本實用新型涉及一種力學環(huán)境試驗用任意波形試驗設備的控制方法，尤其涉及提高任意波形試驗設備中伺服液壓部分響應速度的控制方法及實現(xiàn)該方法的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

力學環(huán)境存在于我們生活中的每個環(huán)節(jié)，如地球引力、汽車的顛簸、波浪的起伏、炸彈的爆炸等等。任意波形試驗系統(tǒng)作為一種力學環(huán)境試驗設備，主要用于在試驗室復現(xiàn)物體或產(chǎn)品在服役過程中所處的力學環(huán)境，考核物體或產(chǎn)品在該環(huán)境中的性能，以改善應對措施。任意波形試驗系統(tǒng)可完成200ms(毫秒)內(nèi)、900m/s²以下的任意波形試驗，主要應用于衛(wèi)星或火箭的發(fā)射、艦載機的起落、汽車的碰撞等狀態(tài)下零部件的可靠性試驗。由于上述過程所表現(xiàn)出來的加速度-時間歷程中，加速度隨時間的變化復雜，要求模擬/復現(xiàn)設備有極高的響應速度。加之上述試驗的能量較大，故工程上多采用伺服液壓技術(shù)實現(xiàn)大能量、高響應速度控制。

目前，我國在國防軍工、航空航天及交通運輸領(lǐng)域正在向更準、更高、更快、更可靠的方向發(fā)展，能力及參數(shù)指標要求較以前均有大幅提升。在進行任意波形試驗時對試驗器的換向頻率要求越來越高，也就對換向控制部分的響應速度要求越來越高。國外在這方面的研究較早，且由于國外在高頻響液壓伺服閥技術(shù)上的突破，可方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的高頻換向要求。目前，市場上已有的相關(guān)設備均從國外進口，當前技術(shù)基本上能在2150kN推進力或90km/h速度下實現(xiàn)222Hz的換向頻率，而這種高頻響液壓伺服閥對我國是禁運的，就我國目前的液壓伺服閥技術(shù)，以上工況下的換向頻率只能做到76Hz(不保守數(shù)據(jù))；若采用進口普通液壓伺服閥，以上工況下的換向頻率能做到88Hz，與國外技術(shù)存在極大的差距，這種差距對我國在試驗設備及技術(shù)上產(chǎn)生極大的制約。因此有必要設計一種能夠通過普通液壓伺服閥實現(xiàn)高響應速度的控制方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種能夠使用普通驅(qū)動器件實現(xiàn)高響應速度控制系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種提高系統(tǒng)響應速度的控制系統(tǒng)，其包括：多通道伺服控制器，所述多通道伺服控制器包括至少一個信號輸入通道和多個信號輸出通道，所述多通道伺服控制器用于設置任意波形目標譜線，對目標譜線進行分析計算， 將該目標譜線分解為多個單頻驅(qū)動信號，這些單頻驅(qū)動信號的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，分解后的多個單頻驅(qū)動信號通過疊加可形成原目標譜線，分解后的各個單頻驅(qū)動信號可分別通過多個信號輸出通道向外輸出；多通道伺服信號放大器，所述多通道伺服信號放大器包括多個信號輸入通道和多個信號輸出通道，所述多通道伺服信號放大器用于對多個單頻驅(qū)動信號進行放大處理，所述多通道伺服信號放大器的多個信號輸入通道與所述多通道伺服控制器的多個信號輸出通道一一對應連接；多個伺服能量轉(zhuǎn)換器，所述多個伺服能量轉(zhuǎn)換器分別與所述多通道伺服信號放大器的多個輸出通道連接，伺服能量轉(zhuǎn)換器用于將多通道伺服信號放大器輸出的低頻驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行元件可識別的信號類型；多通道集成器件，所述多通道集成器件各通道分別與多個伺服參量轉(zhuǎn)換器相連，將轉(zhuǎn)換后的信號進行疊加統(tǒng)一處理發(fā)送給執(zhí)行元件；執(zhí)行元件，所述執(zhí)行元件接受多通道集成器件的驅(qū)動信號，并執(zhí)行、輸出目標譜線動作。

