力限控制在振动试验中的应用研究

传统航天器加速度响应控制振动试验是根据特定的加速度规范,控制振动台台面加速度,这种试验方法会在试件固有频率处产生过试验现象,力限振动试验可以有效地缓解这种过试验.本文基于简单二自由度模型给出了详细计算力限条件的方法,在此方法基础上,推导出了航天器试件支架与振动台台面间力谱和加速度谱,并对试件支架进行力限正弦振动试验和力限随机振动试验,实验结果表明：与传统加速度响应控制方法相比,基于简单二自由度模型力谱条件的力限振动控制试验能够更加真实模拟动力学环境,有效缓解振动过试验,可以为航天器振动试验提供很好的试验依据。     

力控振动试验与过试验现象分析

传统的卫星加速度控制试验是根据特定的加速度规范,测量并控制振动台台面的加速度,由这种试验方法做出的估计往往过于保守,会在试件结构的固有频率处产生过试验现象,对结构造成过响应的危害.力控试验是测量并控制卫星结构与振动台台面之间的界面力,这种试验方法能够有效地改善由加速度控制试验造成的过试验现象.本文在传统加速度控制试验产生过试验的原因和力控试验方法的过试验补偿原理的分析的基础上,进一步提出了双控试验这一方法,即同时测量并控制界面力与台面加速度,并且可以更好地模拟真实发射过程中的卫星结构的动力学环境.本文通过数值仿真算例,验证了力控试验对过试验现象具有明显的改善效果,以及双控试验是最为理想的卫星动力学环境试验方法.为力控和双控试验方法真正应用于我国卫星动力学振动试验提供了理论依据.     

气动式振动台振动信号生成机理研究

根据矩形薄板横向弯曲振动理论,建立了气动式振动台的力学分析模型,采用基于薄板系统最小势能原理的能量法(Rayleigh-Ritz法)分析和计算了振动台面的固有频率和归一化条件下的正则振型.在弹性薄板传统动力学理论分析的基础上,考虑到实际气动式振动台复杂的激励载荷--9个不同位置处气锤产生的周期性激励信号,通过推导振动台面气锤安装位置(输入)与响应位置(输出)之间的传递函数,进一步研究了振动台面的强迫振动响应,通过有限元仿真和实验验证了理论分析的正确性,旨在为整个气动式振动台的性能改善及自主研发奠定理论基础.     

地震模拟振动台试件与台面相互作用的力反馈补偿控制

电液伺服地震模拟振动台试验过程中存在试件与台面相互作用,导致振动台系统的幅频特性曲线在试件自振频率及附近范围产生峰值和陷波,影响台面振动的实际输出。为消除试件与台面相互作用对振动台系统控制性能的影响,在三参量控制的基础上引入力反馈补偿控制,并通过单台振动台试验中单自由度试件、多自由度试件模型进行了试验仿真分析,结果表明力反馈补偿控制补偿了试件与台面相互作用对振动台系统性能的影响,通过控制方法的误差影响分析验证了该方法对于振动台试验控制的有效性。     

环境振动试验传感器布置优化方法研究

为了快速获得最优的加速度传感器布置位置,依据电动振动台多点控制原理和夹具传递函数特性,建立了传感器布置优化计算模型。以一夹具为实例建立有限元模型,利用nastran软件求出传递函数,然后,根据所建优化模型获得传感器最优布置位置,最后,通过夹具振动试验测试夹具与试品连接部位处的响应。测试结果表明优化方法所得的响应加速度均方偏离度明显小于传统方法,证明了该优化方法是实用和可行的,并能为环境振动试验中的传感器布置和夹具设计提供实践与理论指导。     

数字补偿技术在振动台振动控制应用中的若干问题

一前言数字补偿技术是振动台振动控制的重要组成部分，直接影响着试验的成功。本文阐述了振动台数字补偿振动控制技术的原理，并系统地分析了在振动台数字补偿振动控制的过程中，测量误差、环境对振动台驱动信号的干扰噪声及试验系统本身非线性等因素的影响，得出了对指导试验具有重要意义的结论，并列举一些实例。二数字补偿技术原理在进行振动台试验时，如果不采用数字补偿技术，直接把试验所设计的振动台振动信号作为振动台的驱动信号。当采用数字补偿技术时，试验所设计的振动台振动信号经补偿运算及相应的变换后，转换为振动台的驱动信…     

海洋平台结构振动的AMD主动控制试验研究

结合我国渤海JZ20—2MUQ平台的实际背景，设计制作了导管架式海洋平台结构1：10比例模型。利用传递函数法进行了平台结构模型的系统识别，并与有限元模型进行了比较。采用主动质量驱动控制系统(AMD)，利用容易实现的平台结构加速度输出反馈，设计并实现了平台结构的LQG控制算法。采用自行设计制作的AMD控制系统，进行了平台结构模型振动控制的地震模拟振动台试验，证实了AMD控制系统对平台结构良好的振动控制效果。本文的研究和结果为新建和现役平台结构的AMD振动控制应用奠定了基础。     

