1、振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制浙江大學(xué)機(jī)械系浙江大學(xué)機(jī)械系陳章位教授陳章位教授2振動(dòng)試驗(yàn)振動(dòng)試驗(yàn)工程背景工程背景u現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的制作工藝越來越復(fù)雜現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的制作工藝越來越復(fù)雜u復(fù)合材料的應(yīng)用越來越多復(fù)合材料的應(yīng)用越來越多u產(chǎn)品的使用范圍越來越廣產(chǎn)品的使用范圍越來越廣u產(chǎn)品的可靠性要求越來越高產(chǎn)品的可靠性要求越來越高3振動(dòng)引發(fā)的故障模式振動(dòng)引發(fā)的故障模式 結(jié)構(gòu)疲勞破壞結(jié)構(gòu)疲勞破壞 結(jié)構(gòu)瞬時(shí)超越破壞結(jié)構(gòu)瞬時(shí)超越破壞 儀器設(shè)備功能失效儀器設(shè)備功能失效 產(chǎn)品總體性能下降產(chǎn)品總體性能下降 對(duì)人體造成危害對(duì)人體造成危害u2.55Hz 之間的振動(dòng)，可引起頸椎和腰椎的共振，振幅增大約之間的振動(dòng)，可引起頸

2、椎和腰椎的共振，振幅增大約240u46Hz 間的振動(dòng)，可使人的驅(qū)體、肩以及頸發(fā)生共振，振幅增大約間的振動(dòng)，可使人的驅(qū)體、肩以及頸發(fā)生共振，振幅增大約200u2030Hz 間的振動(dòng)，使人的關(guān)節(jié)與肩之間出現(xiàn)強(qiáng)共振，其振幅增大間的振動(dòng)，使人的關(guān)節(jié)與肩之間出現(xiàn)強(qiáng)共振，其振幅增大250u60200Hz 間的振動(dòng)，可使人的眼球、手指發(fā)生共振，共振幅增大約間的振動(dòng)，可使人的眼球、手指發(fā)生共振，共振幅增大約230一般地面設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的頻率范圍是一般地面設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的頻率范圍是l0100Hz，舶船設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的頻率范圍是，舶船設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的頻率范圍是5l00Hz，可見這些振動(dòng)對(duì)人體都是很有危害性的。，可見這些振

3、動(dòng)對(duì)人體都是很有危害性的。4振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)康恼駝?dòng)試驗(yàn)?zāi)康?研制試驗(yàn)研制試驗(yàn) 鑒定試驗(yàn)鑒定試驗(yàn) 功能試驗(yàn)功能試驗(yàn) 耐久試驗(yàn)?zāi)途迷囼?yàn) 可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn) 用于確定裝備的特性，暴露設(shè)計(jì)和構(gòu)造的不足及評(píng)價(jià)用于確定裝備的特性，暴露設(shè)計(jì)和構(gòu)造的不足及評(píng)價(jià)糾正措施糾正措施確定裝備是否滿足特定環(huán)境要求確定裝備是否滿足特定環(huán)境要求驗(yàn)證裝備暴露在最惡劣的運(yùn)行環(huán)境條件下是否能正常驗(yàn)證裝備暴露在最惡劣的運(yùn)行環(huán)境條件下是否能正常工作工作對(duì)環(huán)境壽命周期高精度的模擬對(duì)環(huán)境壽命周期高精度的模擬 獲得裝備失效率的統(tǒng)計(jì)規(guī)律獲得裝備失效率的統(tǒng)計(jì)規(guī)律, ,試驗(yàn)件通常較多試驗(yàn)件通常較多根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)階段的不同，其試驗(yàn)?zāi)康闹饕獏⒁姡ǜ鶕?jù)產(chǎn)品

4、研發(fā)階段的不同，其試驗(yàn)?zāi)康闹饕獏⒁姡∕IL-STD-810FMIL-STD-810F）5振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)康恼駝?dòng)試驗(yàn)?zāi)康陌褜?shí)際運(yùn)行環(huán)境振動(dòng)與沖擊等抽象到理論高度，把實(shí)際運(yùn)行環(huán)境振動(dòng)與沖擊等抽象到理論高度，形成各類力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；形成各類力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)各類試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，完成力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)根據(jù)各類試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，完成力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：使產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)完成預(yù)定功目標(biāo)：使產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)完成預(yù)定功能能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境里，模擬對(duì)象在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境里，模擬對(duì)象在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中有可能承受的振動(dòng)與沖擊；有可能承受的振動(dòng)與沖擊；62. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.1 正弦振動(dòng)試驗(yàn)正弦振動(dòng)試驗(yàn)主要用途：主

