基于遗传算法的多振动台随机振动控制方法

 针对多振动台随机振动控制问题中求解补偿矩阵的广义逆算法,提出利用遗传算法对补偿矩阵的初值进行优化,解决了该类非线性、大范围极值求解问题。双振动台随机振动控制的仿真实验研究表明:将基于遗传算法的广义逆求解补偿矩阵方法引入随机振动控制过程,在同等精度条件下,计算时间大为缩短并改善了控制中共振峰处的奇异性,使广义逆算法在多振动台随机振动控制中的在线应用成为可能。     

基于逆系统方法的多输入多输出非高斯驱动信号生成

多输入多输出(MIMO)振动环境试验是振动试验的新方法,该方法比传统的单输入单输出(SISO)方法更真实地模拟了结构在实际工作下的振动环境。传统随机振动试验的频域方法所模拟的是平稳高斯信号,但是实际振动环境往往是超高斯的,且超高斯激励和高斯激励对结构的损害差异很大,因此对MIMO超高斯振动环境试验的研究十分重要。驱动信号的产生是振动环境试验的关键。提出一种基于逆系统的MIMO超高斯驱动信号生成方法。首先,根据给定的响应参考功率谱密度(PSD)和参考峭度值采用相位调节法生成参考响应超高斯伪随机信号;其次,利用逆系统方法生成超高斯伪随机驱动信号;最后,对伪随机驱动信号进行时域随机化处理得到超高斯真随机驱动信号。对一根两输入两输出的悬臂梁模型进行了仿真验证,结果表明,采用本文方法所得到的驱动信号加载在梁上后,其输出响应谱与给定参考谱之间的误差完全满足工程中常用的±3 dB的要求,而且峭度也与给定的参考值十分接近,证实了所提方法的有效性。     

MIMO随机振动试验控制的逆多步预测模型法

多输入多输出（MIMO）随机振动试验在产品可靠性验证中扮演重要角色。逆系统方法作为一种时域方法，直接由参考信号（即期望得到的响应信号）生成驱动信号，但容易产生不稳定的结果。本文以系统的有限差分模型为基础，推导了逆多步预测模型，并建立了该逆模型与矩阵幂次算法结合的MIMO随机振动试验方法。通过悬臂梁模型进行双输入双输出仿真试验，验证了逆多步预测模型进行MIMO随机振动试验驱动生成的可行性。在三轴振动台上进一步验证该方法进行MIMO随机振动试验控制的能力。     

Multi-input multi-output random vibration control using Tikhonov filter

Noises always disturb the control effect of an environment test especially in multi-input multi-output (MIMO) systems. If the frequency response function matrices are ill-conditioned, the noises in the driving forces will be amplified and the response spectral lines may awfully exceed their tolerances. Most of the major biases between the response spectra and the reference spectra are pro-duced by the amplified noises. However, ordinary control algorithms can hardly reduce the level of noises. The influences of the noises on both the auto-and cross-power spectra are analyzed in this paper. As a conventional frequency domain method on the inverse problem, the Tikhonov filter is adopted in the environment test to suppress the exceeding spectral lines. By altering regularization parameters gradually, the auto-power spectra can be improved in a closed control loop. Instead of using the traditional way of selecting regularization parameters, we observe the coherence change to estimate noise eliminations. Incidentally, the requirement of coherence control can be realized. The errors of the phase are then studied and a phase control algorithm is introduced at the end as a sup-plement of cross-power spectra control. The Tikhonov filter and the proposed phase control algo-rithm are tested numerically and experimentally. The results show that the noises in the vicinity of lightly damped resonant peaks are more stubborn. The response spectra are able to be greatly improved by the combination of these two methods.     

多输入多输出随机振动试验变参数PID控制

 对多输入多输出(MIMO)随机振动试验控制的基本过程进行了系统分析。定义了一种新的在对数坐标下的控制误差表达式,然后在控制算法中引入了新的比例-积分-微分(PID)控制策略,并给出了PID参数随误差变化的规律。以悬臂梁为控制对象,完成了两输入两输出随机振动试验。结果表明：变参数PID控制方法能在保证快速均衡的基础上,有效地减小功率谱和参考谱之间的相对误差以及加速度总均方根值的控制误差,提高随机振动试验的控制精度。     

基于ap-Welch的随机角振动信号的 频谱估计方法研究

在转台的随机角振动试验中,频谱估计的精度是一个非常重要的指标,直接影响到频谱复现的精度.在分析经典的频谱估计方法的基础上,提出了一种基于ap-Welch频谱估计(基于全相位预处理的Welch频谱估计)的方法,从理论上证明了其比Welch频谱估计法具有更强的旁瓣抑制作用.仿真实验结果表明,ap-Welch频谱估计法能够有效提高频谱估计的精度,而且随着全相位阶数的增加,频谱估计的收敛特性也随之改善.     

