[发明专利]航天器虚拟正弦振动试验方法

摘要

本发明公开了一种航天器虚拟正弦振动试验方法，包括模拟模型的构建步骤；虚拟正弦振动试验的参数设置步骤；传递函数计算步骤；试验驱动信号生成步骤；虚拟正弦振动试验步骤。本发明的方法充分考虑了航天器真实振动试验的所有关键环节，集成了振动台试验控制系统和多个组成系统的传递函数，采用闭环计算方法，显著提高传统开环数值方法的真实性和精度。

主权项

一种航天器虚拟正弦振动试验方法，包括以下步骤：1)模拟模型的构建步骤通过msc.nastran软件建立振动台、航天器、夹具的有限元模型，通过matlab软件建立功率放大系统、加速度传感器、滤波及放大电路系统的仿真模型；2)虚拟正弦振动试验的参数设置步骤虚拟正弦振动试验的参数包括：试验起始频率、试验截止频率、试验量级条件、试验扫描速率、频率采样间隔时间、试验压缩比、及选定的模拟模型上的试验控制点和试验响应点；3)传递函数计算步骤在msc.nastran中将振动台、航天器、夹具的有限元模型组合成为整体分析模型，计算单位力的输入情况下，试验控制点和试验响应点频域分析的加速度结果，将加速度结果除以单位力，得到试验控制点和试验响应点的相对于力的传递函数；利用matlab软件计算功率放大系统、加速度传感器、滤波及放大电路系统的传递函数，其中功率放大系统的传递函数的输入参数为控制电压，输出参数为驱动电流；加速度传感器系统的传递函数的输入参数为加速度响应，输出参数为电荷；滤波及放大电路系统的传递函数的输入参数为电荷，输出参数为电荷；以及利用F＝BIL函数关系进而得到功率放大系统的驱动电流与振动台的驱动力之间的传递函数，其中B为振动台的磁场强度，L为振动台的线圈长度，I为驱动电流；将上述得到的所有传递函数相乘，得到功放系统的驱动信号和试验控制点、试验响应点之间的总传递函数；4)试验驱动信号生成步骤设试验起始频率为f0，试验要求的试验控制点响应量级为aT，试验压缩比为α，驱动初始信号电压为U0，试验系统在f0频率下的总传递函数为H(f0)，则在驱动初始信号电压U0的作用下，系统的响应加速为：a0＝H(f0)U0............................................(1)计算该响应与目标的响应差Δa0＝aT‑a0.............................................(2)下一迭代步的加速度响应为a1＝a0+αΔa0............................................(3)驱动电压为U1＝a1/H(f0)...........................................(4)以后的迭代重复计算公式2‑公式4，即：Δan＝aT‑anan+1＝an+αΔan.........................................(5)Un+1＝an+1/H(f0)当|Δan|小于事先设定的值时，即认为达到了试验的量级，迭代结束，得到驱动电压U，然后进行试验；如果大于该设定值，则返回按照公式5继续进行迭代；5)虚拟正弦振动试验步骤将驱动信号U与总传递函数相乘，得到试验控制点和试验响应点的响应加速度并输出；然后通过公式6计算得到下一点的频率值fn+1，fn+1＝2A*tfn.............................................(6)其中A为扫描速度，t为在参数设置时给出的频率采样间隔时间；比较该频率值是否大于试验截止频率，大于时则结束试验，反之，则确定下一频率点的驱动信号，下一频率点的驱动信号确定方法如下：先计算频率的差，其中ac(fn)是获取的试验控制点响应信号：Δan＝aT(fn+1)‑ac(fn)......................................(7)计算下一频率点的期待加速度响应：a′(fn+1)＝ac(fn)+αΔan.....................................(8)根据此频率的传递函数计算驱动信号：Uc(fn+1)＝a′(fn+1)/H(fn)....................................(9)然后重复步骤5)。