5、要用途：（1 1）模擬激勵(lì)源是周期函數(shù)的振動(dòng)）模擬激勵(lì)源是周期函數(shù)的振動(dòng)（2 2）搜尋結(jié)構(gòu)共振頻率）搜尋結(jié)構(gòu)共振頻率（3 3）考核試件的疲勞強(qiáng)度）考核試件的疲勞強(qiáng)度（4 4）與隨機(jī)振動(dòng)疊加產(chǎn)生模擬）與隨機(jī)振動(dòng)疊加產(chǎn)生模擬實(shí)際環(huán)境的振動(dòng)（實(shí)際環(huán)境的振動(dòng)（SORSOR直升直升機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙）機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙）72. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法82. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法顯示卡顯示卡92. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法-風(fēng)扇風(fēng)扇10分類：分類：（1 1）定頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)）定頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)（2 2）掃頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)）掃頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)正弦掃描搜尋找共振頻率，在共振頻率定頻駐留，考核正弦掃描搜尋找共振頻率

6、，在共振頻率定頻駐留，考核疲勞強(qiáng)度；疲勞強(qiáng)度；正弦振動(dòng)頻率始終不變的試驗(yàn)叫定頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)正弦振動(dòng)頻率始終不變的試驗(yàn)叫定頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)正弦掃頻試驗(yàn)中頻率將按一定的規(guī)律發(fā)生變化，而正弦掃頻試驗(yàn)中頻率將按一定的規(guī)律發(fā)生變化，而振動(dòng)量級(jí)是頻率的函數(shù)振動(dòng)量級(jí)是頻率的函數(shù)交越頻率交越頻率：振動(dòng)特征量由一種關(guān)系變?yōu)閮煞N關(guān)系的頻率：振動(dòng)特征量由一種關(guān)系變?yōu)閮煞N關(guān)系的頻率嚴(yán)酷等級(jí)嚴(yán)酷等級(jí)頻率范圍、振動(dòng)幅值、掃描方式、掃描速頻率范圍、振動(dòng)幅值、掃描方式、掃描速率、持續(xù)時(shí)間率、持續(xù)時(shí)間2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.1 正弦振動(dòng)試驗(yàn)正弦振動(dòng)試驗(yàn)11掃描方式：掃描方式：線性掃描線性掃描頻率變化是線性的，各頻率振動(dòng)

7、時(shí)間相同頻率變化是線性的，各頻率振動(dòng)時(shí)間相同疲勞損傷與應(yīng)力交變次數(shù)有關(guān)通常采用對(duì)數(shù)掃描疲勞損傷與應(yīng)力交變次數(shù)有關(guān)通常采用對(duì)數(shù)掃描快速掃描快速掃描響應(yīng)來不及進(jìn)入非線性，用于模態(tài)分析響應(yīng)來不及進(jìn)入非線性，用于模態(tài)分析對(duì)數(shù)掃描對(duì)數(shù)掃描頻率的對(duì)數(shù)線性變化，各頻率振動(dòng)次數(shù)近頻率的對(duì)數(shù)線性變化，各頻率振動(dòng)次數(shù)近似相同似相同掃描速率：掃描速率：Hz/minHz/min、Oct/minOct/min慢速掃描慢速掃描激起最大的共振響應(yīng)，用于搜尋共振頻率激起最大的共振響應(yīng)，用于搜尋共振頻率采用快慢結(jié)合的方式搜尋共振頻率采用快慢結(jié)合的方式搜尋共振頻率2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.1 正弦振動(dòng)試驗(yàn)正弦振動(dòng)試驗(yàn)12

