專利名稱：電液伺服振動(dòng)臺(tái)諧振抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種諧振抑制方法，具體地說(shuō)是一種對(duì)電液伺服振動(dòng)臺(tái)的諧 振峰進(jìn)行自適應(yīng)抑制的方法，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域。(二) 背景技術(shù)振動(dòng)是一種特殊的載荷，對(duì)于各類研究對(duì)象而言，振動(dòng)存在于其運(yùn)行方式和 它的使用環(huán)境中。在運(yùn)行過(guò)程中，振動(dòng)激勵(lì)主要來(lái)自該對(duì)象與其載體的相互作用， 如車輛行進(jìn)過(guò)程中車輛與地面相互作用的激勵(lì)，艦船螺旋槳旋轉(zhuǎn)和浪擊作用的激 勵(lì)，航空航天器高速飛行中外殼與空氣摩擦作用的激勵(lì)等。此外，使用過(guò)程中振 動(dòng)來(lái)自于對(duì)象自身或安裝區(qū)域的周期性機(jī)械運(yùn)動(dòng)或外界運(yùn)動(dòng)的激勵(lì)，如發(fā)電機(jī)組 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)對(duì)基座的激勵(lì)，建筑物在地震波作用下產(chǎn)生的振動(dòng)等。振動(dòng)對(duì)于產(chǎn)品的 正常工作與結(jié)構(gòu)破壞影響極大，它能夠造成緊固件的松動(dòng)、間斷電觸點(diǎn)、帶電元 件間的接觸和短路、密封失效、構(gòu)件疲勞及斷裂等非正?，F(xiàn)象。特別是激振頻率 與設(shè)備的固有頻率接近時(shí)的影響尤為強(qiáng)烈。振動(dòng)試驗(yàn)的目的在于確定所設(shè)計(jì)、制造的對(duì)象在運(yùn)行和使用過(guò)程中在承受外 界振動(dòng)時(shí)不至受到破壞，并正常發(fā)揮其性能，達(dá)到預(yù)定壽命的可靠性。隨著對(duì)產(chǎn) 品，尤其是航空航天產(chǎn)品可靠性要求的提高，作為可靠性試驗(yàn)關(guān)鍵設(shè)備的振動(dòng)試 驗(yàn)系統(tǒng)顯得越來(lái)越重要。液壓系統(tǒng)具有功率重量比和力質(zhì)量比大，響應(yīng)快速，系統(tǒng)頻帶寬，剛度大， 抗干擾能力強(qiáng)，誤差小，精度高等優(yōu)點(diǎn)。因此在大位移，大激振力的情況下使用 電液式振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)比較多。電液振動(dòng)臺(tái)由電液伺服閥控制液壓缸運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生周期 性正弦振動(dòng)或隨機(jī)振動(dòng)，頻率在低頻至500Hz，激振力達(dá)數(shù)百KN以上，臺(tái)面負(fù) 載達(dá)數(shù)十噸?？勺鞔笮徒Y(jié)構(gòu)或部件的模型和實(shí)物試驗(yàn)，易于自動(dòng)控制和多臺(tái)并激， 結(jié)構(gòu)牢固，抗橫向負(fù)荷能力強(qiáng)，易實(shí)現(xiàn)大位移振動(dòng)。設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格高，對(duì)基礎(chǔ) 要求較嚴(yán)?？蓾M足試驗(yàn)頻率帶在中、低頻段的振動(dòng)試驗(yàn)要求，適用于地震模擬及 大結(jié)構(gòu)試件的振動(dòng)試驗(yàn)。液壓振動(dòng)臺(tái)中，由于被試件一般都為彈性負(fù)載，使得彈性負(fù)載與振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)
之間存在耦合作用，使臺(tái)面的頻率特性在要求的頻率范圍內(nèi)，出現(xiàn)諧振峰。由于 被試件本身的特性， 一般來(lái)說(shuō)諧振峰的頻率小于系統(tǒng)要求的頻寬，否則即可將負(fù) 載視為慣性負(fù)載；另一方面，在諧振峰處，其阻尼比一般也較小，在0.1 0.2之 間。因此，會(huì)引起諧振峰的幅值超過(guò)要求的范圍，嚴(yán)重時(shí)超出的范圍較大。這一 方面限制了電液伺服振動(dòng)臺(tái)頻寬的拓展，另一方面也是引起功率譜復(fù)現(xiàn)控制誤差 超限的主要原因。從查到的文獻(xiàn)和專利結(jié)果來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)電液伺服振動(dòng)臺(tái) 諧振的抑制還沒(méi)有人研究。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種易于用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)，能在線實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì) 諧振峰的抑制，從而拓展振動(dòng)臺(tái)的頻寬，提高功率譜復(fù)現(xiàn)的精度的電液伺服振動(dòng) 臺(tái)諧振抑制方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的1、 利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)波信號(hào)，測(cè)得電液伺服振動(dòng)臺(tái)的頻率特性曲線， 