[發明專利]基于變采樣率采樣的振動臺超低頻正弦掃頻信號幅值識別方法

有效

• 申請號: 201611110397.5
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106768757B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 蔣瑜;陶俊勇;朱景振;張云安;汪亞順;張書鋒;譚源源
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陳立新

本發明提出一種基于變采樣率采樣的振動臺超低頻正弦掃頻信號幅值識別方法，首先通過振動臺上安裝的振動傳感器采集得到振動臺振動信號即振動臺掃頻信號，然后將采集到的振動臺掃頻信號經低通濾波器抗混疊濾波后濾除其中的高頻成分。通過變采樣率采樣的方法得到等相位間隔的振動臺掃頻信號。最后采用最小二乘擬合幅值識別方法實現掃頻信號幅值識別。本發明采用變采樣率采樣方法將時變的正弦掃頻信號變為標準正弦信號，便于對信號進行分析處理；最小二乘擬合可以得到非整周期信號幅值，保證了振動控制的實時性要求。兩者結合解決了超低頻正弦掃頻信號幅值識別存在的時變和非整周期的問題。

技術領域

本發明涉及振動試驗控制領域，特別涉及一種超低頻正弦掃頻信號濾波與幅值識別方法及系統。

背景技術

產品在運輸、存儲和使用過程中，有時會遇到很低的振動頻率，如地震、艦(船)載設備、車載設備，其主要基波頻率可能低至1Hz以下。因此，需要進行相關試驗來測試產品的動力學特性和可靠性水平，而正弦掃頻振動測試就是其中一類基本的環境與可靠性試驗類型。

目前實驗室用得最多的是電動振動臺，而國內外電動振動臺的低頻端一般從5～10Hz開始，隨著技術的發展其已經可以實現1～2Hz的低頻起振，但想要進行更低頻率的振動控制還存在著一些困難。

正弦掃頻振動控制流程包括：產生一個正弦掃頻信號輸出來激勵振動臺，檢測振動臺輸出信號幅值，比較檢測到的幅值和參考幅值，然后適當的更新驅動信號幅值。幅值識別精度直接影響振動臺的控制精度。為了測量振動臺輸出信號幅值，檢測器可以使用一個跟蹤濾波器，或者可以測量信號的均方跟、峰值或者平均值。這些方法主要針對頻帶范圍在5～2000Hz的傳統正弦掃頻測試，在超低頻情況下，幅值識別精度很低，無法滿足振動控制對反饋信號的要求。

振動臺存在著實時控制的要求，控制回路時間要求越短越好，隨之而來的就是在超低頻段無法獲得整周期的信號來進行識別及反饋控制。同時，正弦掃頻信號本身的時變特性也使得與之相關的信號分析與特征提取變得更加困難。

發明內容

本發明提出一種基于變采樣率采樣的振動臺超低頻正弦掃頻信號幅值識別方法，替代傳統的跟蹤濾波器、均方根、峰值、平均值幅值識別方法，可以有效解決超低頻掃頻信號時變、數據量少導致的幅值識別精度低的問題。

本發明的技術方案是，

參照圖1，一種基于變采樣率采樣的振動臺超低頻正弦掃頻信號幅值識別方法，包括以下步驟：

第一步，信號采集

通過振動臺上安裝的振動傳感器采集得到振動臺振動信號即振動臺掃頻信號，然后將采集到的振動臺掃頻信號經低通濾波器抗混疊濾波后濾除其中的高頻成分，目的是降低噪聲的影響。

第二步，變采樣率采樣，實現振動臺掃頻信號的等相位間隔采樣。

第三步采用最小二乘擬合幅值識別方法實現掃頻信號幅值識別。

本發明提供兩種方法來實現第二步中振動臺掃頻信號的等相位間隔采樣。

第一種方法，采用硬件實現的方法：通過間隔相同相位間隔對經第一步中低通濾波器抗混疊濾波后得到的信號進行采樣，得到等相位間隔的信號。基于實時控制的要求，可以根據控制回路時間確定數據長度，進而確定相位間隔假設振動臺進行一次反饋控制需要的時間為T_c，采樣點數為N，當前掃描頻率為F_s，則一幀數據的相位長度為

由此，采樣點間的相位間隔為

變采樣率采樣過程可以表示如下。

a.設置采樣點數N，計數器初值L＝0；