振动试验中削波信号功率谱密度补偿

振动试验过程中削波会引起信号的功率谱密度下降,局部频率点对应的功率谱密度误差过大将导致试验结果的可信度降低,尤其对于模态试验,输入信号削波可能导致信号谱型局部"下凹",甚至产生错误的试验结果。从偏斜度、峭度、概率分布和功率谱密度等方面分析了高斯信号及非高斯信号的特性,介绍了功率谱密度补偿的频谱均衡及比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,简称PID)两种算法,并对比了这两种算法的补偿效果。结果表明:对于高斯信号,两种算法从迭代次数及最小误差对比区别不大,且均能满足均衡要求;对于非高斯信号,PID算法实现较小误差的同时,迭代次数少,具有一定优势。     

任意概率分布随机振动激励源的设计与实现

随机振动台是航空航天产品重要的研制、鉴定、可靠性及生产试验设备,提高振动模拟试验的逼真性和振动试验的效果都需要产生非高斯分布的随机激励信号.本文对具有给定功率谱密度分布的非高斯随机振动激励信号的生成技术进行研究与分析,使数字式随机振动控制系统可以同时具有频谱和幅度分布的控制能力.给出了采用数字信号处理技术高精度和快速地产生任意概率分布的随机振动时域激励信号的方法.采用这种方法得到的宽带随机信号的信噪比可达到70 dB,可用于精密随机振动台的驱动控制信号,准确地实现被试验产品的模拟实验.计算机仿真和实验结果也证实了该方法的正确性和有效性.     

一种MIMO非高斯振动的逆多步预测法

为了实现多输入多输出(multi-input-multi-output,简称MIMO)非高斯振动试验控制,提出了一种MIMO非高斯振动逆多步预测法。首先,该方法基于广义高斯分布构造零记忆非线性变换,并使用该变换生成非高斯参考信号;其次,推导系统的逆多步预测模型,将参考信号作为该模型的输入,生成试验所需的驱动信号;然后,在控制过程中分别根据控制点的功率谱密度和峭度与相应控制目标之间的误差,对参考非高斯信号进行调整,并利用逆多步预测模型对驱动信号进行更新,以实现非高斯振动控制;最后,进行三轴振动台试验。试验结果表明,该方法对功率谱与峭度都取得了良好的控制效果,验证了其可行性。     

自适应逆控制算法在多轴液压振动试验系统中的应用

为消除或抑制干扰噪声等非线性因素对多轴液压振动试验系统的影响,研究了自适应逆控制算法及其在振动控制领域的应用,提出基于频域X-滤波LMS自适应逆控制的多轴液压振动试验系统功率谱复现控制算法,给出了功率谱复现控制流程,并选用了一套双台并激液压振动试验系统作为具体试验对象进行试验验证,结果表明:所设计的控制算法及策略对双台并激振动试验系统具有较好的实际控制效果,满足工程试验要求。     

时域随机驱动信号生成试验研究

将高阶累积量谱应用于多点随机振动控制环境试验中,生成时域随机驱动信号。通过建立三阶累积量谱(双谱)与自谱间的幅频与相位转换关系,经时域随机驱动信号验证性生成实验,揭示这层关系的存在。其次在多输入多输出线性系统理论假设前提下,根据系统驱动、系统频响、系统响应间线性映射关系,通过双谱与自谱间的幅频与相位转换,经IFFT(iverse fast Fourier transform)变换生成满足试验控制要求的时域随机驱动信号。最后以一悬臂梁为试件,对其进行双输入、双输出随机振动控制环境模拟试验。试验结果表明:将双谱应用于多点随机振动控制试验中生成时域随机驱动信号的方法是可行有效的,同时也验证了双谱能抑制高斯白噪声的特性,这一点可通过所生成驱动信号的概率密度分布特征曲线(部分满足均匀分布)进行体现。     

