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。     

基于驱动谱修正迭代控制算法的三轴振动控制研究

对三轴振动试验系统进行分析,研究了多输入多输出功率谱复现控制算法。利用HV频响函数估计法对系统进行辨识。针对系统频响矩阵为长方阵并出现奇异点的情况,采用奇异值截断法保证算法的稳定性,并运用迭代控制算法修正驱动谱提高振动控制的精度。通过三轴向振动台与集成该算法的多输入多输出振动控制器进行三轴向振动试验。实验结果表明:基于HV频响函数估计法修正迭代控制算法进行振动试验对功率谱的复现具有较好的精度和工程实用性。     

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。     

MIMO混合振动试验中正弦与随机信号分离方法

研究了MIMO(多输入多输出)正弦加随机混合振动试验的控制方法,指出混合信号中正弦信号和随机信号的精确分离是提高控制精度的关键因素。提出了具有滤波特性的相关积分法在时域中识别正弦信号,避免了频域识别的泄露误差问题,详细推导了将给定频率的正弦信号从混合信号中分离出来的公式;数值计算显示该方法的识别精度达到0.44%。以一悬臂梁作为研究对象建立两输入两输出振动试验系统模型,使用比例均方根控制算法和正弦幅值修正法分别对随机振动和正弦振动进行修正,将随机信号控制在参考谱的±3dB以内,将正弦信号的幅值控制在参考值的±10%以内,满足振动试验要求。     

多轴平稳非高斯随机振动试验控制方法

多轴向平稳非高斯随机振动控制试验能够对指定响应信号的时、频域特征进行同时控制。提出了一种快速生成具有指定功率谱密度、斜度和峭度的平稳非高斯随机振动信号的方法。通过频率采样方法将目标功率谱密度设计成滤波器,利用非线性变换方法获取非高斯随机信号,再将此信号经过设计的滤波器以获得满足要求的非高斯随机信号。该方法简单、快速并克服了传统非线性变换方法的缺点。进一步将此方法应用于三轴向平稳非高斯随机振动试验中,给出了三轴向非高斯随机振动控制的闭环均衡步骤,此方法能够同时对信号的功率谱自谱、相干系数、相位差以及斜度和峭度进行解耦控制。进行了三轴向平稳非高斯随机振动控制试验,三个方向上加速度信号的功率谱密度、斜度和峭度控制效果均令人满意,满足工程应用要求。     

多输入多输出混合振动试验中正弦与随机信号分离方法

研究了多输入多输出正弦加随机混合振动试验的控制方法,指出混合信号中正弦信号和随机信号的精确分离是提高控制精度的关键因素。提出了具有滤波特性的不相关积分法在时域中识别正弦信号,避免了频域识别的泄露误差问题,详细地推导了将给定频率的正弦信号从混合信号中分离出来的公式;数值计算显示该方法的识别精度达到0.44%。以一悬臂梁作为研究对象建立两输入两输出振动试验系统模型,使用比例均方根控制算法和正弦幅值修正法分别对随机振动和正弦振动进行修正,将随机信号控制在参考谱的±3dB以内,将正弦信号的幅值控制在参考值的±10%以内,满足振动试验要求。     

渡槽排架结构人工激励模态试验分析

开展渡槽排架单向单输入多输出SIMO(Single Input Multiple Output)法、双向多输入多输出MIMO(Multiple Input Multiple Output)法人工激励模态试验,选用特征系统实现法识别纵向、横向、双向模态参数,结果表明,单向SIMO法稳定图绝大多数谱峰明显、模态识别效果较好,纵向模态比横向丰富、识别效果好;双向MIMO法纵向谱峰大多数明显,横向除双向第2阶(即横向第1阶)谱峰明显外,其他基本很小,尤其是横向模态频率接近纵向时,甚至无谱峰,只识别出纵向模态;排架结构以排架柱弯曲振动为主,纵向低阶、高阶模态横梁分别以平动或转动刚体振动、弯曲振动为主,横向模态横梁为平动或不动刚体振动;两种方法识别出的模态频率误差较小,模态阻尼在正常范围,但双向MIMO法部分横向模态未能准确识别。从识别精度、试验工作量及操作便捷性而言,排架结构人工激励模态试验选择单向SIMO法优于双向MIMO法。     