8、u所有試驗(yàn)頻率成分同時(shí)激振而且在各頻率的輸入振幅是隨機(jī)變化的所有試驗(yàn)頻率成分同時(shí)激振而且在各頻率的輸入振幅是隨機(jī)變化的u從時(shí)間軸上看，隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)為多次瞬間隨機(jī)振動(dòng)的疊加，從試驗(yàn)從時(shí)間軸上看，隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)為多次瞬間隨機(jī)振動(dòng)的疊加，從試驗(yàn)曲線上看，測(cè)點(diǎn)響應(yīng)曲線的每一幀都不同曲線上看，測(cè)點(diǎn)響應(yīng)曲線的每一幀都不同u數(shù)學(xué)模型更為復(fù)雜，控制設(shè)備要求較高數(shù)學(xué)模型更為復(fù)雜，控制設(shè)備要求較高u更加符合真實(shí)環(huán)境激勵(lì)更加符合真實(shí)環(huán)境激勵(lì)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)特點(diǎn)：隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)特點(diǎn)：為什么隨機(jī)信號(hào)能控制為什么隨機(jī)信號(hào)能控制隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)應(yīng)用范圍：隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)應(yīng)用范圍：模擬車輛實(shí)際行駛過程中受到的振動(dòng)模擬車輛實(shí)際行駛過程中受到的

9、振動(dòng)模擬地震時(shí)的振動(dòng)模擬地震時(shí)的振動(dòng)模擬飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)模擬飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)模擬流體的紊流引發(fā)的振動(dòng)模擬流體的紊流引發(fā)的振動(dòng)2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.2 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)13隨機(jī)振動(dòng)假設(shè)：平穩(wěn)、各態(tài)歷經(jīng)、高斯分布隨機(jī)振動(dòng)假設(shè)：平穩(wěn)、各態(tài)歷經(jīng)、高斯分布平穩(wěn)平穩(wěn)統(tǒng)計(jì)特性與時(shí)間無關(guān)統(tǒng)計(jì)特性與時(shí)間無關(guān)高斯分布高斯分布瞬時(shí)加速度值的概率密度函數(shù)符合高斯分布瞬時(shí)加速度值的概率密度函數(shù)符合高斯分布各態(tài)歷經(jīng)各態(tài)歷經(jīng)每個(gè)子樣可以代表過程的統(tǒng)計(jì)特性每個(gè)子樣可以代表過程的統(tǒng)計(jì)特性嚴(yán)酷等級(jí)嚴(yán)酷等級(jí)頻率范圍、加速度譜密度、總均方根、持續(xù)頻率范圍、加速度譜密度、總均方根、持續(xù)時(shí)間時(shí)間2.

10、振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.2 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)14隨機(jī)振動(dòng)中的計(jì)算：隨機(jī)振動(dòng)中的計(jì)算：均方根值：均方根值：最大推力：最大推力：功率譜密度斜率：功率譜密度斜率：最大位移：最大位移：2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.2 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)15隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)條件的設(shè)置：隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)條件的設(shè)置：頻率范圍頻率范圍輸入試驗(yàn)頻率的上下限輸入試驗(yàn)頻率的上下限自由度數(shù)自由度數(shù)統(tǒng)計(jì)中獨(dú)立變量的個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)中獨(dú)立變量的個(gè)數(shù)分辨率分辨率最大頻率與譜線數(shù)之比最大頻率與譜線數(shù)之比譜設(shè)置譜設(shè)置按照試驗(yàn)規(guī)范將譜型輸入至控制器按照試驗(yàn)規(guī)范將譜型輸入至控制器容差設(shè)置容差設(shè)置推薦報(bào)警限為推薦報(bào)警限為3dB3dB與中斷限與

11、中斷限6dB6dB2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.2 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)16（1 1）正弦疊加隨機(jī)振動(dòng)（）正弦疊加隨機(jī)振動(dòng)（SORSOR）模擬真實(shí)的工作環(huán)境寬帶隨機(jī)正弦和或模擬真實(shí)的工作環(huán)境寬帶隨機(jī)正弦和或/ /窄帶隨機(jī)窄帶隨機(jī)2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.3 混合振動(dòng)試驗(yàn)混合振動(dòng)試驗(yàn)17（2 2）隨機(jī)疊加隨機(jī)振動(dòng)（）隨機(jī)疊加隨機(jī)振動(dòng)（RORROR）（3 3）正弦疊加隨機(jī)再疊加隨機(jī)振動(dòng)（）正弦疊加隨機(jī)再疊加隨機(jī)振動(dòng)（SRORSROR）2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.3 混合振動(dòng)試驗(yàn)混合振動(dòng)試驗(yàn)18適合模擬復(fù)雜激勵(lì)下的振動(dòng)試驗(yàn)適合模擬復(fù)雜激勵(lì)下的振動(dòng)試驗(yàn)可分段完成的大量級(jí)振動(dòng)試驗(yàn)可

