电液振动试验系统长时间历程复现控制技术研究

摘要

产品结构的可靠性，反映了其在使用及运输过程中对实际振动环境的承受能力。长时间历程复现振动试验作为一种产品结构可靠性测试的有效手段，越来越受到重视。它将记录下来的振动信号，经预处理得到复现试验的目标信号，并在试验室的振动台上复现该目标信号，以对产品进行可靠性测试。长时间历程复现振动试验可有效应用于模拟汽车、船舶及飞行器等运行过程中所承受的振动环境。 为得到长时间历程复现试验控制系统的目标信号，本文对长时间历程信号预处理技术进行了分析，并着重研究了信号重采样及多段信号平滑技术。文中提出了基于最小二乘法的信号重采样算法，即应用最小二乘法将重采样信号处理中低通滤波器系数的求取问题转化为相应矩阵方程的求解，并应用QR分解方法提高求解精度。数值及实验结果表明该算法可有效地应用于长时间历程信号的重采样处理，并能较为直观地得到精确的结果。对于多段信号的平滑技术而言，文中提出了基于加窗重叠的多段信号平滑连接算法。通过对两端信号分别加窗，减小了由边界不连续性导致的频谱泄漏，将加窗后的两段信号重叠相加从而减轻时域信号波动以避免在振动过程中产生过冲的现象。 在得到了长时间历程复现目标信号后，后续的工作是如何对其进行复现控制。文中对实际环境振动信号的统计特性进行了研究，将长时间历程复现控制分为高斯及非高斯复现控制，并提出了相应的控制算法，即基于相关分析和高阶累积量的自适应逆时域复现控制算法。前者采用相关分析的方法实现系统逆传递特性的估计，以达到实时精确的控制效果。后者，考虑到在非高斯情况下，二阶统计量不能完全描述系统特性，因此引入高阶累积量来估计系统的逆传递特性，以提高相位估计精度及减小噪声干扰，提高控制精度。 一般而言，长时间历程复现试验大多需要能提供大承载、大推力的电液振动台。考虑到电液振动台存在波形失真大及频响带宽较窄等缺点，本文对电液振动台建模方法进行了研究，并在此基础上，提出了基于广义预测控制的自适应三参量控制算法。三参量控制技术被广泛应用于电液振动台控制，其性能完全取决于控制参数。注意到，三参量控制技术并不完全适用于未知时滞及参数时变的系统。因此本文应用广义预测控制方法来对三参量控制参数进行调节，并且应用递归最小二乘法辨识系统模型，从而克服了由参数时变性对控制性能产生的影响。仿真及实验结果表明该方法能有效改善系统的波形失真度。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1 振动试验意义及分类

1.1.1 振动试验意义

1.1.2 振动试验类型简介

1.2振动试验系统概述

1.3 电液振动试验系统的应用前景

1.4 国内外电液振动试验系统的研究现状

1.4.1 电液振动台发展现状

1.4.2 国内外电液振动控制系统的发展与研究现状

1.4.3 国内外振动试验长时间历程复现控制算法研究现状

1.4.4 非高斯信号处理的发展现状

1.5课题的提出与主要研究内容

1.5.1课题的提出

1.5.2 论文研究的主要内容及章节安排

2 电液振动试验系统的构成及建模

2.1引言

2.2 电液振动试验系统总体结构

2.2.1电液振动台

2.2.2控制器

2.2.3数据采集及处理系统

2.3 电液振动台运动部件建模

2.4 电液振动试验台性能指标

2.5本章小结

3 电液振动试验系统伺服控制研究

3.1引言

3.2 电液振动台三参量控制算法

3.2.1 三参量控制算法

3.2.1 三参量测试方法

3.3 基于GPC的三参量控制算法

3.3.1 广义预测控制

3.3.3 系统参数辨识

3.3.4 基于广义预测控制的三参量控制参数调节方法

3.4 仿真与试验研究

3.5本章小结

4 长时间历程复现的振动信号预处理

4.1引言

4.2 振动信号重采样预处理算法

4.2.1 基于最小二乘法的振动信号重采样算法

4.2.2 振动信号预处理软件实现

4.3 多段信号平滑连接的预处理方法

4.3.1 基于加窗重叠的多段信号平滑连接方法

4.3.2 振动信号预处理软件实现

4.4本章小结

5 长时间历程复现控制算法研究

5.1引言

5.2长时间历程复现控制策略

5.2.1 快速卷积运算

5.2.2逆传递特性的估计

5.3基于时间历程复现的长时间高斯随机历程复现控制

5.3.1 控制算法的设计

5.3.2仿真研究

5.3.3实验研究

5.4基于时间历程复现的长时间非高斯随机历程复现控制

5.4.1 控制算法的设计

5.4.2仿真研究

5.4.3实验研究

5.5本章小结

6 总结与展望

6.1论文总结

6.2论文创新点

6.3工作展望

参考文献

作者简历及攻读博士学位期间的主要科研成果