考虑非线性电磁分布力的虚拟电动振动系统建模

针对振动台进行汽车零部件等振动试验存在试验周期长,成本高等问题,采用有限元方法构建了一套虚拟电动振动系统。建立了电磁系统以及动圈的有限元模型,实现了从动圈电流输入到振动台台面加速度输出的全过程虚拟仿真。对动圈所受的电磁驱动力进行理论分析与有限元仿真发现,它在空间上是非均匀分布的,而且力的大小和运动位置有关,呈现出明显的非线性规律。利用该虚拟振动系统进行实例仿真,仿真表明,在动圈的运动过程中,其所受电磁驱动力的非线性会引起台面加速度输出信号的谐波失真问题。相对于线性电磁模型,该虚拟振动系统提供了更真实的振动环境。     

高线加速度下电动振动机电耦合特性的研究

利用机电分析动力学方法,对高线加速度下热与振动复合环境试验的子系统－－离心机－振动台进行建模和仿真分析。仿真结果表明,在离心力场下,电动振动台动圈平衡位置及系统固有频率发生变化,直接影响振动台正常工作,机电耦合非线性项的存在,使振动台输出波形发生失真。最后提出一些解决问题的措施。     

基于动力学环境试验数据的模态参数识别

在被测系统做动力学环境试验的同时，将振动台台面和被测系统组成的新系统作为分析对象，以振动台给定的力谱（或加速度谱）作为激励，对被测系统进行模态参数的识别。基于结构的振动台环境试验数据，通过被测系统频域中的测点加速度测量值与台面加速度测量值之间的传递率函数，导出了一个被测系统的“广义频率响应函数”，并且通过对边界条件的进一步简化和假设，最终得到了系统的模态参数。仿真算例验证了本方法的有效性。     

伺服关节驱动的柔性臂系统耦合动力学模型辨识与实验

针对整个伺服关节驱动的柔性机械臂系统,在考虑其机电、刚柔耦合特性的基础上,理论上进行了动力学建模。分析了包含直流伺服电机、谐波减速器以及伺服驱动器的伺服关节的驱动及摩擦特性,对实验中测到的电机匀速正反转数据进行线性拟合,得到了关节驱动模型中的库伦摩擦力常数和黏滞摩擦力系数。分别建立了从伺服电机驱动电压到光电编码器检测的电机转角、从伺服驱动电压到代表柔性臂振动的应变桥路输出之间的理论传递函数,以伪随机二进制序列为激励信号,通过实验辨识得到了此对应伺服关节柔性臂转动与振动耦合以及机电耦合的两个传递函数,在伪随机和正弦信号激励下,辨识得到的传递函数模型与实际结构的转动位移和振动响应具有较高的一致性。从而得到了伺服关节驱动的柔性臂系统刚柔耦合、机电耦合的动力学模型。     

《卫星力控振动试验的模型简化原理分析》

航天器振动环境试验的首要目标,是为了发现航天器在结构动力学设计方面存在的问题,防止在发射过程中由于严酷的振动环境导致发射任务失败。在常规航天器的振动测试中,振动台台面的加速度输入是按照加速度规范进行控制的,将飞行环境中实际测量得到的加速度峰值的进行包络,这种测试方法会在卫星或飞船的固有频率处产生较大的过试验现象。为此,NASA从1993年以来,推行“力限振动试验（force limited vibration testing）”技术,即采用振动台加速度和界面力进行“双控”,以降低过试验的危害。但是,由于真实飞行时的星箭界面力无法通过实际测量得到,因此,通过对星箭界面的计算模型、实验获得的模态参数、以及从实测界面加速度等条件下获得界面力数据的研究成为FLVT技术研究的核心内容。本文通过星箭耦合系统的动力学模型,利用子结构模态综合法推导出界面动力学响应以及界面力与界面加速度的关系式。然后根据子结构各阶主模态在特定频率区间内的特性,对动力学模型进行简化,并对NASA文献中的“复杂二自由度模型”进行了理论证明和误差分析。     

三轴六自由度随机振动试验转换矩阵原理及控制方法

分析了三轴六自由度振动系统的加速度特征,建立了振动台试件上任一点的加速度特征表达式,通过引入台体绝对刚性假设,推导得到了输入转换矩阵的表达式。分析了六自由度振动系统运动所需的六个合力与激振器实际所需施加激振力之间的关系,并给出了输出转换矩阵的推导过程。给出三轴六自由度随机振动试验控制方法的一般原理与步骤,包括驱动信号生成以及响应信号均衡等。讨论了两种常见的八激振器配置方案以及传感器的布置方式。为验证本文的理论和算法,给出了一个三轴六自由度随机振动控制仿真算例。     

基于多轴振动环境试验的模态参数辨识

基于平行多轴振动台环境试验数据,通过被测系统频域中的测点响应值与台面测点响应值之间的传递函数,导出估汁被测系统的频率响应函数的方法和公式,从而转化为一般的多输入多输出系统进行模态参数识别,并对各振动台输入信号谱相关性的影响和处理方法作了研究.仿真算例验证了方法的可行性和有效性.     