12、分段完成的大量級(jí)振動(dòng)試驗(yàn)uSROR SROR 模式下，寬帶隨機(jī)的振動(dòng)量級(jí)較小，窄帶隨機(jī)模式下，寬帶隨機(jī)的振動(dòng)量級(jí)較小，窄帶隨機(jī)和正弦振動(dòng)量級(jí)較大和正弦振動(dòng)量級(jí)較大uROR ROR 模式下，可用實(shí)現(xiàn)輸出較小的激振力進(jìn)行較大量模式下，可用實(shí)現(xiàn)輸出較小的激振力進(jìn)行較大量級(jí)的振動(dòng)級(jí)的振動(dòng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.3 混合振動(dòng)試驗(yàn)混合振動(dòng)試驗(yàn)19沖擊環(huán)境來自于彈性體之間的機(jī)械撞擊沖擊環(huán)境來自于彈性體之間的機(jī)械撞擊2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.4 沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)沖擊環(huán)境：沖擊環(huán)境：u運(yùn)輸過程中的隨機(jī)性彈跳沖擊運(yùn)輸過程中的隨機(jī)性彈跳沖擊u操作過程中的意外敲擊、震

13、搖、跌落操作過程中的意外敲擊、震搖、跌落u利用沖擊能的受控沖擊環(huán)境利用沖擊能的受控沖擊環(huán)境u化學(xué)能或其他能量的突然釋放化學(xué)能或其他能量的突然釋放20電工電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和性能穩(wěn)定性與產(chǎn)品響應(yīng)的應(yīng)力直電工電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和性能穩(wěn)定性與產(chǎn)品響應(yīng)的應(yīng)力直接相關(guān)。接相關(guān)?！驹趶椥詷O限內(nèi)，產(chǎn)品受到的應(yīng)力相同，其變形相在彈性極限內(nèi)，產(chǎn)品受到的應(yīng)力相同，其變形相同，所以表現(xiàn)的故障也相同同，所以表現(xiàn)的故障也相同】2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.4 沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)中的等效損傷原則沖擊試驗(yàn)中的等效損傷原則沖擊故障類型沖擊故障類型a a）結(jié)構(gòu)變形）結(jié)構(gòu)變形b b）安裝松動(dòng)產(chǎn)生裂紋甚至斷裂）安裝松動(dòng)產(chǎn)

14、生裂紋甚至斷裂c c）電氣連接松動(dòng)，接觸不良，使得產(chǎn)品工作性能不穩(wěn)定）電氣連接松動(dòng)，接觸不良，使得產(chǎn)品工作性能不穩(wěn)定d d）產(chǎn)品內(nèi)部各單元的相對(duì)位置發(fā)生變化，造成性能下降，）產(chǎn)品內(nèi)部各單元的相對(duì)位置發(fā)生變化，造成性能下降，甚至元器件破裂，使其無法工作甚至元器件破裂，使其無法工作21數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式根據(jù)函數(shù)根據(jù)函數(shù)f f（t t）不同的表達(dá)式，沖擊可分為：）不同的表達(dá)式，沖擊可分為： （1 1）、半正弦波）、半正弦波（2 2）、矩形波）、矩形波（3 3）、后峰鋸齒波）、后峰鋸齒波（4 4）、前鋒鋸齒波）、前鋒鋸齒波（5 5）、前后峰鋸齒波可組成三角波）、前后峰鋸齒波可組成三角波tatfDsi

15、n)(00)(atfDtatf0)()1 ()(0Dtatf)( , 0)0(),(0DtDttfaa沖擊波形復(fù)現(xiàn)沖擊波形復(fù)現(xiàn)2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.4 沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)22沖擊響應(yīng)譜時(shí)單自由度系統(tǒng)在沖擊作用下的最大響應(yīng)同沖擊響應(yīng)譜時(shí)單自由度系統(tǒng)在沖擊作用下的最大響應(yīng)同系統(tǒng)固有頻率之間的關(guān)系，其間不包含相位信息，因此系統(tǒng)固有頻率之間的關(guān)系，其間不包含相位信息，因此沖擊脈沖波形與沖擊響應(yīng)譜之間不存在唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。沖擊脈沖波形與沖擊響應(yīng)譜之間不存在唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。沖擊響應(yīng)譜復(fù)現(xiàn)沖擊響應(yīng)譜復(fù)現(xiàn)不同的沖擊脈沖可以有相同的沖擊響應(yīng)譜，同一沖擊響不同的沖擊脈沖可以有相同的沖擊響應(yīng)譜，同一沖擊響

