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。     

基于内环H_∞控制的实时混合试验

实时混合试验将结构的关键部位作为试验子结构进行试验,而其余部分作为数值子结构在计算机中模拟,并通过作动器或振动台对试验子结构进行加载来实现二者边界条件的协调。由于作动器-试件系统复杂的非线性动力特性,传统的PID控制器性能受到一定影响,必须采用时滞补偿方法或外环控制消除作动器-试件系统的非线性动力特性影响,才能保证实时混合试验的成功。为在作动器内环消除作动器-试件系统非线性动力特性的影响,采用基于混合灵敏度的H_∞控制理论设计实时混合试验作动器内环控制器,并研究了这种方法的可行性。数值仿真表明,H_∞控制器表现出较好的跟踪性能并具有一定的鲁棒性;单自由度线弹性结构实时混合试验证明了该方法在作动器内环控制上的可行性。     

试件-加载系统相互作用对实时子结构试验系统稳定性影响

实时子结构试验将易于建模部分进行数值仿真,剩余部分进行物理试验,从而间接增强了既有设备的试验能力。加载系统与试验试件动力特性的耦合是影响子结构系统稳定性的关键问题。现有稳定性分析方法忽略了其耦合效应对稳定性分析精度的影响。该文建立了作动器、振动台与物理试件间的动力耦合模型,建立了可考虑耦合动力特性的稳定性分析方法,通过试验与理论分析验证了该方法的准确性。基于该方法分别讨论了试件-加载系统相互作用对基于作动器和振动台的子结构试验系统稳定性影响。分析结果表明:试件-加载系统相互作用在不同条件对子结构试验系统稳定性会不同程度的降低或提高,需要特别考虑。     

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.     

振动试验机电传递函数的结构动特性分析

在振动试验中,应用试验件与振动台台面组成大系统的建模方法,建立振动台的台面控制加速度与驱动电压之间的机电传递函数,分析试验件固支模态频率与机电传递函数零点体系之间的对应关系,当将振动控制仪的驱动电压看作为整个系统的广义激励时,试验件的固有频率可以在只有台面控制加速度的情况下得到辨识。最后以π形钢梁的振动试验结果验证了该方法的正确性。     

基于振动台的实时动力子结构实验系统稳定性预测研究

基于振动台的实时子结构试验是重要的现代结构试验技术,能很好的对土-结相互作用、减震系统（比如TLD、TMD）等动力特性进行大尺寸试件试验研究。试验系统稳定性是实现子结构试验的关键,但复杂的振动台动力特性使其稳定性预测精度还难以满足试验要求。该文结合振动台系统综合建模和根轨迹技术发展了稳定性预测方法,通过试验验证了该方法的可行性。同时从相位和幅值影响两方面对比讨论了常用分析方法的局限性,并采用该方法就结构特性对稳定性的影响进行了分析。研究结果表明考虑振动台综合模型的方法能很好的预测子结构试验系统稳定性。     

不同气锤组合方式的气动式振动台性能研究

气动式振动台振动信号的频域能量分布不均匀且低频能量较低,这限制了该设备在电子产品可靠性强化试验中的进一步应用.由于商业竞争和技术保密等原因,目前国内对该设备的优化设计与自主研发尚未全面展开.根据薄板振动理论建立了气动式振动台的力学模型,采用能量法(Rayleigh-Ritz法)分析和计算了振动台面的固有频率和正则振型,针对三种不同的气锤组合方式,采用分析多自由度系统响应的振型叠加法分别计算了振动台面的强迫振动响应,进而对气动式振动台振动信号产生的机理进行了探索.在此基础上,根据气动式振动台的性能评价指标,进一步对三种气锤组合方式的气动式振动台性能优劣进行了评价,为整个气动式振动台的性能改善及自主研发提供了理论指导.     

设备-结构动力相互作用振动台试验方法研究

为了合理评估设备与结构的抗震性能,开展设备-结构动力相互作用振动台试验方法研究。按照分支子结构方法推导设备-结构动力相互作用运动方程,提出了考虑设备-结构动力相互作用振动台实时子结构试验方法,该方法将设备作为试验子结构由振动台加载同时结构作为数值子结构由仿真软件计算联合进行振动台试验,能够考虑设备-结构相互作用对设备抗震性能的影响。设计了四层的钢框架设备-结构动力相互作用缩尺模型,进行各地震动作用下的振动台实时子结构试验与传统整体振动台试验。通过比较发现两种试验方法得到的结果基本吻合在一起,证明提出的振动台实时子结构方法是可靠有效的。试验分析表明忽略设备-结构动力相互作用将影响结构或设备真实的地震反应,特别是对于设备反应的影响更显著。     

大型地震模拟振动台运行对周围场地影响的试验研究

随着地震模拟振动台数量越来越多,其运行对环境的振动影响受到极大关注。通过现场实测和分析,深入探讨了振动台运行对周围场地的振动影响,结果表明:如果将振动台基础简化为单自由度质点-弹簧-阻尼模型,地基土提供弹性力和阻尼,振动台的运行视为施加于基础的动力荷载,由此得到的计算结果与实测基本吻合。通过扫频试验获取了基础振动幅频响应曲线并进而确定了基础自振频率。试验研究结果显示,当振动台台面产生峰值为1.5 g加速度时,基础及实验室内地面加速度最大值仅有5 gal,不及台面的0.4%;振动从基础向周边场地传播按指数规律衰减,一般不会对周围建筑安全和人员舒适性造成不良影响。     