優(yōu)選地，在所述執(zhí)行元件輸出端設有信號采集器，所述信號采集器用于采集執(zhí)行元件的輸出動作信號。

優(yōu)選地，所述伺服能量轉(zhuǎn)換器為電液伺服閥，所述執(zhí)行元件為伺服液壓缸。

優(yōu)選地，所述信號采集器輸出端與信號調(diào)解器輸入端相連，所述信號調(diào)解器輸出端與所述多通道伺服控制器的信號輸入通道相連，形成一閉環(huán)控制回路，所述信號解調(diào)器用于將信號采集器采集的執(zhí)行元件動作信號轉(zhuǎn)化為控制器可識別的信號類型。

如上所述，本實用新型的提高系統(tǒng)響應速度的控制系統(tǒng)具有以下有益效果：該提高系統(tǒng)響應速度的控制系統(tǒng)通過控制器將多種頻率疊加的任意波形高頻目標譜線分解為多個單頻驅(qū)動信號，這些單頻驅(qū)動信號的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，分解后的各個單頻驅(qū)動信號通過多組能量轉(zhuǎn)換器輸出，由多通道集成器件按要求發(fā)送到同一執(zhí)行元件上，在執(zhí)行的過程中疊加，促使執(zhí)行元件的動作輸出波形達到原目標譜線的目的，解決了現(xiàn)有技術(shù)中伺服能量轉(zhuǎn)換器件在某些工況，尤其是大輸出量級的工況下響應頻率低、響應速度慢的問題，本實用新型所述的提高系統(tǒng)響應速度的控制系統(tǒng)通用性強，可操作性高，可控性好，可靠性好，維護方便，可在多種設備上配置，能滿足多種工程需求。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本實用新型實施例液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本實用新型實施例的目標譜線圖。

圖4為圖3目標譜線分解后的驅(qū)動信號組合圖。

圖5為圖3目標譜線分解后的第一驅(qū)動信號圖。

圖6為圖3目標譜線分解后的第二驅(qū)動信號圖。

圖7為圖3目標譜線分解后的第三驅(qū)動信號圖。

圖8為圖3目標譜線分解后的第四驅(qū)動信號圖。

元件標號說明

1、多通道伺服控制器；2、多通道伺服信號放大器；3、多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器；4、多通道集成器件；5、執(zhí)行元件；6、信號采集器；7、信號調(diào)解器；21、伺服信號放大器D1；22、伺服信號放大器D2；2n、伺服信號放大器Dn；31、電液伺服閥V1；32、電液伺服閥V2；3n、電液伺服閥Vn；41、集成式蓄能器A1；42、集成式蓄能器A2；4n、集成式蓄能器An；1o1、多通道伺服控制器輸出通道1；1o2、多通道伺服控制器輸出通道2；1on、多通道伺服控制器輸出通道n；2i1、第一通道伺服放大器輸入端；2i2、第二通道伺服放大器輸入端；2in、第N通道伺服放大器輸入端；2o1、第一通道伺服放大器輸出端；2o2、第二通道伺服放大器輸出端；2on、第N通道伺服放大器輸出端。

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點及功效。

請參閱圖1至圖8。須知，本說明書附圖所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用于配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本實用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當亦視為本實用新型可實施的范疇。

如圖1所示，本實用新型提供一種提高系統(tǒng)響應速度的控制系統(tǒng)，包括多通道伺服控制器1，多通道伺服信號放大器2，多通道伺服參量轉(zhuǎn)換器3，多通道集成器件4，執(zhí)行元件5，信號采集器6和信號調(diào)解器7。多通道伺服控制器1的輸出端與多通道伺服信號放大器2的輸入端相連，多通道伺服信號放大器2的輸出端與多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3的輸入端相連，多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3的輸出端通過多通道集成器件4向執(zhí)行元件5發(fā)送動作指令信號，由執(zhí)行元件5實現(xiàn)目標譜線所設定的動作。