16、應(yīng)譜可以對(duì)應(yīng)無窮多個(gè)沖擊脈沖。應(yīng)譜可以對(duì)應(yīng)無窮多個(gè)沖擊脈沖。用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的實(shí)質(zhì)就是利用沖擊響應(yīng)譜的不用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的實(shí)質(zhì)就是利用沖擊響應(yīng)譜的不唯一性，人為地產(chǎn)生一種沖擊脈沖，使其能夠匹配規(guī)定唯一性，人為地產(chǎn)生一種沖擊脈沖，使其能夠匹配規(guī)定的沖擊響應(yīng)譜。的沖擊響應(yīng)譜。產(chǎn)生沖擊脈沖的方法一般是波形綜合法。產(chǎn)生沖擊脈沖的方法一般是波形綜合法。2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.4 沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)23試驗(yàn)條件的獲?。涸囼?yàn)條件的獲取：實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、類似產(chǎn)品、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、類似產(chǎn)品、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)常用標(biāo)準(zhǔn)：常用標(biāo)準(zhǔn)：軍工產(chǎn)品：軍工產(chǎn)品：GJB150GJB150、MILMILSTDSTD810F81

17、0F電子產(chǎn)品：電子產(chǎn)品：GB/T2423GB/T2423、IEC60068IEC60068汽車零部件：汽車零部件：ISO16750ISO16750、GM3127GM3127軌道交通：軌道交通：IEC61373IEC61373、TB3058TB3058包裝運(yùn)輸：包裝運(yùn)輸：GB/T4857GB/T4857、ASTMASTM、ISTAISTA2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.5 振動(dòng)試驗(yàn)條件振動(dòng)試驗(yàn)條件24邊界條件的模擬：邊界條件的模擬：（1 1）正確模擬邊界條件，才能保證試驗(yàn)的正確性夾具）正確模擬邊界條件，才能保證試驗(yàn)的正確性夾具（2 2）激勵(lì)試驗(yàn)時(shí)不需模擬實(shí)際邊界條件）激勵(lì)試驗(yàn)時(shí)不需模擬實(shí)際邊界

18、條件ESSESS傳感器的安裝位置：傳感器的安裝位置：控制點(diǎn)夾具上試件與夾具的結(jié)合面，靠近固定點(diǎn)控制點(diǎn)夾具上試件與夾具的結(jié)合面，靠近固定點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)試件上剛度較大的位置，避免局部薄壁振動(dòng)測(cè)量點(diǎn)試件上剛度較大的位置，避免局部薄壁振動(dòng)2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.6 振動(dòng)試驗(yàn)的共性問題振動(dòng)試驗(yàn)的共性問題25再現(xiàn)性再現(xiàn)性不是試驗(yàn)與實(shí)際環(huán)境的再現(xiàn)性，而是不同不是試驗(yàn)與實(shí)際環(huán)境的再現(xiàn)性，而是不同人在不同場(chǎng)合進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)結(jié)果的一致性人在不同場(chǎng)合進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)結(jié)果的一致性振動(dòng)的疲勞累積效應(yīng)振動(dòng)的疲勞累積效應(yīng)加速試驗(yàn)加速試驗(yàn)振動(dòng)耐久試驗(yàn)振動(dòng)耐久試驗(yàn)通過增大振動(dòng)量級(jí)縮短試驗(yàn)時(shí)間通過增大振動(dòng)量級(jí)縮短試驗(yàn)時(shí)間2. 振動(dòng)試驗(yàn)

