[发明专利]基于传递函数的振动谐波迭代控制系统

说明书

本发明提出一种基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，包括程控信号源、振动激励单元、数据采集单元、谐波分析软件及谐波控制软件。所述的振动谐波迭代控制系统基于振动激励单元的传递函数，构建振动激励器输出振动信号中谐波成分的补偿量，并叠加到输入量中，通过迭代控制实现对谐波成分的有效控制，从而达到降低振动激励器输出振动信号波形失真度的目的。本发明所述的基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，组成结构简单、操作流程简便、适用范围广泛，对振动激励器输出振动信号波形失真具有较好的控制稳定性及控制效果。

技术领域

本发明属于振动谐波控制技术领域，具体涉及一种基于传递函数的振动谐波迭代控制系统。

背景技术

为提高信噪比，振动激励器输出振动信号的位移幅值应随频率的降低而逐渐增大。但是，振动激励器中弹性回复装置、磁路结构等系统的非线性也将随位移幅值的增大而逐渐增大，进而导致输出振动信号叠加高次谐波成分，产生波形失真。振动激励器输出振动信号的波形失真会严重制约其在振动环境模拟、测振传感器标定及其它需产生高精度单频振动激励信号场合的应用。

通过构建闭环反馈控制系统可有效降低振动激励器输出低频振动信号的波形失真度(控制谐波成分)。但是，反馈控制系统对波形失真的控制效果与待控制系统的频率响应特性及反馈深度(反馈通道上的放大系数)相关。一般情况下，振动激励器在低频存在较大的非线性特性，为实现较好的波形失真控制效果，通常需施加深度负反馈控制。而且，振动激励器一般存在相位滞后响应特性。随着反馈深度及相位滞后的增大，控制系统将出现自激振荡或正反馈等不稳定现象，严重影响控制效果。为达到更好的反馈控制效果，通常需在控制系统中设计结构复杂的控制器(如PID控制器)，并通过对相关参数的反复调整完成系统校正。然而，引入控制器不可避免地会增加反馈控制系统的复杂性及参数调整难度。

发明内容

为有效解决通过闭环反馈控制系统实现振动激励器输出振动信号波形失真控制中存在的系统结构复杂、参数调整难度大及稳定性要求高等问题，本发明提出一种基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，完成对振动激励器输出振动信号波形失真的开环控制。

基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，包括程控信号源、振动激励单元、数据采集单元、谐波分析软件及谐波控制软件；所述的振动激励单元包括振动激励器系统及振动检测单元；所述的振动激励器系统包括功率放大器及振动激励器；所述的振动检测单元包括振动加速度传感器及放大器或适配器；所述的数据采集单元包括数据采集卡和计算机；所述的谐波控制软件包括计算模块、反相模块和叠加模块；谐波分析软件和谐波控制软件安装在计算机中。

所述的程控信号源产生当前输入量，当前输入量经功率放大器放大后，驱动所述的振动激励器产生振动加速度信号；振动激励器的输出振动加速度信号由振动检测单元检测，并由数据采集卡采集后送入计算机；所述的谐波分析软件计算得到输出振动加速度信号中包含的基频及各阶谐波成分的频率、幅值、相位及对应的波形失真度值，并判断该波形失真度值是否满足小于或等于设定的波形失真度要求，波形失真度要求指待控制振动激励器产生的输出振动加速度信号波形失真度的最大允许值，若满足，则保持当前输入量驱动振动激励器产生振动加速度信号；若不满足，则采用谐波控制软件实现对振动激励器输出振动加速度信号波形失真的迭代控制。

所述的当前输入量的获取：在需施加波形失真控制的频率范围内，基于振动激励单元的加速度传递函数及待控制振动激励器需产生的目标振动加速度信号频率、幅值及相位要求，以该目标振动加速度信号作为加速度传递函数的输出量，计算得到相应的输入量频率、幅值及相位，并以该输入量作为当前输入量。

所述的谐波控制软件分别以所述的输出振动加速度信号中各阶谐波成分作为振动激励单元的加速度传递函数的输入量，用计算模块计算得到与各阶谐波成分对应的输入补偿量的频率、幅值及相位；将该输入补偿量用反相模块反相后，用叠加模块与当前输入量叠加得到修正输入量；最后，用修正输入量代替当前输入量，并基于该当前输入量，由程控信号源和功率放大器驱动振动激励器产生修正谐波成分后的振动加速度信号，完成整个迭代控制过程。