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。     

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。     

多输入多输出正弦振动试验控制系统算法研究及实现

根据多输入多输出系统的解耦补偿思想,设计了多输入多输出正弦振动试验控制系统的控制方案.应用乘法输出不确定性描述了系统模型误差,对控制算法的收敛性进行了理论分析并对其进行了仿真,检验了算法的可行性.以微型计算机为核心,基于VXI总线仪器,构建了试验控制系统.编写了测量与控制软件,实现了驱动信号发生、响应信号的采集和处理.在一悬臂梁上进行了两点正弦振动试验控制,结果表明,算法可以使控制点的响应信号快速、稳定地收敛于参考信号,验证了设计的多输人多输出正弦振动试验控制系统的有效性.     

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。     

基于自适应逆控制的随机振动控制算法研究

针对随机振动试验中控制精度与控制效率双重要求,提出基于自适应逆控制方案的随机振动功率谱再现控制算法。通过在最小均方误差（LMS）算法中引入分频率与变步长策略,获得适用于功率谱迭代的LMS算法,并利用系统预辨识结果初始化权向量方法,提高迭代控制效率、降低迭代运算量。采用基于AR模型的数值模拟方法,通过对高斯白噪声信号滤波,生成能准确再现期望功率谱的时域驱动信号。该算法的有效性由功率谱再现仿真试验得以验证。     

一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命分析方法

提出了一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命估计的频域分析方法。首先,对结构进行频响分析,得到在基础加速度激励下的应力频响函数矩阵,通过随机振动分析,得到结构应力的功率谱密度矩阵;其次,采用等效的Von Mises应力功率谱密度将多轴应力问题转化为单轴应力问题;最后,利用单轴应力疲劳寿命估计的频域分析方法对结构疲劳寿命进行估计。对一典型构件在多轴向随机激励下的疲劳寿命进行了计算,并与实验结果进行了对比。另外,对构件在多轴向同时激励与单轴分别激励的疲劳损伤结果进行了对比分析,表明多轴向同时振动具有明显的多轴效应,因此进行多轴向振动疲劳研究十分必要。     

一种多轴向耦合随机激励下缺口试件振动疲劳寿命预测方法EI北大核心CSCD

提出了一种多轴向耦合随机激励下缺口结构振动疲劳寿命预测的频域分析方法。实施了缺口试件的双轴向随机振动疲劳试验,研究了两个振动轴向上载荷谱之间的相干性和相位差对缺口试件疲劳损伤的影响规律;通过随机振动分析计算得到试件缺口根部各节点的应力功率谱密度矩阵,并假设缺口试件裂纹萌生点为历经von Mises应力最大均方根值的节点;缺口试件疲劳临界点可由疲劳裂纹初始点和修正临界距离理论确定;在疲劳临界点处通过Carpinteri-Spagnoli频域准则计算缺口试件的振动疲劳寿命,并与试验结果进行了对比。结果表明:该多轴缺口疲劳预测方法具有较高的预测精度,绝大部分预测结果都在3倍误差带内。     

多点平稳随机载荷识别方法研究

根据矩阵谱分解的思想,提出多点任意相关的随机载荷识别方法.鉴于响应功率谱矩阵和激励功率谱矩阵具有相同的秩且为非负定,首先推导完全相干的功率谱矩阵的识别方法,将任意相干的激励功率谱矩阵进行谱分解成完全相干的功率谱矩阵之和,利用响应信息识别分解后的完全相干功率谱进而完成对激励功率谱的识别.该方法具有较高的识别精度.针对求解逆问题中的适定性进行了讨论,指出病态的原因并运用条件数权重法,该法能在一定程度上减轻病态,提高识别精度.通过实验和仿真验证上述方法的正确性.最后对提高识别精度提出了建议.     