19、方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.6 振動(dòng)試驗(yàn)的共性問題振動(dòng)試驗(yàn)的共性問題26振動(dòng)、溫度與濕度的綜合模擬工作環(huán)境、溫度振動(dòng)、溫度與濕度的綜合模擬工作環(huán)境、溫度引起材料性能的改變、振動(dòng)傳遞特性變化引起材料性能的改變、振動(dòng)傳遞特性變化溫度與振動(dòng)綜合傳感器靈敏度變化的影響溫度與振動(dòng)綜合傳感器靈敏度變化的影響多維振動(dòng)試驗(yàn)更加真實(shí)模擬實(shí)際環(huán)境多維振動(dòng)試驗(yàn)更加真實(shí)模擬實(shí)際環(huán)境2. 振動(dòng)試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)方法2.6 振動(dòng)試驗(yàn)的共性問題振動(dòng)試驗(yàn)的共性問題273. 振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)3.1 振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)際振動(dòng)實(shí)際振動(dòng)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)臺(tái)功功率率放放大大器器勵(lì)磁激勵(lì)勵(lì)磁激勵(lì)振動(dòng)控制儀振動(dòng)控

20、制儀283.1 試驗(yàn)系統(tǒng)中的信號(hào)流試驗(yàn)系統(tǒng)中的信號(hào)流3. 振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)信號(hào)運(yùn)動(dòng)信號(hào)電荷信號(hào)電荷信號(hào)電荷信號(hào)電荷信號(hào)電壓信號(hào)電壓信號(hào)電壓信號(hào)電壓信號(hào)電壓信號(hào)電壓信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)293.2 振動(dòng)控制器振動(dòng)控制器國(guó)內(nèi)廠家：國(guó)內(nèi)廠家：杭州億恒科技有限公司等杭州億恒科技有限公司等按照功能分：按照功能分：正弦控制儀，隨機(jī)控制儀和多功能控正弦控制儀，隨機(jī)控制儀和多功能控制儀制儀按照控制方式分：按照控制方式分：模擬式和數(shù)字式模擬式和數(shù)字式3. 振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)30a a、頻率范圍、頻率范圍b b、頻率穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度c c、掃描功能、掃描功能d d、壓縮的動(dòng)態(tài)范圍、壓縮的動(dòng)態(tài)范圍

21、e e、測(cè)振指示精度、測(cè)振指示精度f f、控制精度、控制精度振動(dòng)控制儀的主要技術(shù)指標(biāo)：振動(dòng)控制儀的主要技術(shù)指標(biāo)：正弦振動(dòng)控制正弦振動(dòng)控制：隨機(jī)振動(dòng)控制隨機(jī)振動(dòng)控制：a a、頻率范圍、頻率范圍b b、頻率分辨率、頻率分辨率c c、動(dòng)態(tài)范圍、動(dòng)態(tài)范圍d d、均衡精度、均衡精度e e、回路時(shí)間、回路時(shí)間3.2 振動(dòng)控制器振動(dòng)控制器3. 振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)313.3 振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)臺(tái)（1 1）機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)）機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)直接作用式：凸輪驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)直接作用式：凸輪驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)慣性式：偏心質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為激振力慣性式：偏心質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為激振力優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉、工作可靠、載荷和推力大

22、價(jià)格低廉、工作可靠、載荷和推力大缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：工作頻率范圍窄，加速度失真較大。可滿足試驗(yàn)工作頻率范圍窄，加速度失真較大?？蓾M足試驗(yàn)方法中低頻段試驗(yàn)要求方法中低頻段試驗(yàn)要求3. 振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)32（2 2）電液式振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)）電液式振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)原理：原理：通過能量轉(zhuǎn)換裝置，將油泵流出的高壓流通過能量轉(zhuǎn)換裝置，將油泵流出的高壓流體的能量轉(zhuǎn)換成激振力體的能量轉(zhuǎn)換成激振力優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：下限頻率低，易于實(shí)現(xiàn)大推力，載荷重，位下限頻率低，易于實(shí)現(xiàn)大推力，載荷重，位移大移大缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格昂貴，對(duì)基礎(chǔ)要求高。設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格昂貴，對(duì)基礎(chǔ)要求高?？蓾M足試驗(yàn)方法中低、中頻段的試驗(yàn)要求可滿足試驗(yàn)方法中低