振动台在无限流体域中台面附加质量研究

 船舰外壳装有声纳传感器用来接收来自水下的声纳信号，船体的振动必然会对声纳传感器的工作产生影响，因此有必要设计水下振动台来模拟水中船体的振动，然后在振动台的台面上安装传感器来进行模拟研究．设计一个工作台面在水体中的振动台，必须考虑水介质对台面的附加影响，这对振动台所需的推力设计、台面几何形状设计等是十分重要的．从振动台台面流固耦合运动方程出发，通过有限元方法，分别计算了台面在空气中和水下振动的加速度谐响应．通过比较台面上不同部位上几个关键结点耦合前后平均加速度值的变化，计算出了各个频率下的附加质量，并对附加质量给振动台设计带来的影响进行了研究．     

半主动控制三维缩尺隔振楼板系统振动台试验研究

为降低大型地震模拟振动台试验时所引起的振动对振动台实验室以及周边建筑结构内的机床以及精密仪器的影响,提高结构内人员的舒适度,建立了一种频率相关的半主动控制三维隔振楼板系统。提出了一种基于楼板输入加速度主频的on-off半主动控制方法以及相应的频率在线检测方法,开展了振动台试验,进行了正弦波与地震动引起振动的加载。试验结果表明:所提出的频率在线检测方法可以快速有效地检测输入振动波的主频,根据此频率进行的半主动控制可以有效降低楼板的振动响应。为了提高控制效果,实际应用中应尽量降低磁流变阻尼器在低阻尼力模式时的阻尼。     

石英挠性加速度计在超低频振动国家基准研制中的应用研究

介绍了超低频振动国家基准装置。采用改进型石英挠性加速度计SA704和研发的适配器MSA-I组成的振动套组,作为超低频振动台负反馈控制的拾振器和装置性能测试的标准器,有效地降低了振动台台面输出加速度波形的失真度,抑制了环境振动的影响,实现了0.002 Hz以上加速度失真度小于1%;解决了1 Hz以下超低频段无测量传感器的问题。该套组可作为低频和超低频振动基标准装置量值传递的标准器和核查标准。     

振动台颤动干扰原因分析

针对电磁振动台在随机振动试验中出现的振动台面颤动问题,分析了振动台面颤动的原因,得出处于同一电源网路中样品的泄露电流过大,对振动控制系统输出信号产生的干扰是振动台颤动的根本原因。提出样品和电磁振动系统采用独立接地是解决振动台颤动的根本方法,经处理后随机振动试验能够正常进行,同时振动台面能够平稳运行。     

冗余驱动两轴电液角振动台控制方法研究

冗余驱动多轴电液振动台能够有效提升系统的承载能力,改善系统的加速度均匀度及横向分量等指标,已成为振动模拟实验系统的主要发展方向。控制系统是冗余驱动多轴电液振动台的关键组成部分。基于运动学分析进行铰点空间信号与工作空间信号的转换,设计加速度控制回路,提高大位姿条件下系统的控制精度。基于冗余振动台动力学方程设计内力协调控制回路,减小各缸间的内力耦合。分别通过位姿控制、阶跃响应、加速度频率特性分析和正弦振动实验验证控制策略的有效性。     

一种多输入多输出非高斯随机振动试验方法

针对传统的多输入多输出高斯随机振动试验难以应用于非高斯问题,提出了一种基于频域逆系统方法的多输入多输出非高斯随机振动试验控制方法。该方法首先通过给定的参考谱和参考峭度生成参考信号,其次根据频域中的输入输出关系生成满足要求的驱动信号。采用相位调节法生成非高斯信号,由于相位调节法不改变原信号的功率谱,因此可实现功率谱与峭度的独立均衡控制;将矩阵幂次算法用于功率谱均衡,并提出了一种类似矩阵幂次算法的峭度均衡算法。最后,对一个三轴振动台台面振动环境进行了控制试验,结果表明,台面加速度响应的功率谱密度被稳定地控制在±3 dB容差限内,响应峭度也被稳定地控制在参考值附近,从而验证了所提方法的有效性与可行性。