[發(fā)明專利]基于絕對位置反饋實現(xiàn)主動正剛度彈性支撐的電磁振動臺

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• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN108051165A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何張強(qiáng);崔俊寧;譚久彬;周子坤;劉鑫;王小三
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01H9/00
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基于絕對位置反饋實現(xiàn)主動正剛度彈性支撐的電磁振動臺屬于振動計量技術(shù)領(lǐng)域；提出一種主動正剛度彈性支撐方法，采用絕對式直線光柵尺作為反饋位移傳感器，輸出與絕對零點位置的相對位移成恒定比例的洛倫茲力，從而使電磁振動臺動圈在大行程運動時具有線性剛度的彈性支撐；電磁振動臺動圈串聯(lián)多級功率電阻，增大負(fù)載阻抗，使功率放大器在輸出毫安級超低頻電流時具有較高的信噪比；本發(fā)明可兼顧大行程、線性彈性支撐、高信噪比，為超低頻振動校準(zhǔn)提供一種大行程高性能電磁振動臺控制技術(shù)方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于振動計量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于絕對位置反饋實現(xiàn)主動正剛度彈性支撐的電磁振動臺。

背景技術(shù)

產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)振動信號的電磁振動臺是進(jìn)行高精度振動校準(zhǔn)的關(guān)鍵設(shè)備，也是國家振動計量技術(shù)體系的重要組成部分。近年來，航空航天、建筑橋梁、防震減災(zāi)等領(lǐng)域均提出了低頻/超低頻振動校準(zhǔn)的需求。為提高標(biāo)準(zhǔn)振動信號的信噪比，保證低頻/超低頻振動的校準(zhǔn)精度，要求電磁振動臺在保證推力和精度的前提下，具有盡可能大的行程，如電磁振動臺輸出位移峰峰值高達(dá)1米以上，但勢必會加大非線性因素(如彈性支撐剛度非線性、電磁阻尼力的非線性、動圈在磁場中運動時氣隙的不均勻等)，從而加大激勵波形的諧波失真度，使校準(zhǔn)不確定度變大。此外，超低頻大行程電磁振動臺動圈阻值在1歐姆左右，當(dāng)其工作在超低頻段時，動圈輸入電流峰值只有幾至幾十毫安，功率放大器輸入電壓在毫伏量級，功率放大器電流輸出(信噪比、偏置電流等)影響波形的諧波失真度。

傳統(tǒng)機(jī)械彈性支撐裝置(如板簧、乳膠管)為電磁振動臺的運動提供往復(fù)力和阻尼力，在大變形條件下存在嚴(yán)重非線性特性，造成電磁振動臺輸出的加速度波形嚴(yán)重失真。當(dāng)電磁振動臺不帶有機(jī)械彈性支撐裝置時，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，振動信號平衡位置即零點位置是變化的，無法保證零點位置的準(zhǔn)確性。因此，超低頻大行程電磁振動臺必須通過合適的反饋控制技術(shù)使系統(tǒng)穩(wěn)定。

浙江大學(xué)何聞等提出了一種電磁振動臺控制技術(shù)方案(1.浙江大學(xué)，“具有基于直線光柵尺反饋控制裝置的振動臺系統(tǒng)”，中國專利號：ZL201110115702.7；2.浙江大學(xué)，“具有可調(diào)電粘彈性支撐裝置的電磁式振動臺系統(tǒng)”，中國專利號：ZL201110113959.2；)。該技術(shù)方案中，采用直線光柵尺作為位置傳感器，引入可調(diào)放大器、微分器、加法器、可調(diào)移相器、減法器、比例調(diào)節(jié)器，構(gòu)成位置反饋和速度反饋，直接調(diào)節(jié)運動部件的支撐剛度和阻尼參數(shù)，實現(xiàn)大位移線性彈性支撐，具有參數(shù)可調(diào)等優(yōu)點。該技術(shù)方案存在的以下幾個問題使系統(tǒng)調(diào)節(jié)復(fù)雜：1)位置傳感器為增量式直線光柵尺，需要安裝零位傳感器，且斷電后無法確認(rèn)當(dāng)前位置，需要回零位清零后重新測量；具有累積誤差，大行程測量時需要準(zhǔn)確修正每個柵距的誤差以減少累積誤差；2)反饋控制系統(tǒng)存在微分器、可調(diào)移相器、多個可調(diào)放大器等，調(diào)節(jié)復(fù)雜；3)電磁振動臺動圈阻值一般較小，在1歐姆左右，當(dāng)振動臺工作在超低頻段時，動圈上加載的電流峰值只有幾個mA，對應(yīng)信號發(fā)生器輸入信號非常小，驅(qū)動動圈電流信噪比較差。

綜上，由于彈性支撐剛度非線性、功率放大器輸出電流信噪比差等因素，導(dǎo)致大行程電磁振動臺工作在超低頻段時波形失真度較大，難以滿足超低頻振動高精度校準(zhǔn)。因此，提出具有線性彈性支撐、高信噪比、極低波形失真度的電磁振動臺控制技術(shù)方案，對于振動計量技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有大行程電磁振動臺控制方案存在的問題，提供一種基于絕對位置反饋實現(xiàn)主動正剛度彈性支撐的電磁振動臺，采用絕對直線光柵尺實現(xiàn)絕對位置反饋，產(chǎn)生與位移成恒定比例的往復(fù)洛倫茲力，主動實現(xiàn)正剛度特性；動圈串聯(lián)功率電阻，增大負(fù)載阻抗，使功率放大器在輸出毫安級超低頻電流時具有較高的信噪比，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)方案存在的問題與不足，為超低頻振動校準(zhǔn)提供一種高精度、大行程的超低頻電磁振動臺控制方案。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：