一种基于三轴与单轴随机振动最大应力等效的载荷裁剪方法

为了避免三轴振动试验对产品造成过试验问题,现以单轴振动试验标准为基准,进行基于三轴振动与单轴依次振动最大响应应力等效的三轴载荷谱裁剪。首先对线性系统在随机振动下激励与响应均方根值的关系进行推导,将单轴振动时的最大等效应力与三轴振动时的最大等效应力的比值n作为三轴振动载荷谱均方根值的裁剪系数,裁剪保持载荷谱扫频范围、拐点频率值以及载荷谱斜线段的斜率N不变,根据梯形谱均方根值计算公式反推出梯形载荷谱直线段谱值,进而得到满足三轴与单轴随机振动最大应力等效的三轴载荷谱。通过对某典型舱段结构进行三轴载荷谱的裁剪,并将载荷谱裁剪后的三轴振动应力响应与载荷谱裁剪前的单轴振动应力响应进行对比,验证了方法的有效性与准确性。     

三自由度半正定系统随机振动仿真与试验研究

目的研究三自由度半正定系统在随机振动条件下的加速度动态响应以及加速度功率谱密度。方法以运输包装中常见的三自由度半正定系统为原型,建立了三自由度半正定系统的质量-弹簧-阻尼系统。依据美国ASTM-D4728随机振动标准,利用Matlab/Simulink仿真平台,建立仿真模型,并输入模型参数,得到了三自由度半正定系统随机振动下的动态响应。基于相同试验标准进行试验,对比分析试验结果与仿真结果的差异。结果在低频段内(小于80 Hz),Simulink仿真模拟随机振动的加速度功率谱密度值与随机振动试验的加速度功率谱密度值的相关性系数达到0.983,加速度功率谱密度值最大处仅相差8.8%。在高频段内(大于80 Hz),Simulink仿真模拟随机振动的加速度功率谱密度值与随机振动试验的加速度功率谱密度值的相关性系数只达到0.745,加速度功率谱密度值最大处相差13.1%。结论利用Matlab/Simulink仿真平台分析包装系统的低频随机振动是一种简单可行的方法,一定程度上可以作为随机振动试验的代替手段。     

随机振动功率谱再现自适应控制算法研究

为提高电液随机振动实验的控制精度,提出了一种基于Kalman滤波器的随机振动功率谱再现实时自适应控制方法。基于参考谱的信息设计FIR滤波器,通过对白噪声信号的滤波生成时域驱动信号。采用Kalman自适应滤波器实时跟踪振动实验系统的阻抗特性,并基于自适应逆控制方法对系统的输入信号进行滤波修正,使得系统的响应信号能够高精度再现时域驱动信号,进而实现参考谱的高精度再现。功率谱再现实验验证了算法的有效性。     

多点激励正弦振动的实数域控制算法研究

多点激励正弦振动系统能更加真实地模拟实际振动环境,更利于掌握产品的实际振动特性。针对传统频域迭代算法中复数计算的求解复杂性,对实数域控制算法进行研究。建立多点激励正弦振动控制的实数域数学模型,采用Broyden算法构建实数形式的阻抗矩阵,并对迭代步长进行优化,在此基础上提出实数域迭代算法的控制流程。最后对算法的可行性进行仿真分析和实验验证,结果表明:实数域控制算法的收敛速度快、响应精度高,且可以有效避免振荡过冲现象。     

超高斯伪随机振动激励信号的生成技术

振动激发试验和振动模拟试验的最新发展都需要产生超高斯分布的随机振动激励信号。然而,目前基于功率谱均衡的数字式随机振动控制系统只能产生高斯分布的随机振动激励信号。研究具有指定功率谱密度分布的超高斯伪随机振动激励信号的生成技术,从而使现有的数字式随机振动控制系统可以同时具有频域和幅值域的双域控制及均衡能力。仿真和试验结果验证了该方法的正确性和有效性。