高频大负载电液振动台的设计理论及实践

在大惯性负荷振动试验的场合,如军工产品中大的结构件及整机的振动和振动疲劳试验,土建和水利系统中的抗地震试验,交通运输系统中的道路摸拟试验等,大多数都采用电液伺服式振动台。在这些使用场合,由于振动台直接承受的惯性负荷大,作动器的油柱谐振频率通常都低于工作频率的上限,因此该类型电液振动台与低频电液台不同,不能照搬电液伺服位置系统的设计理论。本文基于高频大负载电液振动台的工作特点,主要讨论该类型振动台与一般电液振动台设计理论的区别之处。     

低频标准角振动台

低频标准角振动台产生标准角位移、角速度和角加速度,用正弦信号对角位移传感器、角速度传感器(陀螺、转速表等)和角加速度计进行幅频和相频特性校准。简要介绍了低频标准角振动台的工作原理,并应用其对角运动传感器进行校准。校准范围为0.1~100H z;幅值灵敏度不确定度优于1%;相移不确定度小于1°。     

基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法研究CSCD

为准确评价光纤陀螺平台的低频角振动特性,提出了一种基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法。首先,通过角振动台精确模拟载体的低频角振动状态,并通过光纤陀螺平台飞行导航过程中的断调平差分信号,实现平台框架角度信号与角振动台激励角度信号的数据同步;然后,利用平台式惯导系统的导航姿态解算方法,实时解算低频角振动过程中光纤陀螺平台的台体姿态,并通过坐标系转换得到平台基座系相对于地理系的实时姿态;最后,通过对光纤陀螺平台稳定回路的幅相特性分析,得到低频角振动激励下稳定回路的幅值和相位特性,实现对光纤陀螺平台角动态特性的准确评估。     

振动台试验仿真方法

利用振动台试验仿真技术不仅可以预估产品是否能够通过振动试验,而且可以帮助设计人员了解产品在振动试验时的响应,从而改进产品设计,提高产品设计质量;还可以帮助振动试验人员了解不同试验方式的差异,从而改进试验方法,提高试验质量。针对一种5t电动振动台,首先建立动圈、转接台面和产品的模型,然后施加合适的边界条件和激励力,最后采用合适的振动台试验仿真计算方法得到试验仿真结果,并通过仿真计算结果与试验结果的比对,验证振动台试验仿真方法的正确性。     

低频线振动台系统的离散重复控制

分析离散重复控制系统的稳定性和位置误差收敛性,在此基础上给出了离散重复控制器参数选择的依据。在离散重复控制器的时滞环节中串联一个超前补偿环节,分析所得的离散重复控制系统对周期性外部信号的跟踪/抑制性能,而且给出超前补偿环节参数选择的依据。并通过低频线振动台验证了其有效性。     

基于DSP的数字化电动舵系统改进设计

对某型基于N80C196单片机的数字电动舵系统进行了改进设计,利用DSP控制技术对其数字控制器升级改造,在数字滤波、控制算法和舵系统的响应快速性、静态稳定性等方面进行了研究,并进行了舵系统DSP控制器的研制和调试。针对改进的舵系统提出了一种分段PID／变结构复合控制算法,完成了DSP数字化舵系统的硬件设计和软件设计,采用C语言和汇编语言进行DSP控制器编程。通过实验测试运行结果和计算机仿真结果的对比,以及对通频带的测试,说明了改进设计电动舵系统的DSP控制器的有效性。     

角振动校准装置研究

为提升对惯性器件的动态性能评价能力,通过对被校传感器施加标准正弦角振动激励,精确测量角振动过程,实现了对角振动传感器的校准。基于不同频段的特点,将校准频段划分为低频和高频2部分,并提出空气轴承与无刷直流力矩电机相结合的低频角振动台方案,以及轻质空心杯精密空气轴承与框式电磁驱动结构相结合的高频角振动台方案;分别采用精密角度编码器和衍射光栅激光干涉仪实现对低频和高频角振动的测量,成功研制出频率范围为0.25~550Hz、角加速度范围为0.1~1 760rad/s2以及角速度波形失真小于2%的角振动绝对法校准装置。与德国国家物理技术研究院的角振动校准装置相比,该装置能够显著提升承载能力,可广泛用于惯性器件动态性能的测试与评价。     

关于角振动台研制中的问题及解决方案

角振动台能对捷联惯性测量装置和陀螺的动态特性进行精密计量，测试惯性系统的动态误差特性，从而建立惯性系统的精确动态模型。角振动台研制与一般的速率、位置转台的不同之处使其面临的问题具有特殊性，本文针对大范围变化的负载惯量、高频角振动时不可忽略的大感抗以及轴系中的薄弱环节易造成高频谐振进行了分析，提出了解决方案；对某微机械陀螺的动态性能测试表明，该角振动台实现了既定的性能指标。     

FZJ-1发动机振动指示系统检测仪振动台特点概述

振动台是JZJ-1发动机振动指示系统检测仪的一个重要组成部分。本文对振动台的工作特点作了介绍。     

基于Simulink仿真的电动压气机驱动增压引气系统研究

阐述了电动压气机驱动增压引气系统的工作原理,依据其工作原理建立了电动压气驱动增压引气系统的数学模型,采用Simulink仿真了该系统压缩机的实际耗功,进而计算了在相同使用情况下的发动机直接引气和电动引气压缩机的燃油代偿损失情况,计算结果表明环控系统采用电动压气机驱动增压引气较发动机直接引气可以减少发动机推力的损失,降低油耗。     