為了能夠精確控制執(zhí)行元件5動作，該系統(tǒng)還設有一信號反饋電路，如圖1所示，反饋 信號電路包括一信號采集器6和一信號調(diào)解器7，通過信號采集器6能夠?qū)崟r采集執(zhí)行元件5的動作信號，信號采集器6與信號解調(diào)器7連接，信號解調(diào)器7用于將信號采集器6采集的動作信號轉(zhuǎn)化為多通道伺服控制器1可識別的信號類型，信號調(diào)解器7的輸出通道與多通道伺服控制器1的信號輸入通道連接。這樣通過信號采集器7、信號解調(diào)器8就可將執(zhí)行元件5的動作信號反饋給多通道伺服控制器1，形成一閉環(huán)控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)主要采用如下方法實現(xiàn)系統(tǒng)響應速度的提高，具體包括如下步驟：在多通道伺服控制器1上設置多種頻率疊加的任意波形目標譜線，通過多通道伺服控制器1對目標譜線進行分析計算，將該目標譜線分解為多個單頻驅(qū)動信號，這些單頻驅(qū)動信號的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，分解后的各個單頻驅(qū)動信號通過疊加可形成原目標譜線；多通道伺服控制器1將分解后的單頻驅(qū)動信號分別通過不同的通道發(fā)送至多通道伺服信號放大器，通過伺服信號放大器將單頻驅(qū)動信號進行放大；經(jīng)伺服信號放大器放大后的單頻驅(qū)動信號分別發(fā)送給各個伺服能量轉(zhuǎn)換器，將單頻驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的信號類型；經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的驅(qū)動信號通過多通道集成器件輸出，由同一套執(zhí)行元件執(zhí)行；這些驅(qū)動信號在被執(zhí)行的過程中進行疊加，促使執(zhí)行元件的動作輸出波形達到原目標譜線的目的。

本提高系統(tǒng)響應速度的控制系統(tǒng)通過調(diào)整控制波形，由多組伺服能量轉(zhuǎn)換器分別轉(zhuǎn)換并作用到同一套執(zhí)行元件上，提高系統(tǒng)的響應速度(或頻率)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中伺服能量轉(zhuǎn)換器件在某些工況，尤其是大輸出量級的工況下響應速度(或頻率)低的問題，本實用新型所述的提高系統(tǒng)響應速度的控制系統(tǒng)通用性強，可操作性高，可控性好，可靠性好，維護方便，可在多種設備上配置，能滿足多種工程需求。

該系統(tǒng)可應用在多種能量轉(zhuǎn)換頻率響應系統(tǒng)中，作為本實用新型的一種具體實施方式選用液壓控制系統(tǒng)對本實用新型實施例做進一步的描述。如圖2所示，多通道伺服信號放大器2包含多個伺服信號放大器21---2n，多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3包含多個電液伺服閥V1---Vn，多通道伺服信號放大器2應采用與電液伺服閥匹配的類型，多通道集成器件4包含多個集成式蓄能器A1---An，執(zhí)行元件5選用伺服液壓缸，信號采集器6選用加速度傳感器。

如圖2所示，多通道伺服控制器1包括至少一個信號輸入通道和多個信號輸送通道1o1---1on，并可通過該多通道伺服控制器1設置執(zhí)行元件5要執(zhí)行的多種頻率疊加的任意波形目標譜線。多通道伺服控制器1內(nèi)設有DSP處理器，DSP處理器可對該目標譜線進行分析計算，并將該目標譜線分解為多個單頻驅(qū)動信號，這些單頻驅(qū)動信號的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，分解后的各個單頻驅(qū)動信號可通過疊加形成原目標譜線。分解后的各個單頻驅(qū)動信號可分別通過多通道伺服控制器1的輸出通道1o1---1on向外輸出。多通道伺服控制器1可根據(jù) 需要設置多種輸出控制波形，多通道伺服控制器1輸出的控制波形的頻率、幅值等參數(shù)可調(diào)。

