào)采用DPRAM的中斷邏輯。信號(hào)處理系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)和DSP系統(tǒng)亦采用DPRAM來共享數(shù)據(jù),針對(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)一方來講,DPRAM是通過其ISA擴(kuò)展槽來擴(kuò)展的。DSP系統(tǒng)采用C語(yǔ)言和匯編混合編程的方式開發(fā)控制軟件,并有意使用TI公司提供的優(yōu)化的數(shù)字信號(hào)處理庫(kù)函數(shù),充分利用DSP系統(tǒng)的計(jì)算資源從