應(yīng)用領(lǐng)域：研發(fā)

挑戰(zhàn)：設(shè)計并實現(xiàn)多點隨機振動試驗控制系統(tǒng)。

應(yīng)用方案：使用ni公司的labwindows/cvi軟件配合動態(tài)信號分析卡ni-4551和動態(tài)數(shù)據(jù)采集卡ni-4472以及其他硬件快速開發(fā)一個基于pc的多點隨機振動試驗控制系統(tǒng)。

使用的產(chǎn)品：labwindows/cvi，nipci-4551，bnc-2140，nipci-4472。

介紹

多點激勵振動試驗控制技術(shù)是對大型復(fù)雜試件開展可靠性和環(huán)境試驗的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品可靠性的考核有著重要的意義。本文將給出多點隨機振動試驗的控制方案和控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，在labwindows/cvi平臺上結(jié)合nipci-4551和nipci-4472板卡開發(fā)一個雙振動臺隨機振動控制系統(tǒng)，并進行了實際連臺試驗。試驗結(jié)果表明：在一定試驗條件下，本文給出的控制方案是可行的，且所設(shè)計的控制系統(tǒng)具有較好的控制結(jié)果，達到了試驗規(guī)范要求。

引言

隨著對產(chǎn)品設(shè)備安全性、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性要求的不斷提高，推動了考核產(chǎn)品耐振動應(yīng)力的振動試驗技術(shù)的發(fā)展，同時被試產(chǎn)品覆蓋面也進一步擴寬，從元器件到部件、組合件乃至整機都要求進行振動試驗，以便在更高層次上充分暴露大系統(tǒng)可能存在的薄弱環(huán)節(jié)和設(shè)計缺陷。

隨著被試產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，體積大型化及產(chǎn)品重型化，單點激勵振動試驗已不能提供足夠的推力或是達到特定的運動水平來較真實地模擬產(chǎn)品實際工作環(huán)境，并達到規(guī)定的試驗要求。而國軍標(biāo)、美軍標(biāo)及其它許多國際標(biāo)準(zhǔn)對振動試驗中的被試產(chǎn)品所施加應(yīng)力都有嚴(yán)格要求，應(yīng)使其盡量符合實際的產(chǎn)品工作環(huán)境，因此，對于無法用單點激勵來形成的振動環(huán)境，則需要通過多點激勵振動來解決。而目前在國內(nèi)，多點激勵振動控制技術(shù)還處于起步階段，多點振動控制系統(tǒng)更是沒有研制出來。本文將介紹多點隨機振動試驗控制技術(shù)和基于虛擬儀器技術(shù)的控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，并對實際連臺試驗結(jié)果進行分析討論，希望能夠為多點激勵振動控制技術(shù)的進一步研究奠定一個良好的基礎(chǔ)。

系統(tǒng)設(shè)計

1、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由控制計算機、nipci-4551、nipci-4472、bnc-2140、功率放大器、電荷放大器、傳感器、激振器、試件、夾具及連接電纜等組成（見圖1）。系統(tǒng)使用儀器設(shè)備見表1。其基本工作原理為：控制計算機生成驅(qū)動信號由pci-4551卡輸出經(jīng)功率放大器放大后給激振器來產(chǎn)生隨機振動，同時由安裝在試件（或夾具）上的加速度傳感器拾振，經(jīng)電荷放大器后通過pci-4472采集輸入到控制計算機，從而形成閉環(huán)控制。在實際試驗過程中，由于外界干擾或系統(tǒng)特性的影響，控制過程應(yīng)反復(fù)進行，以使控制點處的振動能夠達到并保持試驗規(guī)范要求。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

表1 系統(tǒng)儀器設(shè)備使用列表

儀 器 名 稱

型號

使 用 數(shù) 量

激 振 器

jzt-2

2個

功率放大器

ts5870

2個

電荷放大器

ye5857

2個

傳 感 器

ca-yd-106

2個

daq板卡

ni pci-4551

1塊

daq板卡

ni pci-4472

1塊

控制計算機

piv 2.0g

1臺

2、控制方案

隨機振動試驗?zāi)康氖且罂刂泣c的響應(yīng)譜與參考譜在誤差容許范圍內(nèi)保持一致。多點激勵隨機振動控制方案如圖2所示�？刂品桨傅牡谝徊绞怯蓞⒖甲V密度陣來得到下三角陣[z]的初始值；第二步估計被控系統(tǒng)的頻響特性矩陣[h]，對被控系統(tǒng)進行解耦得到解耦矩陣[a]，即控制器；第三步是利用[z]的初始值，系統(tǒng)的解耦矩陣[a]及獨立（不相關(guān)）白噪聲頻譜向量{w}開始試驗。閉環(huán)控制的基本原理是白噪聲源{w}通過下三角陣[z]得到{x}，然后經(jīng)過解耦矩陣[a]得到驅(qū)動信號頻譜向量kxf6oaqfnb，對其進行逆fft變換得到時域驅(qū)動信號kxf6oaqfnb，用驅(qū)動信號激勵被控系統(tǒng)得到時域響應(yīng)信號{c}，計算響應(yīng)譜密度陣，利用和來修正下三角陣[z]從而實現(xiàn)閉環(huán)控制。在進行閉環(huán)控制時，如果驅(qū)動譜密度矩陣是非奇異的，則可以利用驅(qū)動譜密度矩陣和響應(yīng)譜密度矩陣來修正被控系統(tǒng)的頻響特性矩陣[h]和解耦矩陣[a]。如果驅(qū)動譜密度陣是奇異的，則無法修正，不過可以根據(jù)控制誤差大小來對解耦矩陣進行逐步部分修正。

3、控制軟件設(shè)計

控制軟件是整個控制系統(tǒng)的核心部分。其