23、、中頻段的試驗(yàn)要求3.3 振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)臺(tái)3. 振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)33（3 3）電動(dòng)式振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)）電動(dòng)式振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)原理：原理：恒定磁場(chǎng)和位于磁場(chǎng)中通有一交變電流的線恒定磁場(chǎng)和位于磁場(chǎng)中通有一交變電流的線圈相互作用，產(chǎn)生激振力圈相互作用，產(chǎn)生激振力優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：工作頻帶寬，振動(dòng)波形好，易于自動(dòng)控制，操：工作頻帶寬，振動(dòng)波形好，易于自動(dòng)控制，操作調(diào)節(jié)方便作調(diào)節(jié)方便缺點(diǎn)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴，載荷和工作臺(tái)面較小。：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴，載荷和工作臺(tái)面較小。可滿足試驗(yàn)要求中可滿足試驗(yàn)要求中5Hz5Hz以上的各頻段試驗(yàn)要求以上的各頻段試驗(yàn)要求3.3 振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)臺(tái)3. 振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)控制的

24、目標(biāo)振動(dòng)試驗(yàn)控制的目標(biāo)是在振動(dòng)臺(tái)再現(xiàn)規(guī)定的試驗(yàn)條件，是在振動(dòng)臺(tái)再現(xiàn)規(guī)定的試驗(yàn)條件，使傳感器測(cè)得的響應(yīng)信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)相一致。使傳感器測(cè)得的響應(yīng)信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)相一致。時(shí)域波形再現(xiàn)時(shí)域波形再現(xiàn)頻譜再現(xiàn)隨機(jī)振動(dòng)頻譜再現(xiàn)隨機(jī)振動(dòng)汽車道路模擬、地震模擬汽車道路模擬、地震模擬寬帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)寬帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)窄帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)窄帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)4 4. . 振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制頻譜再現(xiàn)隨機(jī)振動(dòng)頻譜再現(xiàn)隨機(jī)振動(dòng)寬帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)寬帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)窄帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)窄帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)4 4. . 振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制問題問題:1、隨機(jī)信號(hào)可以控制、隨機(jī)信號(hào)可以控制2、頻域控制、頻域控制稱之稱之:頻譜再

25、現(xiàn)頻譜再現(xiàn),由于是單自由度由于是單自由度不考慮相位不考慮相位.364 4. . 振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)域隨機(jī)化時(shí)域隨機(jī)化IFFTIFFT頻譜均衡頻譜均衡PSDPSD計(jì)算計(jì)算模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換參考譜參考譜相位隨機(jī)化相位隨機(jī)化振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)臺(tái)與試件與試件功率功率放大器放大器振動(dòng)測(cè)量振動(dòng)測(cè)量傳感器傳感器37振動(dòng)臺(tái)傳感器A/DD/A相位隨機(jī)化傳遞函數(shù)估計(jì)均衡處理時(shí)域隨機(jī)化重疊存儲(chǔ)功率譜估計(jì)參考譜IFFT頻譜均衡4 4. . 振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制38迭代控制：迭代控制： u 辨識(shí)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；辨識(shí)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；u 計(jì)算初始驅(qū)動(dòng)信號(hào)；計(jì)算初始驅(qū)動(dòng)信號(hào)；u 迭代過程；迭

26、代過程；u 用離線修正好的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行激振，用離線修正好的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行激振， 開始正式試驗(yàn)。開始正式試驗(yàn)。4.4.振動(dòng)試驗(yàn)控制理論振動(dòng)試驗(yàn)控制理論394 4. . 振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制 振動(dòng)控制系統(tǒng)的振動(dòng)控制系統(tǒng)的”實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)性”是完成一次閉環(huán)控是完成一次閉環(huán)控制的循環(huán)時(shí)間。制的循環(huán)時(shí)間。 微處理單元微處理單元 數(shù)字信號(hào)處理器數(shù)字信號(hào)處理器 為算法的實(shí)現(xiàn)與改進(jìn)提供可能為算法的實(shí)現(xiàn)與改進(jìn)提供可能404.4.振動(dòng)試驗(yàn)控制理論振動(dòng)試驗(yàn)控制理論4.1 4.1 功率譜密度估計(jì)功率譜密度估計(jì) 振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)是一個(gè)振動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，基于參數(shù)化模型，基于參數(shù)化模型的

