超高斯随机振动试验系统及其并行测控技术

针对传统随机振动试验技术不能够精确模拟实际超高斯随机振动环境的问题,设计一种超高斯随机振动试验系统,并给出其并行测控技术。首先构建超高斯随机振动试验的硬件系统;然后对振动加速度信号的峭度与功率谱密度两项指标采用并行修正的控制方法,其中峭度采用均衡算法,功率谱密度采用自适应逆控制的迭代算法;最后利用泊松过程将修正后的峭度与功率谱密度信号合成超高斯驱动信号,以驱动振动试验台。实际振动试验测试表明:驱动信号具有典型的超高斯特性,响应功率谱密度符合±3 dB的允差要求,响应峭度控制在±7%的误差范围,达到更符合实际振动环境的试验要求。     

基于泊松过程的超高斯随机振动试验控制技术研究

针对工程化的超高斯随机振动试验控制技术实现尚存在问题，在对其控制原理研究的基础上，提出基于泊松过程的超高斯随机振动控制策略。利用参考谱设计出符合控制要求的滤波器，通过泊松过程产生泊松点，使泊松点的信号取值服从正态分布，利用该信号与滤波器之间的卷积运算产生用于系统控制的驱动信号，从而实现对超高斯随机振动试验控制系统的功率谱和峭度同时控制，且二者相互独立。仿真与实验结果表明，基于泊松过程的超高斯随机振动试验控制算法，其控制输出响应谱与参考谱的误差满足振动试验工程上±3dB要求，控制峭度也达到很高的精度，完全满足工程要求。     

托盘堆码包装单元随机振动响应的实验研究

散装货物的托盘堆码单元是常见的运输包装形式。实验研究散装货物托盘堆码单元在随机振动激励下的产品加速度响应规律,分析产品响应的机制,讨论激励谱型、振动等级、约束方式和产品位置的影响。结果表明：托盘堆码系统各层产品加速度响应主要由一阶频率控制,底层产品还受到高阶频率的影响。激励谱型尤其是第一共振点附近的功率谱值会对单元的产品响应产生重要影响;当振动较大时,底层产品与上层产品的加速度响应特征明显不同,底层产品与支撑托盘或上层产品之间会出现分离,产生较大的冲击信号,导致底层产品加速度响应的超高斯分布;捆扎带的拉压性能不对称（非线性）导致了上层产品加速度响应信号的不对称及其分布的左偏态超高斯特性;拉伸膜缠绕裹包强化了捆扎带对单元的约束,有效抑制了产品的响应。     

一种新的非高斯随机振动数值模拟方法

在振动工程领域，采用蒙特卡洛仿真方法求解复杂随机动力学问题时需要精确模拟各种随机振动激励信号。当随机振动激励具有显著的非高斯特征时，用传统的高斯振动去近似将产生较大的分析误差,需要研究精确的非高斯振动数值模拟技术。现有各种非高斯随机模拟方法一般只能模拟具有高峰值特征的随机振动，即超高斯随机振动，并且算法复杂不够直观，需要进行多次反复迭代，模拟精度和效率都有待提高。本文提出了一种新的基于幅值调制和相位重构的非高斯随机振动数值模拟方法，算法简洁直观，并充分利用快速傅里叶变换算法提高模拟效率，不仅可以模拟具有指定统计特性和频谱特性的超高斯随机振动，还能模拟亚高斯随机振动，具有广泛的适应性。数值仿真实验验证了该方法的有效性和精确性。     

基于联合振动试验系统的正弦加随机振动研究

提出联合振动试验系统,将液压振动台与电动台有效结合,并实现较大量级的正弦加随机振动。用液压台施加低频正弦激励,用电动台施加宽频随机激励,将正弦信号与随机信号有效分离,并分别用功率谱及频谱控制。设置弹性、阻尼单元,用以模拟台面至工件的传递特性,通过调整弹簧刚度及阻尼大小,使台面至工件及电动台的传递特性一致,以保护电动台。利用有限元软件Nastran仿真控制效果,将刚度、阻尼合理匹配后,电动台能较好跟踪工件运动。通过功率谱均衡方法有效控制随机振动试验,并在电动台输出端获得与目标谱较一致的功率谱。工件呈现出要求的正弦加随机振动,从而证明该系统的有效性。     

