[发明专利]数字随机振动控制均衡方法及其控制系统和设备

说明书

本发明属于振动环境试验设备的控制系统，以及带有这种系统的振动设备。

在工业生产和工程中，许多试件是需要进行随机振动试验的。这种试验一般将试件安装于振动台上，用控制系统使振动台及其试件处在预定的随机振动状态之中。现常用的振动控制系统是以频谱均衡方法为原理的数字随机振动控制系统，参见美国专利3710082和3848115。这种振动控制系统可以在同一时刻激发多种频率的振动，频谱范围宽，且调整简单，再现性好，因此得到广泛地使用。这种数字随机振动控制系统，其方框原理图如图1所示，图中1为被控对象振动台（它包括功率放大器、激振器、试件、传感器），2为A/D变换器，3为时域-频域频谱变换器，4为线性平均器，5为指数加权平均器，6为比较器（除法器Sr/Sym），7为相位随机化器，8为参考功率谱存储器，9为修正S×n+＝S×n（S_r/S_yn）的修正器，10为频域-时域频谱变换器，11为时域随机化产生器，12为D/A变换器。

该系统的控制过程为：由驱动信号S×n去驱动控制对象振动台1的激振器进行振动，并由振动台1的传感器拾取了试件的振动信号，此时因振动台本身和试件的传递特性及非线性，这时的信号与原驱动信号是不同的。此振动信号经A/D（模/数）转换器2变换为数字信号，再由时域/频域转换器3将时域信号变换为功率谱Syn，为要得到高置信度的控制功率谱Syn（ω）的值，需对Syn（ω）经过多次测量进行平均提高自由度，这由线性平均4（平均次数为K）和指数平均器5（加权系数为N）来进行，在平均计算中，当自由度NOF＝2K（2N-1）愈大，Syn（ω）估值精度愈高。此控制功率谱Syn（ω）通过比较器6与预定的参考功率谱Sr（ω）相比较，把比较的差送到修正器9进行修正，S_xn+1（ω）＝Sxn（ω）（S_r（ω）/S_yn（ω））完成一次选代，而产生新的驱动功率谱Sxn+1（ω），此后将Sxn+1（ω）与随机相位产生器7合成为复数谱，并送到频域-时域频谱变换器10，使一帧频域驱动信号变为一帧时域驱动信号，然后由时域随机化产生器11将一帧时域驱动信号随机化，变为连续的多帧时域信号作为驱动信号使用，再由D/A（数-模）变换器12将11来的时域信号变为模拟信号，再次去驱动激振器，这样过程的重复操作，使得驱动振动台的驱动信号的功率谱Sxn按照振动台和试件的特性不断修改，使振动台及试件的振动功率谱（Sy_n）形状最后与予定的参考功率谱（Sr）相同，从而完成随机振动闭环控制过程。

由上述可知，被控对象-振动台的闭环控制系统的频谱均衡，其基本原理是传递函数修正法，其选代公式为：

Sx_n＋1（ω）＝ (Sr（ω）)/(H（ω）) = (Sr（ω）)/(Sy_n（ω）/Sx_n（ω）) =Sx_n（ω）· (Sr（ω）)/(Sy_n（ω）)

式中H（ω）为被控对象的传递函数，

Sr（ω）为参考功率谱，即试件要达到的振动频谱，

Sy_n（ω）为第n次控制功率谱，

Sx_n（ω）为第n次驱动功率谱，

Sx（n+1）（ω）为第n+1次驱动功率谱。

上述数字随机控制系统存在的问题是：