27、譜估計(jì)方法雖然具有高的分辨率，如應(yīng)用到振動(dòng)試驗(yàn)中的譜估計(jì)方法雖然具有高的分辨率，如應(yīng)用到振動(dòng)試驗(yàn)中可以顯著提高譜估計(jì)精度、提高系統(tǒng)的控制收斂速度，但可以顯著提高譜估計(jì)精度、提高系統(tǒng)的控制收斂速度，但是卻具有建立系統(tǒng)模型難、對(duì)噪聲非常敏感、運(yùn)算量要求是卻具有建立系統(tǒng)模型難、對(duì)噪聲非常敏感、運(yùn)算量要求高的難點(diǎn)。高的難點(diǎn)。 而而周期圖法周期圖法雖然具有譜估計(jì)方差大的缺點(diǎn)，但由于計(jì)算簡(jiǎn)雖然具有譜估計(jì)方差大的缺點(diǎn)，但由于計(jì)算簡(jiǎn)單，可以通過多次統(tǒng)計(jì)平均減小方差對(duì)譜估計(jì)的影響，因單，可以通過多次統(tǒng)計(jì)平均減小方差對(duì)譜估計(jì)的影響，因此廣泛應(yīng)用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。此廣泛應(yīng)用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。 2| )(|1

28、)(kXNPNper10/2)(1)(NrNkrjNerxNkX414.2 4.2 頻譜均衡頻譜均衡)(th)(H)(tx)(ty)(xS)(yS激勵(lì)激勵(lì)響應(yīng)響應(yīng)時(shí)域時(shí)域頻域頻域系統(tǒng)的傳遞特性系統(tǒng)的傳遞特性)()()(2xySHS均衡均衡就是對(duì)輸出給功率放大器的激勵(lì)信號(hào)，在就是對(duì)輸出給功率放大器的激勵(lì)信號(hào)，在不同頻率不同頻率段進(jìn)行不同程度的放大和衰減段進(jìn)行不同程度的放大和衰減，使振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)能達(dá)到設(shè)，使振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)能達(dá)到設(shè)定目標(biāo)譜的過程。定目標(biāo)譜的過程。4 4. . 振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)時(shí)控制422/ HSSyxrxSS 2/ HSSrxxySSH/2H2)()()(HSSrx激勵(lì)激勵(lì)測(cè)

29、試測(cè)試1H頻譜均衡公式頻譜均衡公式2)()()(HSSyx)()(yrSS4.4.振動(dòng)試驗(yàn)控制理論振動(dòng)試驗(yàn)控制理論434.3 4.3 隨機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生隨機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生偽隨機(jī)信號(hào)偽隨機(jī)信號(hào) 10/21)(1)(NkNknjsekfSNntx)(1kfS)(sntx4.4.振動(dòng)試驗(yàn)控制理論振動(dòng)試驗(yàn)控制理論44偽隨機(jī)信號(hào)是多次重復(fù)其自身，其頻譜為離散譜，能量偽隨機(jī)信號(hào)是多次重復(fù)其自身，其頻譜為離散譜，能量集中在原譜的采樣頻率點(diǎn)上，其時(shí)域信號(hào)是以一幀信號(hào)的集中在原譜的采樣頻率點(diǎn)上，其時(shí)域信號(hào)是以一幀信號(hào)的采樣時(shí)間采樣時(shí)間T T為周期。為周期。 雖然不存在頻譜泄漏問題，但是偽隨機(jī)信號(hào)的幅值分布雖然不存在頻譜泄漏問題，但是偽隨機(jī)信號(hào)的幅值分布具有尖刺，其幅值概率密度函數(shù)僅近似于高斯（正態(tài)）分具有尖刺，其幅值概率密度函數(shù)僅近似于高斯（正態(tài)）分布。布。 在共振帶寬小于在共振帶寬小于2 2 （ 為頻率分辨率）時(shí)可能產(chǎn)生欠為頻率分辨率）時(shí)可能產(chǎn)生欠試驗(yàn)。試驗(yàn)。 ff偽隨機(jī)信號(hào)偽隨機(jī)信號(hào)4.4.振動(dòng)試驗(yàn)控制理論振動(dòng)試驗(yàn)控制理論45真隨機(jī)信號(hào)真隨機(jī)信號(hào)時(shí)域隨機(jī)化的過程，就是對(duì)相位隨機(jī)化后的偽隨機(jī)信號(hào)進(jìn)時(shí)域隨機(jī)化的過程，就是對(duì)相位隨機(jī)化后的偽隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行行延時(shí)延時(shí)和和反