MIMO随机加正弦振动试验J-阻抗复合控制算法

以多输入多输出(multiple-input multiple-output,简称MIMO)随机加正弦混合试验控制系统中信号分离方法、控制策略及试验为研究对象,提出了针对混合型振动试验的分离控制策略,采用相关积分法分离混合信号中的正弦信号与随机信号成分。推导了MIMO线性随机振动系统的反馈控制方程,提出了控制目标针对性更强的Jacobi控制算法。分析了多点正弦振动试验中存在的过修正问题,基于压缩因子修正提出阻抗控制方法,并将其与Jacobi算法共同应用于混合试验系统。以悬臂梁为试验对象,开展J-阻抗复合控制算法在两输入两输出随机加正弦混合试验系统中应用验证。结果表明,算法可以有效地抑制超标谱线,并将结果控制在容差带内,为混合振动试验控制提供有力的理论支撑。     

多分辨随机振动控制算法

针对随机振动控制领域低频控制精度问题,指出多分辨控制是解决问题的关键,从理论上详细论证了随机振动控制的可分解性。然后提出了基于多抽样系统的多分辨控制方案,给出了一种具体实现算法。着重讨论了多分辨控制算法的结构,抽取和 内插的实现和多相优化,相应滤波器设计的参数确定原则,目标谱的分解方法等问题。在Dactron公司的双DSP振动台控制系统上实现了多分辨随机振动控制算法,与原单分辨率控制算法进行了试验对比研究。对比试验的结果充分证明了新算法的有效性和高效性。     

悬臂梁结构单点非高斯激励动态位移响应分析

针对非高斯随机载荷的复杂性,研究了悬臂梁结构在单点非高斯激励下的位移响应问题。通过定性分析非高斯随机载荷的统计特性和频谱特征指出基于功率谱的频域方法对于非高斯过程不完全适用,并进一步说明基于高阶谱的分析方法很难展开应用。通过理论研究建立了悬臂梁结构时域非高斯激励位移响应计算公式,并确定了影响结构位移响应峭度值的不同因素。通过仿真计算具体分析了激励位置、平稳性和阻尼比对结构位移响应非高斯性的影响。     

量子随机数高斯噪声信号发生器

现有的高斯噪声信号发生器都是采用数学计算的方式生成随机数的,这种方式不能实现真正的随机信号,与实际噪声信号不符。本文提出基于量子随机数的高斯噪声信号发生器,通过单光子探测器对选择路径的光子信号的探测作为随机数的来源,实现基于真随机的高斯噪声信号发生器。将得到的随机数经过WGN高斯算法处理得到高斯噪声信号,在FPGA中使用verilog语言实现。对产生的噪声信号进行幅度谱和功率谱分析,结果表明产生的噪声信号幅度值在0～255之间变化,幅度谱服从高斯分布,噪声信号的功率谱在20dB上下均匀波动,服从均匀分布,满足高斯白噪声的特性。与现有的噪声信号发生器相比,基于量子随机数的实现方式,其随机数来源清晰,能够做到真正的随机性,为实现真随机数的高斯噪声信号发生器提供了一种简易的方案。     

某型机载模块的随机振动疲劳分析

为研究随机振动条件下某型机载模块的疲劳特性,推导了功率谱密度下结构振动疲劳寿命的一般表达式,并利用高斯三区间法对其进行了简化,同时考虑了振动试验中随机信号削波处理对应力幅值概率分布的影响。随后通过有限元仿真,分析了结构振动疲劳破坏与模态振型的关系,获得了给定振动条件下疲劳危险位置的动态响应,最终给出了模块的振动疲劳寿命。计算得到的机载模块疲劳寿命和失效位置与耐久试验结果符合较好。     

起落架地面滑行系统振动谱的分析与控制

由于机场跑道路面不平度的影响,飞机滑跑过程中产生的随机振动会给飞机带来许多负面影响。飞机起落架地面滑行系统用于模拟飞机起飞着陆的滑跑过程,进而对起落架进行振动试验。液压激振系统输出期望振动信号给起落架装置,是地面滑行系统的重要组成部分之一。以傅里叶逆变换为基础,研究了把路面振动谱信号转化为时域激励信号的逆变换算法。为克服系统中的非线性因素,引入数字迭代算法对振动谱进行闭环控制,并判断收敛性,实现振动谱的复现。     

