[发明专利]一种响应控制步进正弦扫频的非线性结构频域响应测试方法

说明书

本发明涉及一种响应控制步进正弦扫频的非线性结构频域响应测试方法，通过使用加速度响应控制的步进正弦激励，保持驱动点的加速度幅值恒定，在不同加速度响应幅值下，提取试验谐波力谱和谐波加速度谱，利用步骤七所述线性插值绘制谐波力面，再如步骤八所述由恒定力幅值平面截取谐波力面，提取恒定力幅值平面和谐波力面的交线，精确得到非线性结构的恒定力幅值频响曲线。本发明使用加速度响应控制，将恒定力频响曲线的各频率点测量，分散到不同加速度响应幅值工况下来测量，最后通过绘制谐波力面来提取，解决了直接力控制在共振峰附近控制效果差的缺陷，得到的非线性结构的恒定力幅值频响曲线连续性更好，对共振频率，共振峰幅值测量更准确。

技术领域

本发明属于结构动力学领域，特别涉及一种响应控制步进正弦扫频的非线性结构频域响应测试方法。

背景技术

非线性结构广泛存在于各类工程结构中，如螺栓连接结构、含间隙和摩擦接触的结构(如舵机系统)、几何非线性结构(如细长悬臂结构)等。非线性结构的动力学特性一般是关于外激励幅值的函数，因此不同激励幅值的频响曲线不能简单通过线性叠加原理得到。为获取准确的非线性结构的实验频响曲线，需要对结构施加恒定幅值激励。

传统的非线性结构的频响测试方法，一是恒定激励电压的正弦扫频，在整个扫频范围内保持激励电压恒定，但是由于结构和激振器的耦合作用，在整个扫频范围内激励力幅值和加速度响应幅值都是随频率变化的，无法测试得到非线性结构动力学特性与激励幅值的定量关系；二是通过控制驱动点的力信号幅值保持恒定来测量结构的频响曲线，但是由于在共振峰附近的力降现象，为保持力幅值恒定，需要急剧升高激励电压，导致共振峰附近控制效果不稳定，采用经典的力幅值控制试验采集的频响曲线，在共振峰会存在跳跃现象。此外在共振峰附近控制偏差大，以至于在共振峰附近共振频率和幅值等测量不准确。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决现有技术对非线性结构恒定力幅值频响曲线在共振峰附近测试精度不高的缺陷，实现对非线性结构的恒定力幅值频响曲线的精确测量，本发明涉及一种响应控制步进正弦扫频的非线性结构频域响应测试方法。

本发明的技术方案是：一种响应控制步进正弦扫频的非线性结构频域响应测试方法，包括以下子步骤：

步骤一：在非线性结构上粘贴若干加速度传感器，通过预实验确定共振峰的范围；

步骤二：根据预实验结果确定步进正弦扫频激励的频率范围和频率间隔步长；

步骤三：根据测试工况，控制激励点的加速度幅值恒定，对结构施加加速度响应控制的步进正弦扫频实验，提取步进正弦扫频实验的谐波力谱；

步骤四：给定目标的恒定力幅值，连续改变激励点加速度幅值，直到测量的谐波力谱上的最小力幅值大于最大的目标恒定力幅值，此时加速度幅值工况即为最大的激励点加速度幅值工况；

步骤五：将初始工况下的加速度幅值0g与步骤四得到的最大的激励点加速度幅值工况之间的数值进行等分，得到加速度幅值工况表；

步骤六：根据步骤五得到的加速度幅值工况表，利用LMS SCADAS数据采集系统和LMS Test.Lab软件自带的控制器控制驱动点的加速度幅值保持恒定，对非线性结构施加步进正弦激励，利用LMS Test.Lab软件提取各恒定加速度幅值正弦扫频实验工况下的谐波力谱和谐波加速度谱；

步骤七：根据步骤六得到的谐波力谱和谐波加速度谱，使用线性插值绘制谐波力面，其中，X轴是频率；Y轴是加速度幅值；Z轴是力幅值。

步骤八：采用恒定力幅值平面(即，Z为常数的平面)来截取谐波力面，提取恒定力幅值平面与谐波力面之间的交线，最终获得恒定力幅值频响曲线。

本发明进一步的技术方案是：所述步骤一中的实验为低能量幅值随机扫频实验。