振动台与偏心负载相互作用的机理研究EI北大核心CSCD

为研究振动台与偏心负载的相互作用机理,构建了振动台与偏心负载的传递函数矩阵,研究了负载与振动台的质量比、转动惯量比,以及负载重心和激振器分别至振动台台面中心距离的比(偏心距离比)对传递函数矩阵的影响。结果表明:质量比对传递函数矩阵的影响最大,偏心距离比次之,转动惯量比最小。由于振动台-负载相互作用的影响,振动台的有效工作频段下降了71.13%,两激振器间的耦合作用被放大了至少37.15倍。基于以上研究,提出了一种实时补偿控制策略的拓展形式,并分别从频域和时域角度分析了所提策略的有效性。分析表明,两个激振器复现地震动记录的波形相关系数分别提升了14.04%和4.78%,所提出的控制策略能够很好的补偿振动台与偏心负载间的相互作用。     

土结构动力相互作用的实时耦联动力试验的时滞稳定性

针对土-结构动力相互作用的实时耦联动力试验(SSI-RTDHT),以单自由度上部结构体系为例,建立了考虑振动台时滞及其补偿的数学模型;然后采用基于Padé 展开逼近时滞项的根轨迹方法研究其稳定性;最后利用数值仿真验证了理论分析得出的稳定条件.研究结果表明:时滞明显地改变了系统固有模态的动力特性,并使得SSI-RTDHT 成为一个条件稳定系统;稳定性随时滞和上部结构频率的增大而降低,随地基特征频率的增大而提高;上部结构阻尼比对稳定性影响不大.三阶多项式补偿会明显降低试验体系的稳定性,但可以改善固有模态的性能.     

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…     

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。     

液压二自由度力反馈操纵杆设计

 开发了一种用于遥操作双向伺服系统力反馈工作的液压二自由度力反馈操纵杆.该操纵杆采用PID控制器控制的电液伺服系统进行驱动,可以有效地解决一般电机型力反馈操纵杆在刚度和响应速度方面不足的问题.介绍了系统的软硬件构成,并通过对系统运动性能的分析,设计了用于该系统的力反射型力反馈算法,最后通过实验验证了该算法的有效性.实验证明,该操纵杆具有较好的力反馈操作特性,能够满足遥操作系统力反馈工作的需要.     

基于共享内存的过约束多自由度振动台解耦控制方法

为了提高由过约束作动器驱动的地震模拟振动台振动信号的复现性能,对振动台和控制系统进行建模和小尺寸模型振动台试验验证,分析了采用8个作动器耦联驱动的小型三向六自由度振动台系统特性,在理论上采用正、反运动学模型对其进行动态解耦;利用混合试验中的共享内存具有的实时存储与读取的功能,以控制器、SpeedGoat及数据采集系统构建去中心化的控制系统硬件平台,采用SpeedGoat旁路控制器,对所提出的解耦控制方法进行了试验验证,证明了该控制方法的可行性和可靠性。经试验验证的机构解耦算法运算量小,可拓展多种更复杂的控制方法,在硬件平台更普适。     

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。     

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。     

非线性能量阱刚度优化计算与振动台试验

介绍了一种通过几何非线性产生非线性回复力的NES,并对它的宽频控制特性进行了研究。首先通过解析方式求得1∶1共振下频率与能量之间的关系并绘制频率能量图,频率能量图直观的表达了当NES与线性振子连接到一起的时候,其相对于线性振子的振动频率与系统中能量水平有着直接关系。然后,在多自由度振动系统的模态空间中使用解析的方法将NES刚度与线性振子的能量、频率与振型建立起相关的表达式。由表达式得到振动系统在一定能量水平下,NES达到较优控制效果所需要的非线性刚度。根据较优刚度计算方法,设计了NES振动控制试验并进行振动台试验。为了试验NES宽频控制特性,振动台台面输入采用了针对频域测试的Chirp信号,试验过程中通过改变NES的弹簧刚度与增加被控框架质量来改变框架动力学特性的方法以检验NES宽频控制的效果。试验结果表明NES有较好的宽频控制效果,即使其刚度偏离优化值或被控对象动力学特性发生一定改变,NES依然能发挥较好的振动控制作用。     

实时混合试验的自适应时滞补偿方法EI北大核心CSCD

实时混合试验是由拟动力试验发展而来,时滞问题是实时混合试验的核心问题。传统时滞补偿方法往往假定试验中时滞不变,然而加载系统的非线性以及试件性能的变化可能导致系统时滞变化,使得此类方法性能不够理想。该文针对变时滞实时混合试验提出了基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法。该方法将伺服系统简化为离散模型,通过在线参数估计确定系统状态,从而对伺服系统进行在线时滞补偿。该文首先阐述了该方法的原理,再通过数值模拟验证了方法的可行性与精度,并分析了不同模型对补偿的影响。     

弹性试件的实时子结构试验等效力控制方法

等效力控制方法用反馈控制代替迭代过程求解实时子结构试验隐式逐步积分方法的非线性方程。通过对具有弹性试件体系的数值模拟和试验进一步验证实时子结构试验等效力控制方法的有效性。首先介绍实时子结构试验等效力控制方法的原理;然后以一单自由度体系为例介绍比例-微分等效力控制器的设计方法,并用劳斯判据分析反馈控制系统的稳定性;接着对一具有弹性试件的单自由度体系进行单步输入反应、自由振动反应和受迫振动反应的数值模拟;最后通过对具有弹簧试件的单自由度体系的单步输入、自由振动和受迫振动反应的实际试验验证此方法的有效性。分析结果表明,只要反馈控制系统中各参数均选正值此系统就是稳定的。数值模拟和试验的结果都表明,等效力控制方法可以取得非常好的稳定性和精度。