多維波形模擬修正方法及控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多維波形模擬修正方法及控制裝置，包括計(jì)算機(jī)、模擬輸出卡、數(shù)據(jù)采集卡和加速度傳感器，所述計(jì)算機(jī)的模擬信號(hào)輸出端通過所述模擬輸出卡與被控制振動(dòng)臺(tái)的模擬信號(hào)輸入端連接，所述被控制振動(dòng)臺(tái)的加速度信號(hào)通過所述加速度傳感器后再經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集卡與所述計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接。不僅控制精度高，而且具有1～6維的波形模擬能力，適于多維波形模擬控制。另外，針對(duì)不同維數(shù)的波形模擬需求，可以靈活調(diào)整通道數(shù)。該修正方法優(yōu)化了試驗(yàn)步驟僅須2～3次（半量級(jí)1次，滿量級(jí)1～2次）迭代即可獲得滿意的試驗(yàn)效果。本發(fā)明還具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、模塊少、易于安裝、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，非常適宜于地震波模擬、道路模擬等波形模擬應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說明】多維波形模擬修正方法及控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以液壓或電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)、激振系統(tǒng)為控制對(duì)象的通用波形模擬控制裝置，尤其適用于多軸向地震模擬振動(dòng)臺(tái)和兩軸或四軸道路模擬試驗(yàn)臺(tái)的一種多維波形模擬修正方法及控制裝置，屬于自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]波形模擬廣泛地應(yīng)用在環(huán)境振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)，地震模擬，道路運(yùn)輸模擬，機(jī)載環(huán)境模擬等各個(gè)領(lǐng)域，尤其在地震模擬，環(huán)境振動(dòng)中的沖擊響應(yīng)譜、經(jīng)典沖擊，道路運(yùn)輸模擬等試驗(yàn)方面，其核心控制技術(shù)都是波形模擬控制。隨著振動(dòng)模擬試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，一維振動(dòng)模擬試驗(yàn)已經(jīng)不再能夠滿足振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展要求，多維振動(dòng)模擬(如地震模擬是X，Y，Z三向平動(dòng)，道路運(yùn)輸模是三個(gè)自由度，以及多維振動(dòng)試驗(yàn))已越來越被受人們的重視。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)在多軸振動(dòng)臺(tái)研制技術(shù)方面有了一定的發(fā)展，相繼于1997年研制出了5mX 5m的三軸六自由度地震模擬臺(tái)和于2005年研制了 2mX 4m的三軸六自由度振動(dòng)臺(tái)，于2012年蘇試試驗(yàn)公司建立了三軸電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)等。然而多維振動(dòng)控制器都是采用國(guó)外進(jìn)口控制器，如國(guó)際上SD和LMS公司的控制器，其波形模擬控制技術(shù)主要采用經(jīng)典的頻域迭代修正技術(shù)。但由于其算法不對(duì)外開放且功能固定，在許多應(yīng)用方面讓用戶感到使用困難(如系統(tǒng)本底限制過嚴(yán)，預(yù)試驗(yàn)低頻位移過大，控制精度不夠滿意，試驗(yàn)中容易出現(xiàn)過試驗(yàn)現(xiàn)象，誤差計(jì)算分析功能單一等問題)。在國(guó)內(nèi)方面至今任無多維波形模擬控制裝置研發(fā)方面的成熟產(chǎn)品推出。
[0004]另外，經(jīng)搜索專利文獻(xiàn)資料，未見其他公開的關(guān)于多維波形模擬控制裝置的相關(guān)文獻(xiàn)，更未見相關(guān)產(chǎn)品在應(yīng)用中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種多維波形模擬修正方法及控制裝置。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0007]—種多維波形模擬控制裝置，包括計(jì)算機(jī)、模擬輸出卡、數(shù)據(jù)采集卡和加速度傳感器，所述計(jì)算機(jī)的模擬信號(hào)輸出端通過所述模擬輸出卡與被控制振動(dòng)臺(tái)的模擬信號(hào)輸入端連接，所述被控制振動(dòng)臺(tái)的加速度信號(hào)通過所述加速度傳感器后再經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集卡與所述計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接。
[0008]一種多維波形模擬修正方法，包括以下步驟:
[0009]( I)目標(biāo)波處理；
[0010](2)辨識(shí)傳遞函數(shù)矩陣并求逆；
[0011](3)驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算；
[0012](4)信號(hào)發(fā)送與采集；
[0013](5)誤差計(jì)算與分析，若誤差小于允差則進(jìn)行下一步，若誤差大于允差則返回步驟(3)；
[0014](6)量級(jí)調(diào)整；