光纤陀螺随机振动条件下输出信号的相关检测

对光纤陀螺振中输出信号进行频谱分析,发现在某些频率点下幅值很大,造成振动过程中陀螺存在较大的振中零偏漂移。本文提出了采用相关检测技术对误差信号进行分析的方法,理论仿真表明相关检测可提取噪声中隐含的周期性信号,研究发现了陀螺机械封装及工装固定是产生上述试验现象的主要影响因素,提出了相应的改进方案并进行了试验验证。试验证明理论分析正确,改进方案使陀螺振中零偏漂移降低了一个数量级。     

基于回路整型设计的多轴振动控制

 多激励多轴向振动控制试验中,在频响函数矩阵呈现病态的频率点,控制点响应的自谱和互谱往往难以达到预定参考谱目标。针对这种情况,首先在控制频段对频响函数进行拟合修正,求得系统前置补偿矩阵,然后根据 H_∞回路整型理论对驱动谱矩阵进行整型,将整型后的驱动谱矩阵代替原驱动谱进入控制回路计算。通过试验验证表明,基于回路整型设计的修正算法,能够明显地抑制某些频段内频响函数的不良影响,自谱和互谱响应都能得到比较理想的控制结果。     

多点简谐振动响应控制下的频响矩阵测试

应用频响矩阵建立了多维振动系统输入输出之间的数学模型。探讨了一种多点简谐振动响应受到控制时的频响矩阵测试方法;分析试验中系统的实际响应和预先设定的响应参考值之间的误差,通过多次采集响应信号和激励力信号建立响应矩阵和力矩阵,根据振动运动方程求极小范数解来作为对频响矩阵的估计;给出简谐振动响应控制的算法流程,并用实测的响应信号对频响矩阵精度进行评价。试验研究表明该方法的有效性,而且响应的幅值和相位控制均满足试验的要求。     

基于频率雨流计数法的发动机振动疲劳载荷谱编制

传统雨流计数法适用于常规疲劳载荷计算,不能保留振动疲劳的频率信息,但是频率对于振动疲劳十分重要,因此在传统雨流计数法的基础上提出一种频率雨流计数法。以某型号发动机试车振动加速信号为例,采用振动疲劳载荷谱的编制方法,编制振动信号功率谱、载荷 - 频次载荷谱、振动疲劳载荷谱,对频率雨流计数法进行验证。结果表明:采用本文方法编制的载荷谱能够反映发动机实际工作载荷,满足实验室疲劳试验载荷谱要求。     

过程功率谱熵在转子振动定量诊断中的应用

针对旋转机械振动过程的复杂性和振动故障产生的随机性,提出了1种以信息熵理论为基础,通过多测点、多转速下的功率谱信息熵(功率谱熵)差矩阵来描述旋转机械振动过程变化规律的故障定量诊断方法。采用在转子试验台模拟转子振动的4种典型故障,得到4个测点多转速下的振动故障数据;对这些故障数据进行分析和处理,求其功率谱熵矩阵。结果表明:通过对转子振动故障信号进行实例计算和分析,该方法在转子振动故障分类和故障严重程度判断方面效果良好。     

基于一阶PPF的垂尾振动分数阶控制

针对传统正位置反馈（PPF）与一阶PPF控制器控制效果与鲁棒性不足,难以适用于结构动力学特性存在摄动的问题,提出一种新的基于分数阶微积分理论和一阶PPF的分数阶（FOPPF¹）控制器,增加了一阶PPF控制器的可设计空间。综合考虑随机响应的频域特性与整体波动强弱,构造了控制器优化设计的目标函数。以粘有宏纤维压电复合材料（MFC）压电片的垂尾模型为被控对象,设计了相应的FOPPF¹控制器。该控制器在控制目标频段内的相频特性变化平缓,可有效实现控制相位补偿,且闭环极点对参数摄动不敏感,使得控制器的鲁棒性强。通过试验研究了FOPPF¹控制器对于自由振动与窄带随机振动的抑制性能。相比一阶PPF控制器,对标称垂尾模型,FOPPF¹控制器在自由振动抑制试验中的等效阻尼系数提高了约50%。当给垂尾模型的一阶弯曲固有频率引入一定量的离线摄动或在线摄动后,窄带随机振动控制试验的结果表明,FOPPF¹控制器的鲁棒性、控制效果及控制能耗率明显优于经典的一阶PPF控制器,因此对垂尾结构的振动主动控制具有良好应用潜力。     

Control method for multi-input multi-output non-Gaussian random vibration test with cross spectra consideration