Generation of Non-Gaussian Random Vibration Excitation Signal for Reliability Enhancement Test

During environment testing, the time histories of some dynamic environments follow non-Gaussian distribution. It is always assumed that the random vibration simulated follows Gaussian distribution, because the traditional digital random vibration control system can only supply the random vibration excitation signal of Gaussian. Yo simulate the real environment of product, a method is developed in this paper that can generate non-Gaussian random signal with specified power spectrum density （PSD）, skewness and kurtosis by shot noise. In this way, non-Gaussian random vibration can be produced on traditional electrodynamic shaker. It solves the problems of spectral valley and energy shortage in low frequency on omni-axis shaker. At last, the wavelet is used to analyze the non-Gaussian signal     

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。     

减振测试振动台及其控制系统

为验证减振器的隔振效果,设计了一套能提供典型振动条件的单自由度垂直往复运动的电液振动台及其计算机控制系统,通过该系统可以在室内模拟定频振动、扫频振动、随机振动及冲击谱等振动条件,完成所测减振器的机械力学性能或产品耐久性寿命测试等试验。系统控制部分采用上下位工控机结构,分别完成数据采集、实时控制,运行参数监控、数据处理的功能,控制策略采用模糊PID复合控制,控制参数可方便调整,能实现典型的波形再现和功率谱再现。系统运行结果表明,无论是时域还是频域均能达到满意的振动模拟。     

A dynamic modeling approach for nonlinear vibration analysis of the L-type pipeline system with clamps

There exists a lot of research on the nonlinear vibration of the pipeline system with different boundary conditions. To the best of our knowledge, little research on the actual constraint of the clamp has been performed. In this paper, according to hysteresis loops of the clamp obtained from experimental test, the simplified bilinear stiffness and damping model is proposed. Then the Finite Element (FE) model of L-type pipeline system with clamps is established using Timoshenko beam theory in combination with aforementioned stiffness-damping model. Both hammering and shaker tests verify the FE model via the comparisons of natural frequencies and vibration responses. The results show that the maximum errors of natural frequencies and vibration responses are about 8.31% and 17.6%, respectively. The proposed model can simulate the dynamic characteristics of the L-type pipeline system with clamps well, which is helpful to provide some guidance for the early design stage of pipeline in aero-engine.     

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。     

谐波陷波法超低频标准振动台失真度控制

波形失真度是影响超低频振动计量校准精度的重要因素。本文提出了利用谐波陷波法反馈方式进行失真度控制的一种方案,分析了控制过程,并给出了反馈算法。实验表明,该方法能快速降低振动台的失真度,将失真度控制在2%以内。     

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.     

船舶齿轮箱振动测试分析及优化研究

齿轮箱是船舶动力传动系统的主要振源之一，为了研究船舶齿轮箱振动性能及优化措施，进而实现船舶的低噪声化，以本单位自主研发的船用齿轮箱为例，通过台架试验和振动频谱分析结合的方法分析齿轮箱振动的主要影响因素，对振动性能关键影响因素进行优化改进。本文结合振动频谱分析结果对齿轮箱从齿轮修形设计和液压供油系统改进两个方面进行了优化，并对采取优化措施后的齿轮箱进行振动试验验证和振动频谱分析。结果表明：齿轮修形和液压供油系统改进两项优化措施可以切实有效的改善齿轮箱的振动性能。在文中的齿轮箱案例中，齿轮修形后齿轮啮合频率处振动峰值下降40.2%，总振级下降1.85dB，进一步采取液压供油系统改进措施后，齿轮箱总振级下降9.99dB。齿轮修形和液压供油系统改进对船用齿轮箱振动性能提升具有工程应用价值。     

Study on excitation force characteristics in a coupled shaker-structure system considering structure modes coupling

The interaction between an elastic structure and electrodynamic shakers commonly exists in Ground Flutter Simulation Tests(GFST) with multi-point excitations, causing a considerable discrepancy between the practical excitation forces and desired ones. To investigate the excitation force characteristics on a cantilever beam excited by a voltage-sourced electrodynamic shaker,the coupled shaker-beam system is modeled to derive the excitation force formula using Hamilton’s principle and Galerkin’s a...     

Matrix Power Control Algorithm for Multi-input Multi-output Random Vibration Test

 Both auto-power spectrum and cross-power spectrum need to be controlled in multi-input multi-output (MIMO) random vibration test. During the control process with the difference control algorithm (DCA), a lower triangular matrix is derived from Cholesky decomposition of a reference spectrum matrix. The diagonal elements of the lower triangular matrix (DELTM) may become negative. These negative values have no meaning in physical significance and can cause divergence of auto-power spectrum control. A proportional root mean square control algorithm (PRMSCA) provides another method to avoid the divergence caused by negative values of DELTM, but PRMSCA cannot control the cross-power spectrum. A new control algorithm named matrix power control algorithm (MPCA) is proposed in the paper. MPCA can guarantee that DELTM is always positive in the auto-power spectrum control. MPCA can also control the cross-power spectrum. After these three control algorithms are analyzed, three-input three-output random vibration control tests are implemented on a three-axis vibration shaker. The results show the validity of the proposed MPCA.