气动式振动台激励信号及其超高斯特性研究

气动式振动台是一类新型可靠性强化振动试验设备,它能够产生三轴六自由度超高斯随机振动环境因而具更高的缺陷激发效率.然而,由于商业竞争和技术保密等原因,目前国内尚未开展气动式振动台设计的关键技术研究.以该类设备的关键部件——气锤为切入点,在全面掌握气锤工作原理的基础上,推导得出活塞与气缸发生一次性碰撞时产生的碰撞信号理论解析式,并验证了理论分析的正确性.在此基础上,结合工程实际仿真生成了气锤在持续稳定压力作用下产生的激励信号,进一步研究了该激励信号的超高斯特性,探索了气动式振动台超高斯随机振动环境生成的直接原因,为全面研究和改善气动式振动台的性能奠定了基础.     

超高斯随机振动疲劳加速试验模型研究EI北大核心CSCD

通过理论分析,针对超高斯随机振动激励建立了相应的振动疲劳加速试验数学模型,给出了模型中未知参数的具体求解方法,并通过实际试验进行了验证。该模型十分便于进行振动疲劳加速试验的定量设计,具有很好的工程实用性,可用于评估随机振动环境下工程结构的疲劳寿命与可靠性。     

超高斯随机振动疲劳加速试验模型研究

通过理论分析,针对超高斯随机振动激励建立了相应的振动疲劳加速试验数学模型,给出了模型中未知参数的具体求解方法,并通过实际试验进行了验证。该模型十分便于进行振动疲劳加速试验的定量设计,具有很好的工程实用性,可用于评估随机振动环境下工程结构的疲劳寿命与可靠性。     

多点激励功率谱再现振动试验控制研究

通过对多点激励功率谱再现振动试验控制算法研究.设计基于偏相干分析理论的振动试验系统频响矩阵辨识策略,针对系统频响矩阵存在奇异点及系统频响矩阵为长方矩阵情形,设计基于求解频响矩阵广义逆和矩阵最小范数最小二乘解的Moore-Penrose逆系统解耦算法。针对传统差分修正驱动谱控制算法中存在系统功率谱自谱为负数或零值问题,通过引进比例均方根反馈修正算法,设计改进的功率谱均衡控制策略,有效避免功率谱均衡过程中自谱产生负值或零值问题。多点激励功率谱再现振动试验表明,改进的功率谱均衡控制策略对多点激励系统具有可靠、高精度的控制效果。     

基于时域随机化的超高斯真随机驱动信号生成技术研究

提高振动模拟试验的真实性和增强振动激发试验的效力都需要产生超高斯分布的真随机驱动信号。研究了基于时域随机化的超高斯真随机驱动信号生成技术,针对常用半正弦窗函数和不同重叠因子值进行了理论分析和数值仿真,结果表明:时域随机化前后的伪随机和真随机信号峭度值是线性关系,但输出的超高斯真随机信号峭度值比输入的超高斯伪随机信号峭度值要小,并且重叠因子取值越大峭度值减小的程度越大。     

随机振动信号的一种简单模拟计算方法

本文提出了一种随机振动信号的简单模拟方法,该方法用计算机模拟将单一正弦信号叠加优化成为随机振动的等效信号,使其满足已知的功率谱密度和概率密度函数,这种等效信号可作为激励进行线性和非线性振动系统的位移响应分析,由于该方法计算简单占用机时少,能用于计算机仿真随机激励的响应分析。     

随机角振动控制系统研究

通过对随机角振动控制系统的研究,实现了随机控制技术在角振动上的广泛应用。利用设置的参考谱与反馈的响应信号功率谱来修正驱动谱,根据驱动谱产生驱动信号,利用驱动信号与反馈的响应信号实时精准地控制角振动台进行角振动,最终实现响应谱稳定在参考谱容差带范围以内。通过构建出控制系统,分析控制算法,解决了角振动台实现随机角振动的问题。实验验证了控制算法的可行性和控制系统的可靠性,完成了角振动台转动的角速度和角加速度的功率谱复现。     