A control method for Multi-Input Multi-Output(MIMO) non-Gaussian random vibration test with cross spectra consideration is proposed in the paper. The aim of the proposed control method is to replicate the specified references composed of auto spectral densities, cross spectral densities and kurtoses on the test article in the laboratory. It is found that the cross spectral densities will bring intractable coupling problems and induce difficulty for the control of the multioutput kurtoses. Hence, a sequential phase modification method is put forward to solve the coupling problems in multi-input multi-output non-Gaussian random vibration test. To achieve the specified responses, an improved zero memory nonlinear transformation is utilized first to modify the Fourier phases of the signals with sequential phase modification method to obtain one frame reference response signals which satisfy the reference spectra and reference kurtoses. Then, an inverse system method is used in frequency domain to obtain the continuous stationary drive signals. At the same time, the matrix power control algorithm is utilized to control the spectra and kurtoses of the response signals further. At the end of the paper, a simulation example with a cantilever beam and a vibration shaker test are implemented and the results support the proposed method very well.     

工程应用中的随机振动试验技术研究

阐述了机载电子设备随机振动试验的分类 ,并对宽带随机振动谱型的计算方法 ,振动推力及位移的指标进行了分析探讨。研究了试验的实用技术及控制方式的选择要点。最后给出了一个机载电子设备振动故障分析的例子。     

飞机发动机混沌振动信号盲分离检测方法

发动机混沌振动信号携带着丰富的状态信息,依据混沌振动信号进行状态监测及故障诊断是一种很有前途的技术手段,但由于混沌信号具有伪随机特性及在低频段具有宽频谱等特点,使得传统的方法很难将其从振动信号中分离。在提取混沌振动信号方面,使用快速独立分量分析（Fast ICA）盲分离方法分离出飞机发动机振动信号中的混沌信号。利用功率谱和Lyapunov指数（LE）方法进行了判定,根据计算结果对发动机状态做出判断,验证了盲分离方法分离混沌振动信号的有效。盲分离检测混沌振动信号的方法不仅使依据混沌信号判断飞机发动机状态成为可能,也为利用混沌信号进行状态预测和控制提供了一种方法。     

转子振动故障的小波能谱熵SVM诊断方法

融合小波能谱熵和支持向量机(SVM)的特点,提出了基于小波能谱熵的SVM故障诊断方法.利用转子试验台对转子典型振动故障进行模拟并采集振动数据,提取其振动信号的小波能谱熵作为特征向量,通过样本训练建立了转子在各种典型振动故障状态下的SVM模型和多类分类器,进而实现了对未知转子振动故障的识别.实际应用表明,提出的转子振动故障诊断方法是可行和有效性的.      

高阶柔性结构系统振动控制中加权函数的选择

 总结了混合灵敏度H_∞控制算法中加权函数阵的选择方法,提出了一种新的选择加权函数矩阵的思想。以某悬臂梁为研究对象,将混合灵敏度H_∞控制方法应用在高阶柔性结构的振动主动控制问题中,完成了两输入两输出结构振动控制的控制器设计和算法仿真。结果表明,通过本方法选择加权函数矩阵,可在满足鲁棒稳定性的前提下,使外部干扰得到有效抑制,减振效果良好。     

基于MSC.Fatigue的电子设备随机振动疲劳分析

针对机载电子设备随机振动问题,研究利用数字仿真技术预测结构随机振动疲劳寿命的方法.以某机载电子设备结构为研究对象,根据随机振动理论和有限单元法,采用MSC.Fatigue软件进行随机振动疲劳分析,计算疲劳寿命大小及分布.通过把计算结果与试验结果进行对比,证明利用随机振动疲劳分析方法预测此类产品的疲劳寿命是可行的.     

随机路面激励下车载无人机的载荷响应与仿真

建立了五自由度的车载无人机的振动系统在随机路面激励下的数学模型，并获得路面不平度双激励下的功率谱矩阵，运用功率谱密度法求得频域上的频响特性和加速度的均方值。由路面功率谱反推路面不平度的方法，对A、B、C和D4个国家等级路面不平度交替冲击的复杂情况进行了时域模拟，运用MAT-LAB的Simulink工具，仿真了无人机在一次运载任务剖面中的载荷响应。     

敷设黏弹性阻尼层的复合材料结构非平稳随机振动分析

提出了对敷设黏弹性阻尼层的复合材料层合结构非平稳随机振动分析的高效精确算法.考虑了黏弹性阻尼材料对激振频率的依赖性及Adams提出的复合材料层合结构的阻尼模型.为解决依赖频率变化的非经典阻尼的复杂结构,结合实模态降阶直接解法对虚拟激励法做了相应的发展,并采用精细积分法高效精确地求解了随机振动方程.以国产有限元程序系统DDJ为平台开发了相应的程序,并对某飞机的水平尾翼的复合材料安定面结构进行模拟研究,从复杂的计算及合理的结论可以看出,本文中所提出的方法对于这类十分复杂复合材料结构在航空领域的非平稳随机振动分析十分有效.