[0015](7)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送，直至完成結(jié)束試驗(yàn)。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]本發(fā)明是一種多維波形模擬修正方法及控制裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅控制精度高，而且具有I?6維的波形模擬能力，適于多維波形模擬控制。另外，針對(duì)不同維數(shù)的波形模擬需求，可以靈活調(diào)整通道數(shù)。該修正方法優(yōu)化了試驗(yàn)步驟僅須2?3次(半量級(jí)I次，滿量級(jí)I?2次)迭代即可獲得滿意的試驗(yàn)效果。本發(fā)明還具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、模塊少、易于安裝、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，非常適宜于地震波模擬、道路模擬等波形模擬應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明所述多維波形模擬控制裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0019]圖2是本發(fā)明所述多維波形模擬修正方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0021]如圖1所示:一種多維波形模擬控制裝置，包括計(jì)算機(jī)、模擬輸出卡、數(shù)據(jù)采集卡和加速度傳感器，所述計(jì)算機(jī)的模擬信號(hào)輸出端通過所述模擬輸出卡與被控制振動(dòng)臺(tái)的模擬信號(hào)輸入端連接，所述被控制振動(dòng)臺(tái)的加速度信號(hào)通過所述加速度傳感器后再經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集卡與所述計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接。
[0022]如圖2所示:一種多維波形模擬修正方法，包括以下步驟:
[0023](I)目標(biāo)波處理；
[0024]( 2)辨識(shí)傳遞函數(shù)矩陣并求逆；
[0025](3)驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算；
[0026](4)信號(hào)發(fā)送與采集；
[0027](5)誤差計(jì)算與分析，若誤差小于允差則進(jìn)行下一步，若誤差大于允差則返回步驟
(3)；
[0028](6)量級(jí)調(diào)整；
[0029](7)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送，直至完成結(jié)束試驗(yàn)。
[0030]在目標(biāo)波處理過程中，分別采用規(guī)則波生成和原始波導(dǎo)入兩種方式獲得目標(biāo)加速度波。規(guī)則波包括正弦波、方波、三角波、鋸齒波等，獲得規(guī)則波后需采用加窗方式進(jìn)行零起始零結(jié)束處理，并且根據(jù)頻率范圍要求進(jìn)行濾波處理；原始波導(dǎo)入后需根據(jù)時(shí)間長(zhǎng)度要求進(jìn)行截?cái)?，濾波處理，并加窗作零起始零結(jié)束處理。在獲得目標(biāo)加速度波后，進(jìn)行積分處理獲得目標(biāo)速度波和目標(biāo)位移波。系統(tǒng)傳遞函數(shù)矩陣辨識(shí)功能中，采用自定義超寬頻真隨機(jī)辨識(shí)方法，通過選取適中的預(yù)試驗(yàn)量級(jí)，可獲得良好的系統(tǒng)傳遞函數(shù)矩陣。其自定義譜形的優(yōu)點(diǎn)在于可兼顧振動(dòng)臺(tái)低頻和高頻特性，保證辨識(shí)中低頻位移不會(huì)太大，同時(shí)適當(dāng)拓展辨識(shí)頻寬，通過試驗(yàn)驗(yàn)證可獲得良好的系統(tǒng)辨識(shí)效果，而這也對(duì)后期波形模擬控制精度改善是至關(guān)重要的。
[0031]量級(jí)調(diào)整也是波形模擬控制裝置的重要功能，在量級(jí)調(diào)整中通過引入非線性因子，可削弱試件的非線性影響，減少試驗(yàn)量級(jí)上升過程中的迭代次數(shù)，消除過試驗(yàn)現(xiàn)象，優(yōu)化試驗(yàn)效果。驅(qū)動(dòng)更新環(huán)節(jié)作為振動(dòng)波模擬控制精度提升的重要步驟，通過驅(qū)動(dòng)更新算法，并引入均方根誤差、峰值誤差以及修正因子，可獲得波形模擬控制精度的迅速收斂。
[0032]實(shí)施例:
[0033]所述多維波形模擬控制裝置，是采用多維波形模擬修正方法所設(shè)計(jì)的控制裝置，主要包括計(jì)算機(jī)、模擬輸出卡PC1-6713 (帶8路模擬輸出)一張、數(shù)據(jù)采集卡PC1-6254 (帶16路差分輸入)一張、加速度傳感器8只以上、信號(hào)接口機(jī)箱。所述計(jì)算機(jī)中有多維振動(dòng)波模擬控制軟件，用于用戶操作和數(shù)據(jù)顯示。所述PC1-6254數(shù)據(jù)采集卡用于采集所述加速度傳感器信號(hào)，并傳輸?shù)剿鲇?jì)算機(jī)中參與算法修正，所述加速度傳感器將被控對(duì)象的所述8個(gè)以上加速度測(cè)量信號(hào)通過自由度合成矩陣轉(zhuǎn)換為六自由度合成加速度，通過多維波形模擬迭代算法將獲得六自由度驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并由所述PC1-6713模擬輸出卡將驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至被控對(duì)象，所述信號(hào)接口機(jī)箱用于連接控制器內(nèi)部信號(hào)和外部硬件的信號(hào)輸入輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種多維波形模擬控制裝置，其特征在于:包括計(jì)算機(jī)、模擬輸出卡、數(shù)據(jù)采集卡和加速度傳感器，所述計(jì)算機(jī)的模擬信號(hào)輸出端通過所述模擬輸出卡與被控制振動(dòng)臺(tái)的模擬信號(hào)輸入端連接，所述被控制振動(dòng)臺(tái)的加速度信號(hào)通過所述加速度傳感器后再經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集卡與所述計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接。
2.—種多維波形模擬修正方法，其特征在于，包括以下步驟: (O目標(biāo)波處理； (2)辨識(shí)傳遞函數(shù)矩陣并求逆； (3)驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算； (4)信號(hào)發(fā)送與采集； (5)誤差計(jì)算與分析，若誤差小于允差則進(jìn)行下一步，若誤差大于允差則返回步驟(3); (6)量級(jí)調(diào)整； (7)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送，直至完成結(jié)束試驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK103592851SQ201310597856
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】黎啟盛, 嚴(yán)霞, 陳穎, 牛寶良, 李明海, 王鈺, 凌明祥 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所