MIMO线性系统输入输出信号统计特征的双谱评定方法

基于高阶统计量具备处理随机信号的特性,提出了一种利用三阶谱(双谱)评定MIMO线性系统时域输入输出信号统计特征的新方法。通过建立线性系统双谱数学模型,根据系统响应、所测得的频响函数以及离散信号的双谱数值估计算法,经逆运算获得系统的双谱驱动信号,随后利用高阶谱对高斯随机信号的盲性判定其输入信号的高斯性。将上述方法与采用传统相位随机化法(对功率谱添加随机相位)所获得的驱动信号分别应用于一悬臂梁模拟控制系统中,通过对输入信号的分析及控制结果的比较,发现基于双谱所生成的时域随机驱动信号呈现出较强的非高斯性且收敛速度更快。对于输出信号统计特征的评定,提出从输入信号与系统频带接近的程度入手,再次利用高阶统计量对高斯随机信号的盲性进行定性判定,对于无法判别满足何种非高斯统计分布特征的,不管是对于输入信号还是输出信号,一律采用绘制信号的概率分布特征曲线进行定量评定。     

快递运输包装随机振动信号采集与分析

目的 研究中国南方快递运输包装车辆的随机振动特性,为随机振动试验研究提供理论指导.方法 实地采集快递运输包装终端配送车辆在实际工况中遭受的随机振动信号,通过经验模态分解,对各固有模态函数(IMF)的时域、功率谱密度、Hilbert时频谱、Hilbert边际谱等进行分析.结果 经验模态分解将运输包装随机振动信号按频率高低依次分解成若干IMF分量,前若干IMF分量代表原始信号中的高频瞬态振动信号,后若干IMF分量代表原始信号中的低频振动信号,进而实现高频与低频振动信号的有效分离.结论 希尔伯特-黄变换适用于快递运输包装随机振动信号的分析研究,将在振动信号中间歇性的、加速度幅值较大且持续时间短暂的高频冲击信号进行分离,为运输包装随机振动信号模拟提供新思路,并对产品包装防护设计具有一定的理论指导意义.     

Control Method for Multiple‐Input Multiple‐Output Non‐Gaussian Random Vibration Test

A control method for multi‐input multi‐output non‐Gaussian random vibration test based on an improved zero‐memory nonlinear transformation and an inverse system method is proposed. Compared with the classic zero‐memory nonlinear transformation method, the improved one can overcome the defect of the dynamic range loss. The inverse system method is put forward in order to control the kurtoses and the spectra for multi‐input multi‐output non‐Gaussian random vibration test simultaneously. The main idea of inverse system method is to generate the Gaussian reference response signals first from the reference spectra, and the improved zero‐memory nonlinear transformation method is utilized to obtain the non‐Gaussian reference response signals with the reference kurtoses, then the continuous and stationary coupled driving signals can be derived from the relationship between the inputs and outputs of the test system. Thus, the difficulty in generation of driving signals in multi‐input multi‐output non‐Gaussian random vibration test can be overcome. The matrix power control algorithm is introduced for the spectrum control, and a kurtosis control algorithm is set up similarly. A simulation example and an experimental test are provided in the paper, and the results illustrate the effectiveness and feasibility of the proposed control method. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

双层隔振系统模糊振动主动控制技术

采用模糊控制理论对双层隔振系统进行主动控制仿真。这种策略无需考虑一般自适应前馈控制所引起的次级振源对控制器输入的反馈问题(耦合通道的影响)及次级振源到误差评价传感器之间的传递函数(误差通道)对控制过程的影响,控制系统简单易行。研究结果表明,所采用的模糊控制策略对于周期和随机振动信号均有很好的控制效果。     

MIMO随机振动试验频响估计中激励和响应的同步方法

频响函数估计是多输入多输出随机振动试验控制算法中的必要环节。在振动环境试验中，通常不采集振动台的实际激励信号，而用实测的响应信号和计算机内存中的激励信号来进行系统频响函数估计。由于计算机内存中的激励信号与实际振动台上的激励信号之间在相位上存在着差异，从而导致实测的响应信号和计算机内存中的激励信号不同步。这给系统频响函数的估计带来了较大困难。为此，根据线性系统中激励和响应之间的关系，结合随机减量法，提出了一种二次相关法用于系统频响函数的估计。用该方法进行频响函数估计只需要采集响应信号。在三轴振动台上进行了对比试验，结果验证了本文所提出的二次相关法的正确性。