[發(fā)明專利]一種響應(yīng)控制步進(jìn)正弦掃頻的非線性結(jié)構(gòu)頻域響應(yīng)測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110783630.0
• 申請(qǐng)日: 2021-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114002507B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭寧;段綿超;徐超;張欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué);北京電子工程總體研究所
• 主分類號(hào): G01R27/26
• 分類號(hào): G01R27/26
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發(fā)明涉及一種響應(yīng)控制步進(jìn)正弦掃頻的非線性結(jié)構(gòu)頻域響應(yīng)測(cè)試方法，通過(guò)使用加速度響應(yīng)控制的步進(jìn)正弦激勵(lì)，保持驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的加速度幅值恒定，在不同加速度響應(yīng)幅值下，提取試驗(yàn)諧波力譜和諧波加速度譜，利用步驟七所述線性插值繪制諧波力面，再如步驟八所述由恒定力幅值平面截取諧波力面，提取恒定力幅值平面和諧波力面的交線，精確得到非線性結(jié)構(gòu)的恒定力幅值頻響曲線。本發(fā)明使用加速度響應(yīng)控制，將恒定力頻響曲線的各頻率點(diǎn)測(cè)量，分散到不同加速度響應(yīng)幅值工況下來(lái)測(cè)量，最后通過(guò)繪制諧波力面來(lái)提取，解決了直接力控制在共振峰附近控制效果差的缺陷，得到的非線性結(jié)構(gòu)的恒定力幅值頻響曲線連續(xù)性更好，對(duì)共振頻率，共振峰幅值測(cè)量更準(zhǔn)確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種響應(yīng)控制步進(jìn)正弦掃頻的非線性結(jié)構(gòu)頻域響應(yīng)測(cè)試方法。

背景技術(shù)

非線性結(jié)構(gòu)廣泛存在于各類工程結(jié)構(gòu)中，如螺栓連接結(jié)構(gòu)、含間隙和摩擦接觸的結(jié)構(gòu)(如舵機(jī)系統(tǒng))、幾何非線性結(jié)構(gòu)(如細(xì)長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu))等。非線性結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性一般是關(guān)于外激勵(lì)幅值的函數(shù)，因此不同激勵(lì)幅值的頻響曲線不能簡(jiǎn)單通過(guò)線性疊加原理得到。為獲取準(zhǔn)確的非線性結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)頻響曲線，需要對(duì)結(jié)構(gòu)施加恒定幅值激勵(lì)。

傳統(tǒng)的非線性結(jié)構(gòu)的頻響測(cè)試方法，一是恒定激勵(lì)電壓的正弦掃頻，在整個(gè)掃頻范圍內(nèi)保持激勵(lì)電壓恒定，但是由于結(jié)構(gòu)和激振器的耦合作用，在整個(gè)掃頻范圍內(nèi)激勵(lì)力幅值和加速度響應(yīng)幅值都是隨頻率變化的，無(wú)法測(cè)試得到非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性與激勵(lì)幅值的定量關(guān)系；二是通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的力信號(hào)幅值保持恒定來(lái)測(cè)量結(jié)構(gòu)的頻響曲線，但是由于在共振峰附近的力降現(xiàn)象，為保持力幅值恒定，需要急劇升高激勵(lì)電壓，導(dǎo)致共振峰附近控制效果不穩(wěn)定，采用經(jīng)典的力幅值控制試驗(yàn)采集的頻響曲線，在共振峰會(huì)存在跳躍現(xiàn)象。此外在共振峰附近控制偏差大，以至于在共振峰附近共振頻率和幅值等測(cè)量不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：為了解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)非線性結(jié)構(gòu)恒定力幅值頻響曲線在共振峰附近測(cè)試精度不高的缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性結(jié)構(gòu)的恒定力幅值頻響曲線的精確測(cè)量，本發(fā)明涉及一種響應(yīng)控制步進(jìn)正弦掃頻的非線性結(jié)構(gòu)頻域響應(yīng)測(cè)試方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種響應(yīng)控制步進(jìn)正弦掃頻的非線性結(jié)構(gòu)頻域響應(yīng)測(cè)試方法，包括以下子步驟：

步驟一：在非線性結(jié)構(gòu)上粘貼若干加速度傳感器，通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定共振峰的范圍；

步驟二：根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定步進(jìn)正弦掃頻激勵(lì)的頻率范圍和頻率間隔步長(zhǎng)；

步驟三：根據(jù)測(cè)試工況，控制激勵(lì)點(diǎn)的加速度幅值恒定，對(duì)結(jié)構(gòu)施加加速度響應(yīng)控制的步進(jìn)正弦掃頻實(shí)驗(yàn)，提取步進(jìn)正弦掃頻實(shí)驗(yàn)的諧波力譜；

步驟四：給定目標(biāo)的恒定力幅值，連續(xù)改變激勵(lì)點(diǎn)加速度幅值，直到測(cè)量的諧波力譜上的最小力幅值大于最大的目標(biāo)恒定力幅值，此時(shí)加速度幅值工況即為最大的激勵(lì)點(diǎn)加速度幅值工況；

步驟五：將初始工況下的加速度幅值0g與步驟四得到的最大的激勵(lì)點(diǎn)加速度幅值工況之間的數(shù)值進(jìn)行等分，得到加速度幅值工況表；

步驟六：根據(jù)步驟五得到的加速度幅值工況表，利用LMS?SCADAS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和LMS?Test.Lab軟件自帶的控制器控制驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的加速度幅值保持恒定，對(duì)非線性結(jié)構(gòu)施加步進(jìn)正弦激勵(lì)，利用LMS?Test.Lab軟件提取各恒定加速度幅值正弦掃頻實(shí)驗(yàn)工況下的諧波力譜和諧波加速度譜；

步驟七：根據(jù)步驟六得到的諧波力譜和諧波加速度譜，使用線性插值繪制諧波力面，其中，X軸是頻率；Y軸是加速度幅值；Z軸是力幅值。

步驟八：采用恒定力幅值平面(即，Z為常數(shù)的平面)來(lái)截取諧波力面，提取恒定力幅值平面與諧波力面之間的交線，最終獲得恒定力幅值頻響曲線。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述步驟一中的實(shí)驗(yàn)為低能量幅值隨機(jī)掃頻實(shí)驗(yàn)。