如圖2所示，多通道伺服信號放大器2中包含多個伺服信號放大器21---2n，每個伺服信號放大器有其對應的信號輸入通道2i1---2in和信號輸出通道2o1---2on。多通道伺服控制器1的多個信號輸出通道1o1---1on分別與多通道伺服信號放大器2中的各個伺服信號放大器21---2n的輸入端2i1---2in一一對應連接。多通道伺服信號放大器2可對多通道伺服控制器1輸出的各單頻驅(qū)動信號進行放大處理，并經(jīng)信號輸出通道2o1---2on向外輸出。多通道伺服信號放大器2內(nèi)各個伺服信號放大器的輸出通道2o1---2on分別與多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3內(nèi)的各電液伺服閥V1---Vn連接，通過各電液伺服閥V1---Vn將各伺服信號放大器21---2n輸出的信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行元件5(伺服液壓缸)可執(zhí)行的信號類型，如伺服液壓缸可執(zhí)行的液壓能，發(fā)送多通道集成器件4內(nèi)的集成式蓄能器A1---An，并由多通道集成器件4統(tǒng)一發(fā)送給執(zhí)行元件5(伺服液壓缸)。執(zhí)行元件5(伺服液壓缸)在驅(qū)動信號(液壓能)作用下動作，如伸縮、旋轉(zhuǎn)等，并在執(zhí)行的過程中對各單頻信號進行響應、疊加，完成原目標譜線設定的動作。

該液壓控制系統(tǒng)在使用時，首先在多通道伺服控制器1上設置多種頻率疊加的任意波形目標譜線，該目標譜線可以為頻域的目標譜線，也可以為時域的目標譜線，如果為頻域的目標譜線可通過傅里葉變換將其轉(zhuǎn)化為時域，然后由多通道伺服控制器1內(nèi)的DSP處理器對該目標譜線進行分析計算，將其分解為多個單頻驅(qū)動信號，這些單頻驅(qū)動信號的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)。如圖3、4所示，圖3所示的就是多種頻率疊加的任意波形目標譜線，圖4為分解后的各單頻驅(qū)動信號，其中圖4是在一個界面中顯示各個單頻驅(qū)動信號波形，圖5～圖8是分別顯示各個單頻驅(qū)動信號波形，圖4所示的各單頻驅(qū)動信號疊加后仍可形成圖3所示的任意波形目標譜線。

圖4所示，分解后的各個單頻驅(qū)動信號分別通過多通道伺服控制器1的信號輸出通道1o1---1on向外輸出，再經(jīng)過多通道伺服信號放大器2中的各個伺服信號放大器21---2n放大，輸出為多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3內(nèi)的各電液伺服閥V1---Vn所需要的驅(qū)動電流。電液伺服閥V1---Vn的作用是將放大后的小功率電流信號轉(zhuǎn)換為閥芯的運動，以控制流向液壓動力機構(gòu)的液壓油流量和壓力。多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3內(nèi)的各電液伺服閥V1---Vn分別與多通道集成器件4內(nèi)的各集成式蓄能器A1---An連接，這樣驅(qū)動多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3內(nèi)的各電液伺服閥V1---Vn產(chǎn)生的液壓能信號全部集成疊加在執(zhí)行元件5(伺服液壓缸)上。通過圖4所示各單頻驅(qū)動信號的疊加可知，在執(zhí)行元件(伺服液壓缸)5上仍可形成圖3所示的任意波形目標譜線。由此可見，只需通過設置若干個單頻的電液伺服閥就可以驅(qū)動伺服液壓缸完成目標譜線設定的動作。通過這種控制方法就可以取代高頻響的電液伺服閥達到所需目的。

該提高系統(tǒng)響應速度的控制方法和系統(tǒng)通過控制器將需要執(zhí)行的目標譜線分解為多個單頻驅(qū)動信號，這些單頻驅(qū)動信號的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，各個單頻驅(qū)動信號通過多組能量轉(zhuǎn)換器作用在同一套執(zhí)行元件上，并在執(zhí)行過程中進行疊加，輸出的動作可達到原目標譜線所需目的，即可得到高頻響的伺服能量轉(zhuǎn)換器(電液伺服閥)控制才能完成試驗曲線，解決了現(xiàn)有技術(shù)中伺服能量轉(zhuǎn)換器件在某些工況下，尤其是大輸出量級的工況下響應速度(或頻率)低的問題，本實用新型所述的提高系統(tǒng)響應速度的控制系統(tǒng)通用性強，可操作性高，可控性好，可靠性好，維護方便，可在多種設備上配置，能滿足多種工程需求。所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。