电液振动台正弦振动自适应控制方法

电液振动台是大型结构正弦振动模拟实验的关键设备。受液压系统频宽及系统中存在的死区、摩擦力等因素影响,正弦振动实验中加速度输出信号存在跟踪精度低、波形失真度大等问题。为提高电液振动台控制精度,提出正弦振动自适应逆控制及谐波抑制复合控制策略。通过带遗忘因子的RLS算法构建自适应逆控制器,提高正弦波形的跟踪精度。基于快速块LMS算法构建双次自适应谐波抑制控制器,减小系统加速度输出信号波形失真度。最后通过振动台实验,验证了控制策略的有效性。     

振动台功率谱复现算法

传统的振动控制技术将初始辨识的系统频率响应函数贯穿使用于振动控制的过程中;针对液压振动台系统的时变特性,提出使用基于最小均方误差(least mean square,简称LMS)的自适应算法在线辨识系统的频响函数.平滑周期图功率谱估计法相对现代谱估计法分辨率较低,提出自回归(auto-regressive,简称AR)模型法对振动系统响应信号进行功率谱估计,利用尤利-沃克(Yule-Walker)方程求解AR模型参数,并给出AR模型阶次确定的方法.利用自行开发的基于DSP和ARM多处理器信号处理系统对功率谱复现进行软硬件仿真.结果表明,此方法对振动台功率谱进行复现,复现精度优于传统功率谱复现算法.     

Note: anti-strong-disturbance signal processing method of vortex flowmeter with two sensors

Some digital signal processing methods have been used to deal with the output signal of vortex flowmeter for extracting the flow rate frequency from the noisy output of vortex flow rate sensor and achieving the measurement of small flow rate. In applications, however, the power of noise is larger than that of flow rate sometimes. These strong disturbances are caused by pipe vibration mostly. Under this condition the previous digital signal processing methods will be unavailable. Therefore, an anti-strong-disturbance solution is studied for the vortex flowmeter with two sensors in this Note. In this solution, two piezoelectric sensors are installed in the vortex probe. One is called the flow rate sensor for measuring both the flow rate and vibration noise, and the other is called the vibration sensor for detecting the vibration noise and sensing the flow rate signal weakly at the same time. An anti-strong-disturbance signal processing method combining the frequency-domain substation algorithm with the frequency-variance calculation algorithm is proposed to identify the flow rate frequency. When the peak number of amplitude spectrum of the flow rate sensor is different from that of the vibration sensor, the frequency-domain subtraction algorithm will be adopted; when the peak number of amplitude spectrum of the flow rate sensor is the same as that of the vibration sensor, the frequency-variance calculation algorithm will be employed. The whole algorithm is implemented in real time by an ultralow power micro control unit (MCU) to meet requirements of process instrumentation. The experimental results show that this method can obtain the flow rate frequency correctly even if the power of the pipe vibration noise is larger than that of the vortex flow rate signal.     

工程机械混合动力系统实验台测控系统

为了研究工程机械混合动力系统的机电耦合特性和轴系的振动特性,研制了由柴油机、电动机和液压泵共轴连接组成的工程机械混合动力系统实验台.设计了由工控机、PCI总线控制卡和组态软件组成的实验台测控系统,分析测控系统输入信号和控制信号的数量与类型,确定测控系统控制策略的设计原则和开发过程.通过在柴油机输出轴的端面布置3个加速度传感器实现柴油机工作时曲轴的振动特性,对不同负载功率下柴油机曲轴的振动特性进行试验测试.测试结果表明,柴油机曲轴的振动能量集中在径向,轴向的振动能量可忽略不计;设计的测控系统能实现混合动力系统轴系振动性能测试.