多维随机振动试验中的互谱控制技术

《多维随机振动试验中的互谱控制技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第27卷第5期航天器环境工程2010年10月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING62l多维随机振动试验中的互谱控制技术祝济之1一，杨志鹏2(1．北京京南航天数据技术有限公司，北京100076；2．北京强度环境研究所，北京100076)摘要：文章研究了多维随机振动试验控制中的互谱控制技术，给出控制策略及互谱控制算法，阐述了相关技术。介绍开发出的原理样机构成及控制原理，通过对二维系统的控制试验，验证了控制效果。试验结果表明：采用的控制算法可行，控制方案达到随机控制试验要求。关键词：多雏随机振动；互谱控制；振动控制；多榆入多输出；随机振动试验中图分类号：T

2、B535；0324文献标识码：A文章编号：1673—1379(2010)05-0621-04DoI：10．3969巧．issn．1673-1379．2010．05．0160引言用单自由度振动台来模拟实际多自由度振动环境暴露H{很大的局限性，影响受试产品的可靠性评估。多维振动试验方法是环境试验技术的一大进步，它能够真实模拟外场环境，避免严重过试验，防止欠试验，并可实现多台并激，节省推力。近年来，国外对多维振动控制方法进行了大量研究，取得了丰硕成果，并已推出若干产品，譬如：SD公司的Jaguar，日本IMV公司的F2，DP公司的SignalStarMatrix等等。相比之下，国内还

3、没有成熟的商业化产品问世。通过学习和借鉴国内外多维控制技术，北京京南航天数据技术有限公司自主开发出一套多维随机振动控制原理性样机。本文介绍了原理样机的控制原理以及样机在一个实际二维系统的控制试验情况和控制效果的分析。1控制原理由试验输入输出信号可以通过时域和频域两种方式建立模型，但由于时域模型的建立需要事先确定模型具体结构，计算复杂，收敛性及稳定性不好控制，因此实际控制系统均采用频域建模的方式。在目前公开发表的文献中，采用比例修正算法或差分修正算法进行闭环修正。比例修正算法实际上只能修正幅值并没有修正相位，从根本上达不到相位控制要求。本系统采用了Smallwood[11的差分控

4、制算法进行闭环修正，具体算法如图1所示。图1差分控制算法原理图Fig．1Blockdiagramofdifferentialcontrolalgorithm收稿日期：2010一Ol-27；修回日期：2010—05—04基金项目：北京强度环境研究所创新基金资助项目作者简介：祝济之(1980一)，男，硕士学位，主要从事信号的采集与分析工作。E·mail：zhu．jizhi@yahoo．tom．en。航天器环境工程第27卷对Ⅳ维多输入、多输出线性系统，输入、输出之间的谱矩阵关系为&=HSddH’，(1)式中：H为系统传递函数矩阵；H7为日的共轭转置矩阵。·&进行下三角分解可得＆=日-

5、1址’(日’1一，其中：盯1为日的逆矩阵：工为下三角矩阵；三，为工的共轭转置矩阵；(H9J为日，的逆矩阵。设啻为传递函数矩阵的估计值，记矗+----pinv(／t)。由于存在估计误差和非线性影响，日’H=I+E，其中：E为误差矩阵；I为对角线元素为l的矩阵。所以可以设在试验过程中第k次迭代系统的实际响应谱矩阵为《’=西磁’力7=(，+E)￡幻(￡。’)’(，+E)’。(2)由于误差矩阵E的存在，因此响应谱矩阵鼠。≠鼠。对下三角矩阵进行差分修正，令卫“1)=Z‘’+4似)，4为误差矩阵，则Smallwood的差分算法不仅修正了驱动信号的幅值，并且通过计算下三角矩阵的非对角线元素修

6、正了驱动信号的相位。但此差分算法在实际系统控制中也存在一些局限性，譬如：反共振峰修正不稳定，非对角线元素突变等，在实际工程应用当中需要进行修改和完善。另外，从功率谱到时域信号需要给频谱加入相位，根据中心极限定理可知：信号频域相位为均匀分布，逆变换之后的时域信号接近高斯分布。所以在随机化过程当中一般需要加入均匀随机相位，但如何保持各驱动信号之间的相位关系不变是其中关键。如果把此过程构成一个线性系统，相位关系问题就能得到解决。实际系统要实现实时控制：驱动信号需要实时产生，时域随机化程序采用对信号种子进行平移、翻转、叠加处理随机产生的方法111，窗函数可以选择半正弦窗或海宁窗【2】。

7、下位机的DSP可实时产生驱动信号，驱动信号的改变只需要改变信号种子即可。《’：(J+E)(∥)+4(”)(∥)+∥’)，(J+点)，。(3)2控制试验假设经过差分修正之后，系统响应谱矩阵等于参考谱矩阵，即s鳘“’=S。，结合两式并展开等式，忽略E和彳的二次高阶小量，可得到关于彳(妨的方程0‘’(4‘‘’)’+4‘‘’(叠2’)’=&一碟’。(4)记雪=&一s2’，可计算出下三角误差矩阵彳‘’的元素分别为4·2瓦ElI；厶J“1如=4=4『1：毕，_，：2：3，⋯，N；川厶l。Ejj一窆(如t