[發明專利]一種三維空間運動軌跡振動合成方法

有效

• 申請號: 201710246594.8
• 申請日: 2017-04-16
• 公開（公告）號: CN107063443B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 劉志華;蔡晨光;夏巖;李京勝
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種三維空間運動軌跡振動合成方法，屬于振動校準領域，該方法包括理想空間運動軌跡的空間姿態和軌跡形狀的描述、目標的X、Y、Z軸向幅值和相位的計算、振動控制器、三軸向振動臺、X、Y、Z軸向正弦振動的生成、三維空間運動軌跡的合成。任意幅值和相位的X、Y、Z軸向正弦振動合成空間直線、空間圓形和空間橢圓三種類型的三維空間運動軌跡。通過正交矩陣和長短軸分別描述空間橢圓運動軌跡的空間姿態和軌跡形狀。根據空間橢圓的姿態和形狀計算目標的X、Y、Z軸向幅值和相位，通過迭代控制算法修正驅動信號，控制三軸向振動臺合成所需的空間運動軌跡。本發明可以通過X、Y、Z軸向幅值和相位自由調整三維空間運動軌跡的姿態和形狀。

技術領域

本發明屬于振動校準領域，尤其適用于正弦振動的三維空間運動軌跡合成方法。

背景技術

振動傳感器廣泛應用在航空航天、動力機械、交通運輸、軍械兵器、能源工業、土木建筑、電子工業以及環境保護等各領域。振動傳感器的校準技術是保障測量有效性和可靠性的必要途徑。隨著高靈敏度、寬頻率范圍等振動傳感器的發展以及工業上日益增長的高精度振動測量需求，振動傳感器的校準技術正變得越加重要。

傳統單軸向振動臺生成正弦振動合成一條單方向的直線軌跡，兩軸向振動系統生成任意相對幅值和相位的正弦振動將合成平面內的橢圓軌跡，其中直線軌跡(相位相同，幅值任意)和圓形軌跡(相位正交，幅值相等)可認為是橢圓軌跡的特例。單向直線軌跡和平面橢圓軌跡都無法為傳感器提供空間振動激勵，只能通過重新安裝來獲得傳感器的空間響應特性，這樣不僅耗時較長，而且還會引入一定的安裝誤差。三軸向振動臺能夠生成三維空間的運動軌跡，提供更接近實際環境的振動激勵。隨著多分量加速度計和地震計等應用的日益增多，對多分量振動校準技術提出了迫切需求。因此有必要提出三維空間運動軌跡振動合成方法，支撐三軸向振動校準方法的建立，促進我國振動計量向更接近實際測量環境的計量體系發展，滿足各應用領域對高性能振動計量的需求，支承我國先進制造業的升級與進步。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于多分量振動校準的三維空間運動軌跡的合成方法。鑒于已有單軸向運動軌跡和平面內運動軌跡的不足，本發明將基于三軸向振動臺來實現三維空間運動軌跡振動合成的目標。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種用于振動校準的三維空間運動軌跡振動合成方法，包括：理想空間運動軌跡的空間姿態和軌跡形狀1的描述、目標的X軸向幅值和相位2的計算、目標的Y軸向幅值和相位3的計算、目標的Z軸向幅值和相位4的計算、振動控制器5、三軸向振動臺6、X軸向正弦振動7的生成、Y軸向正弦振動8的生成、Z軸向正弦振動9的生成、三維空間運動軌跡10的合成。

通過三軸向振動臺生成相互正交的X軸向正弦振動7、Y軸向正弦振動8、Z軸向正弦振動9，任意幅值和相位的X、Y、Z軸向正弦振動合成空間直線15、空間圓形和空間橢圓14三種類型的三維空間運動軌跡。其中空間直線15和空間圓形被認為是空間橢圓14的兩個特例。

通過正交矩陣來描述空間橢圓運動軌跡的空間姿態，正交矩陣的前兩個列向量分別平行于橢圓的長軸和短軸，第三個列向量垂直于橢圓平面；通過長軸和短軸的長度來描述空間運動軌跡的軌跡形狀。

根據空間橢圓的姿態和形狀計算目標的目標的X軸向幅值和相位2、目標的Y軸向幅值和相位3、目標的Z軸向幅值和相位4。振動控制器5通過反復迭代修正驅動頻譜19，使反饋的響應頻譜20達到理想的參考頻譜21，控制三軸向振動臺6生成特定幅值和相位的X軸向正弦振7、Y軸向正弦振8、Z軸向正弦振動9。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

⑴本發明振動合成方法給出了任意幅值和相位的X、Y、Z軸向正弦振動所合成的三維空間運動軌跡的類型、形狀以及空間姿態。

⑵本發明振動合成方法可以通過X、Y、Z軸向正弦振動的幅值和相位調整三維空間運動軌跡的空間姿態和軌跡形狀。