[发明专利]一种多输入多输出非高斯随机振动试验系统及试验方法

摘要

本发明公开了一种多输入多输出非高斯随机振动试验系统及试验方法，试验系统包括数字控制系统、数字信号发生与采集系统和振动试验系统；所述数字控制系统包括计算机及安装在计算机内的多输入多输出非高斯随机振动试验算法程序；所述数字信号发生与采集系统包括控制模块、信号输出模块以及信号输入模块；所述振动试验系统为试验对象内容，主要包括激振装置、功率放大器、传感器、夹具、试验件等。本发明的多输入多输出非高斯随机振动试验系统及试验方法，能够实现非高斯分布振动环境试验，所提供的多输入多输出非高斯随机振动试验算法自闭环动态范围达到90dB。相对于以往的试验方法，试验过程仿真度更高，试验结果精确度大大提高。

主权项

1.一种多输入多输出非高斯随机振动试验系统，其特征在于，包括数字控制系统、数字信号发生与采集系统和振动试验系统；所述数字控制系统包括计算机及安装在计算机内的多输入多输出非高斯随机振动试验算法程序；所述数字信号发生与采集系统包括控制模块、信号输出模块以及信号输入模块，所述控制模块通过信号输出模块和信号输入模块与所述计算机相连接；所述振动试验系统为试验对象，主要包括激振装置、功率放大器、传感器、夹具、试验件；所述多输入多输出非高斯随机振动试验算法程序的算法步骤如下：11)定义控制点参考谱矩阵SRR和参考峭度KR，并对参考谱矩阵进行Cholesky分解，记为：12)添加随机相位矩阵计算一帧高斯信号频谱：U＝LP     (2)其中，U为下三角矩阵的高斯信号频谱；L为谱修正矩阵，初始的L可从L_R复制；P为随机相位对角矩阵，对角元元素是θ_i为服从‑π～π均匀分布的随机相位，n为控制点数目；13)通过修正的零记忆变换方法计算一帧非高斯信号，其转换公式表示为：其中y为需要转换的非高斯信号，x为转换前的高斯信号,K代表参考峭度值；修正的零记忆变换方法在迭代计算非高斯信号的同时重构非高斯信号的傅氏谱幅值，使之等于变换前高斯信号的傅氏谱幅值；对U作傅氏逆变换求得一帧时域高斯信号u，并用修正的零记忆变换方法对u进行变换得到满足要求的一帧非高斯时域信号un；14)计算一帧耦合的驱动信号，表示为：Dn＝ZUn    (4)其中Dn为一帧耦合的非高斯驱动信号频谱；Z为对频响函数H求逆得到的矩阵；Un为对un作傅氏变换得到的一帧非高斯信号频谱；那么一帧驱动信号dn可以通过对Dn作傅氏逆变换得到；15)重复以上步骤，对不断生成的dn进行加窗叠加，得到连续无限时间历程的耦合驱动信号；其中窗函数为Potter窗，叠加长度为50％；16)驱动信号经由信号输出模块输出驱动控制对象振动；17)利用加速度传感器和信号输入模块采集振动响应信号，并估计信号的功率谱和峭度，记为Syy和Ky，同时对控制谱矩阵Syy进行Cholesky分解，表示为：18)计算控制谱和参考谱之间的误差矩阵以及控制峭度与参考峭度之间的误差向量，记为：19)判断误差矩阵阈值，若未达到试验控制目标，则进入步骤110)，否则退出修正算法；110)用矩阵幂次运算对谱修正矩阵L进行迭代修正，表示为：其中，上标(k)表示迭代次数，当k＝0时，L(0)＝LR；ε为功率谱幂次修正系数，取0＜ε≤1；峭度控制算法表示为：其中，上标(k)表示迭代次数，当k＝0时，K(0)＝KR；η为峭度幂次修正系数，取0＜η≤1；111)将修正后的矩阵L和K，分别代回步骤12)和13)进行新的随机非高斯驱动信号计算。