振动试验实时控制系统的研究

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1、摘要环境振动试验是可靠性工程的重要组成部分之一，在近五十年中，随着航空、航天、军事装备、各民用行业对产品性能以及可靠性要求的不断提高，对环境振动试验的要求越来越高。其试验方法也从以前的正弦试验逐步发展到具有随机试验、正弦加随机、随机加随机、冲击试验、冲击响应谱以及随机信号的时域再现等诸多试验方法，以满足不同应用以及科学研究领域的需要．这些振动试验的控制算法在进行试验的过程中起着至关重要的作用，直接影响着振动试验的控制精度、控制动态范围以及试验结果的可信度等。因此，针对振动试验的控制算法展开研究是具有十分重要的意义．本论文主要以随机振动试验作为研究对象，综合

2、国内外文献资料以及工程中实际反映的问题，主要针对以下方面进行了详细的理论和试验研究。首先，随机振动试验中的控制动态范围是衡量振动试验系统控制性能和控制精度的主要指标。耳前国内振动试验控制器仅能做到60dB的控制动态范围，而国际同类技术水平能达到90dB。因此，本论文在对传统随机振动试验算法进行分析的基础上，揭示控制动态范围低的问题所在：加窗重叠所带来的频谱泄漏以及时域统计特性变化，并在分析的基础上提出了时域的修正算法，给出了基于两帧重叠的修正因子关系式。该解决方法使得随机振动试验的控制动态范围达到了90dB以上，满足了随机振动试验高控制动态范围的要求。其次

3、，复合振动试验更能真实反映产品在实际环境中所受到的振动激励。在目前的正弦加随机振动控制算法中普遍存在低频正弦信号从宽带随机信号中分离精度不高，以及多个低频正弦信号不易分离的难题。本论文采用从频域分离的思想，在多分辨率谱分析方法的基础上，提出了基于多分辨率谱分析方法与维纳．辛钦定理相结合的幅值分离算法，提高了正弦信号分离的精度，从而提高了正弦加随机振动试验的控制精度。此外，本文对基于32位浮点高速处理器DSP和FPGA实时硬件系统的设计做了深入的研究，并与前述研究内容结合在一起，在实际振动试验系统中进行了控制算法的对比研究，试验结果再次证明了本文的研究算法是

4、正确的。有关各章内容分述如下：第l章阐述了本课题的来源、研究的目的和意义；重点介绍了国内外振动试验控制系统的发展历史和研究动态；介绍了相关研究领域的研究状况；最后对论文的总体研究内容以及研究结果进行概括性论述。第2章对随机振动试验控制原理及其算法进行了详细的介绍。重点介绍了其中的谱估计、传递函数均衡、相位随机化、时域随机化等关键技术；并对随机振动信号的时域分布进行了介绍。摘要第3章在对传统随机振动试验算法进行分析的基础上，找出了影响系统控制动态范围问题的所在：加窗重叠所带来的频谱泄漏以及时域统计特性变化，并在分析的基础上提出了时域的修正算法，给出了基于两帧

5、重叠的修正因子关系式。并运用Matlab进行仿真研究，研究结果证明：该修正算法解决了系统控制动态范围低的问题，使得随机振动试验的控制动态范围达到了90dB以上，满足了随机振动试验高控制动态范围的要求．第4章针对正弦加随机振动试验中低频正弦信号分离精度较差的问题，在介绍传统的分离算法的基础上，提出基于多分辨率分析的正弦加随机振动试验控制算法，该算法以多分辨率谱分析为基础，结合维纳一辛钦定理，可以准确地分离正弦信号，提高系统的控制性能．最用运用Manab进行的仿真研究表明，该算法具有更高的分离精度以及较低的运算量。第5章介绍了本课题硬件系统平台的设计，实时控制

6、系统的实现、算法优化以及一些关键技术．第6章针对前述各方法进行实验研究，通过连接振动台对控制算法进行验证。并对各方法进行了比较。第7章对全文的主要研究内容和成果进行了概括，并且对以后的研究进行了一些展望。关键词：振动试验，随机振动试验，正弦加随机振动试验，控制动态范围，谱估计，多分辨率分析摘要AbstractEnvironmentalvibrationtestisthekeycomponentofReliabilityEngeering．DuringthereCCut50years,therequirementsofthereliabilityhavebe

7、enimprovedgradllally,andtherequirementstovibtadontestarestrickerthanbefore．Themethodsofvibrationtesthavebeendevelopedfromsinglesinusoidaltesttomanytests,suchasrandom,sineOnrandom,randomOilrandom,shock,shockresponsespectrumanalysis,time-domainrandomreproductionandSO011．Thecontrolal

8、gorithmsofthesetestmethodsplayimp