[發明專利]一種振動控制裝置及振動控制方法

有效

• 申請號: 200710018618.0
• 申請日: 2007-09-07
• 公開（公告）號: CN101126919A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 閆桂榮;王騰;趙文哲;秦浩丹;董龍雷;馬小平;袁國平
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 劉國智

技術領域

本發明涉及一種用于振動試驗的振動控制裝置及相應的振動控制方法。

背景技術

振動試驗設備主要用于模擬結構振動工作環境，可以檢驗產品的設計、生產、工藝是否符合振動工作環境的使用要求。近年來，隨著航空、航天、軍事裝備、各民用行業對產品性能以及可靠性要求的不斷提高，對環境振動試驗模擬的要求越來越高。其試驗方法也從以前的正弦試驗逐步發展到隨機試驗、正弦加隨機、隨機加隨機、沖擊試驗，以滿足不同應用以及科學研究領域的需要。

振動控制裝置是環境振動設備的核心。傳統的振動控制裝置以實現振動臺的正弦掃頻和隨機振動控制為主，正弦掃頻主要采用PID(比例積分微分)控制，隨機振動控制方法主要在頻域中進行控制，如自功率譜或傳遞函數法。隨著產品設計引入的新觀念，人們希望在振動臺上能產生與產品結構在實際工作環境中相近的時域波形，即波形再現。傳統的頻域控制法難以實現這一任務，這是因為頻域控制法每次比較完功率譜之后，都要重新進行相位隨機化產生新的時域波形，不能直接比較時域下的波形。同時傳統的頻域控制法需要根據輸入的參考譜的不同而重新調整參數，如果對相同的被控對象施以不同的參考譜時，每次都要有一個控制其收斂以致穩定的過程。

發明內容

本發明所要解決的技術問題旨在克服現有頻域控制法所存在的無法進行波形再現，以及穩定過程較緩慢的問題，提供一種基于自適應逆控制的振動控制裝置及相應的振動時域控制方法，可以提高控制儀的穩定速度和實現多點振動控制及波形再現。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種振動控制裝置，包括有顯示及控制單元、計算處理單元、數據采集單元、振動信號發生單元和與其輸出信號連接的控制對象，所述的計算處理單元以DSP處理器為核心，與一個現場可編程門陣列FPGA雙向信號連接，所述控制對象的輸出連接數據采集單元的輸入，其特征在于，所述的計算處理單元包括有分別用于建立和修正控制對象振動信號的兩個自適應濾波器；所述的現場可編程門陣列FPGA通過一個微控制器MCU輸出時序控制信號連接振動信號發生單元，同時通過該微控制器MCU連接數據采集單元輸出的采樣信號。

上述方案中，所述的振動信號發生單元包括一個與數據采集單元共用的微控制器MCU、數模轉換器DA、一個正弦信號產生模塊DDS、一個低通濾波器和一個程控放大器，數模轉換器DA與程控放大器采用級聯方式進行信號輸出；所述的數據采集單元包括一個與振動信號發生單元共用的微控制器MCU、一個模數轉換器AD、一個含有程控運放的調理電路和其前端的一個抗混疊濾波器，模數轉換器AD與調理電路采用級聯方式進行信號采集輸入。

本發明裝置的優點是，振動信號發生單元和數據采集單元均采用級聯的方式可以有效利用數模轉換器/模數轉換器的帶寬，提高控制裝置的動態范圍。數據采集單元與振動信號發生單元共用一個微控制器來控制，可實現數據發送與數據采集的同步，保證振動控制裝置的自適應逆控制方法的實現。本發明振動控制裝置可用于電動振動臺、液壓振動臺、電動激振器、液壓激振器、壓電作功器等設備的控制，完成結構的振動實驗。

一種基于上述振動控制裝置的振動控制方法，包括下述兩個步驟：

步驟1：離線建立模型環節，首先，計算處理單元計算產生一個隨機振動信號，通過振動信號發生單元驅動控制對象振動；然后通過數據采集單元將波形采集回來，送回至計算處理單元，該送回的信號與計算處理單元已有的樣本時域信號一起輸入至計算處理單元的第一自適應濾波器，經過5000-10000次迭代計算，以迭代誤差最小作為評價準則，得到近似于控制對象的真實傳遞函數P(Z)的正模型P(Z)，將P(Z)復制，經過第二自適應濾波器通過同樣的迭代計算得到控制對象的逆模型，離線建立模型環節完成；

步驟2：在線修正環節，首先，將計算處理單元已有的時域輸入信號與步驟1得到的控制對象的復制的逆模型做卷積，然后送入振動信號發生單元驅動控制對象，通過數據采集單元采集回振動波形；將控制對象當前逆模型的信號與采集回來的信號輸入到第一自適應濾波器進行一次迭代修正；得到修正后的并將該修正的復制，然后將時域輸入信號與復制的送入第二自適應濾波器，得到新的控制對象的逆模型，完成一次循環；重復以上過程，即不斷地在線修正控制對象的正模型和逆模型的過程，使得系統迭代總誤差最小，由于模型和逆模型互逆，使控制對象的輸出不斷逼近作為參考的時域輸入信號。

上述方法中，所述的迭代計算的表達式為：