[发明专利]一种振动输出力跟随控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械振动与控制技术，特别涉及一种振动输出力跟随控制装置及其控制方法。

背景技术

模拟振动平台已经被广泛地应用在航空航天，武器船舶、车辆交通，建筑结构和地质勘探等工程领域。常见的电液式振动台可用来测试零部件或装配体对振动环境的适应性、疲劳强度和共振频率等；地震模拟振动台可以用来模拟房屋等结构在地震波环境下的反应情况，进而提出抗震性措施；可控震源振动台可用来向地下发射地震波进行地质勘探等。模拟振动平台其原理是对期望输入信号(如：力信号)的高精度跟随复现来实现某种特定形式的振动。机械式振动台造价低，维护方便，但其噪声大，波形不易控制。气动式振动台由于气体的可压缩性不易控制，所以使用范围受到限制。电液式振动台能够产生很大的激振力和位移，但高频性能差，不适用于中小型工件和结构的测试。电动式振动台因其工作频段宽，承载范围广，波形好，易控制等诸多优点而备受青睐，成为应用最广泛的一种激振设备。但目前国内的电动振动台主要依靠进口，价格高而且控制系统开放程度低。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种振动输出力跟随控制装置，该控制装置可以进行电动振动系统的模型辨识、控制技术和滤波器设计。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种控制振动输出力跟随控制装置的控制方法，该控制方法能够减少输出力信号的相位误差和降低输出力信号畸变。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种振动输出力跟随控制装置，该装置包括机械本体模块，交流伺服电机驱动模块和控制模块；

所述机械本体模块包括：

支撑台架7采用60×60铝型材构建，整体尺寸为600×320×200mm。直线运动模组6底座直接与支撑台架7由螺栓连接，交流伺服电机端悬空布置于支撑台架外，支撑台架对交流伺服电机不起支撑作用；交流伺服电机1通过联轴器2驱动直线运动模组6的工作台运动。

质量块5固定在工作台上，单向电荷输出型压电加速度传感器4和质量块5固定连接，可用于检测工作台和质量块5在振动方向上的加速度信号。

三个PNP型接近传感器3通过连接块固定于直线运动模组6一侧，分别作为原点、左极限和右极限传感器。

交流伺服电机1的输出力矩驱动工作台和质量块5高速往复运动产生振动，振动输出力由固定在质量块5上的单向电荷输出型压电加速度传感器4输出。

所述交流伺服电机驱动模块包括：

交流伺服电机驱动器8工作在力矩模式，按照获得模拟量电压信号(-10-+10V)控制交流伺服电机1的输出力矩，并输出交流伺服电机1的光电编码器当前值。

所述控制模块包括：

控制模块主要用于对检测到的振动输出力跟随控制装置的位移和振动信号做出相应的处理。控制模块的硬件构成如下：

控制器11为安装有德国倍福的实时控制软件TwinCAT的PC机，通过耦合器12控制增量编码器接口端子模块13、数字量输入模块14、模拟量输入模块15、和模拟量输出模块16，最小采样周期为50微秒。

控制模块用于对检测到的振动输出力跟随控制装置的位移和振动信号做出相应的处理；处理的所述位移和振动信号包括：输入加速度传感器信号、输入增量式编码器信号、输入数字量信号和输出交流伺服电机输出力矩控制信号；

所述的输入加速度传感器信号，单通道电荷放大器9将压电式加速度传感器4输出的电荷信号转换为与之对应的±10v模拟量电压信号，由模拟量输入模块15A/D转换后输入主控计算机。

所述的输入增量式编码器信号，交流伺服电机的增量编码器信号经过交流伺服电机驱动器8处理后，输出A+/A-，B+/B-，Z+/Z-三相差动脉冲信号，由增量编码器接口端子模块13计数后输入主控计算机。

所述的输入数字量信号，作为直线运动模组的原点、左极限、和右极限信号的三个PNP型接近传感器3信号，由数字量输入模块14输入主控计算机。

所述的输出交流伺服电机输出力矩控制信号，模拟量输出模块16D/A转换后产生-10-+10V控制电压信号，控制交流伺服电机1的输出力矩。

控制模块的软件包括非实时模块和实时模块构成如下：

非实时模块采用Microsoft Visual Studio2010平台开发。主要完成人机交互功能。包括设置输出力跟随曲线、显示和监控加速度传感器信号、设置采样周期，启动和停止控制系统运行。