多输入多输出随机加正弦振动控制系统的研究

论文摘要

随着人们对产品可靠性要求越来越高,通过振动环境试验进行产品的可靠性、稳定性的检测与评价已备受人们重视。目前各种宽带随机、正弦振动环境试验振动系统已经广泛应用于各个领域。由于随机加正弦振动控制复杂性,相关研究还较少。大量的环境振动是正弦加随机振动,本文的控制系统能够更加真实模拟这一类环境,改变以往单纯以随机或正弦来代替的局面。同时,多激励点同时激励和控制避免了单点遇到的推力不足,大试件受力不均匀的问题。这一背景下,本文对多输入多输出随机加正弦控制系统做了深入的研究,完成了该振动控制系统的初步模型。主要完成下面一些工作:首先,本文回顾了振动环境试验的国内外研究的现状,介绍了目前已经取得的科研成果及存在不足之处。其次,给出了本文振动控制系统的基本理论,针对多输入多输出系统的耦合性,以频响函数的逆做为解耦矩阵来解耦。在本控制系统中随机加正弦的控制是分两步,先对随机信号进行控制、均衡,然后在随机信号中叠加上正弦信号。用相关积分法完成响应信号中正弦、随机成分的分离,进行正弦幅值修正,完成闭环控制。再次,以悬臂梁为模型,对控制算法进行了数值仿真,结果表明,该控制算法在理论上是可行的。最后,搭建试验平台,试验构件分别选用阻尼大小不同的钢制和铝制均匀悬臂梁。利用LabVIEW编写控制程序,驱动PXI进行数据采集与发送。试验结果表明,本文的算法可以达到试验预期的目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外的进展情况
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 多输入多输出随机加正弦控制系统的基本原理
• 2.1 随机信号数字统计特征
• 2.1.1 均值、均方值及方差
• 2.1.2 自相关函数与互相关函数
• 2.1.3 自功率谱密度函数与互功率密度函数
• 2.2 随机振动控制系统的基本组成
• 2.3 随机振动控制系统的基本计算
• 2.4 频谱均衡与控制
• 2.5 正弦信号的识别与控制
• 2.5.1 两路驱动信号幅值和相位计算
• 2.5.2 正弦幅值修正
• 2.6 频响函数的测量
• 2.7 本章小结
• 第三章 多输入多输出随机加正弦控制系统的设计方法
• 3.1 线性系统的输入输出关系
• 3.2 设计解耦补偿矩阵
• 3.3 随机信号生成过程
• 3.3.1 伪随机信号
• 3.3.2 真随机信号
• 3.3.3 双振动台时域随机化过程
• 3.4 系统动响应的求解
• 3.5 随机加正弦振动控制系统的流程
• 3.6 参考谱合理性判断
• 3.7 振动信号的数字处理
• 3.7.1 采样定理
• 3.7.2 离散Fourier 变换
• 3.7.3 频率泄漏与加窗
• 3.8 本章小结
• 第四章 控制系统算法数值仿真研究
• 4.1 建立有限元仿真模型
• 4.2 振动控制数值仿真
• 4.2.1 加速度谱密度与参考谱设置
• 4.2.2 参考正弦信号及驱动信号
• 4.2.3 随机信号控制
• 4.2.4 正弦信号分离及幅值修正
• 4.3 本章小结
• 第五章 控制系统算法试验验证
• 5.1 振动试验软、硬件平台
• 5.1.1. LabVIEW 软件平台
• 5.1.2 虚拟仪器技术
• 5.1.3. PXI 硬件平台简介
• 5.2 振动试验方案
• 5.2.1 硬件系统框图
• 5.2.2 试验仪器设备
• 5.2.3 试验一（钢制梁）
• 5.2.4 试验一结果记录与分析
• 5.2.5 试验二（铝制梁）
• 5.2.6 试验二结果记录与分析
• 5.2.7 对试验结果改进的尝试
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 后续研究工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文