從它的頻率特性曲線中找出其諧振峰的位置；2、 自適應(yīng)陷波器參考信號(hào)的頻率為振動(dòng)臺(tái)諧振峰處的頻率；3、 電液伺服振動(dòng)臺(tái)的輸入加速度信號(hào)與加速度響應(yīng)信號(hào)作差得到一個(gè)誤差 信號(hào)；4、 LMS自適應(yīng)濾波算法根據(jù)誤差信號(hào)實(shí)時(shí)在線調(diào)整自適應(yīng)陷波器的權(quán)值， 自適應(yīng)陷波器的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)權(quán)值的加權(quán)作用得到自適應(yīng)陷波器的輸出信號(hào)，輸 出信號(hào)與振動(dòng)臺(tái)的加速度輸入信號(hào)相加并作為振動(dòng)臺(tái)新的輸入信號(hào)而作用于振 動(dòng)臺(tái)。自適應(yīng)陷波器的權(quán)值經(jīng)過(guò)幾次實(shí)時(shí)在線迭代后，即可將電液伺服振動(dòng)臺(tái)的諧 振峰大大抑制。由于負(fù)載的彈性特性，導(dǎo)致電液伺服振動(dòng)臺(tái)在其頻率特性范圍內(nèi)出現(xiàn)的諧振 峰，本發(fā)明提出了利用自適應(yīng)陷波器來(lái)自適應(yīng)抑制電液伺服振動(dòng)臺(tái)的諧振峰?；?于LMS自適應(yīng)濾波算法，根據(jù)振動(dòng)臺(tái)的加速度響應(yīng)信號(hào)來(lái)調(diào)整自適應(yīng)陷波器的 權(quán)值。本發(fā)明易于用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)，能在線實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振峰的抑制，從 而拓展振動(dòng)臺(tái)的頻寬，提高功率譜復(fù)現(xiàn)的精度。(四)


圖1是本發(fā)明的諧振抑制原理圖2是自適應(yīng)陷波器結(jié)構(gòu)圖；圖3是電液伺服振動(dòng)臺(tái)自適應(yīng)諧振峰抑制的原理圖。 具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述對(duì)電液伺服振動(dòng)臺(tái)的諧振峰進(jìn)行自適應(yīng)抑制的原理圖如圖1所示，具體步驟為1利用信號(hào)發(fā)生器1產(chǎn)生隨機(jī)波信號(hào)測(cè)得電液伺服振動(dòng)臺(tái)的頻率特性曲線，從它的頻率特性曲線中可以獲知其諧振峰的位置。 2自適應(yīng)陷波器參考信號(hào)7的頻率為振動(dòng)臺(tái)諧振峰處的頻率。3電液伺服振動(dòng)臺(tái)的輸入加速度信號(hào)與加速度響應(yīng)信號(hào)作差得到一個(gè)誤差信 號(hào)。4 LMS自適應(yīng)濾波算法根據(jù)誤差信號(hào)實(shí)時(shí)在線調(diào)整自適應(yīng)陷波器6的權(quán)值。自 適應(yīng)陷波器6的參考信號(hào)7經(jīng)過(guò)權(quán)值的加權(quán)作用得到自適應(yīng)陷波器6的輸出 信號(hào)，輸出信號(hào)與振動(dòng)臺(tái)的加速度輸入信號(hào)相加并作為振動(dòng)臺(tái)新的輸入信號(hào) 而作用于振動(dòng)臺(tái)。自適應(yīng)陷波器的權(quán)值經(jīng)過(guò)幾次實(shí)時(shí)在線迭代后，即可將電液伺服振動(dòng)臺(tái)的諧 振峰大大抑制。LMS (least-mean-square, LMS,最小均方算法)是常用的自適應(yīng)算法，用 以調(diào)整自適應(yīng)陷波器的權(quán)值。LMS自適應(yīng)濾波算法可描述為式中，W為自適應(yīng)陷波器的權(quán)向量，O為自適應(yīng)陷波器的輸出，d為L(zhǎng)MS自適 應(yīng)濾波算法的基本輸入信號(hào)，AT為自適應(yīng)陷波器的參考信號(hào)，"為L(zhǎng)MS自適應(yīng) 濾波算法的迭代步長(zhǎng)，e為L(zhǎng)MS自適應(yīng)濾波算法的誤差信號(hào)。均方誤差是一個(gè)中間向下凹的拋物型曲面，是具有唯一最小值的函數(shù)。自適 應(yīng)過(guò)程就是自動(dòng)調(diào)節(jié)權(quán)系數(shù)使均方誤差達(dá)到最小的過(guò)程，相當(dāng)于沿拋物型曲面往 下搜索最低點(diǎn)。而LMS算法是一種迭代梯度下降算法，它利用均方誤差梯度的估計(jì)值，求得最佳權(quán)向量，使均方誤差為最小。^J^代表均方誤差負(fù)梯度的估 計(jì)值，迭代步長(zhǎng)參數(shù)《是一個(gè)控制穩(wěn)定性和收斂速度的參數(shù)。圖2是自適應(yīng)陷波器的結(jié)構(gòu)圖，自適應(yīng)陷波器的零點(diǎn)在Z平面的單位圓上， 從而在其幅頻響應(yīng)的相應(yīng)頻率處產(chǎn)生凹谷。誤差信號(hào)IO就是電液伺服振動(dòng)臺(tái)的 輸入加速度信號(hào)與加速度響應(yīng)信號(hào)作差得到誤差信號(hào)，用于調(diào)整自適應(yīng)陷波器的 權(quán)值。圖3是電液伺服振動(dòng)臺(tái)自適應(yīng)諧振峰抑制的原理圖。結(jié)合圖3，利用電液伺服振動(dòng)臺(tái)的輸入信號(hào)發(fā)生器l產(chǎn)生隨機(jī)波，測(cè)得系統(tǒng) 的頻率特性，獲知振動(dòng)臺(tái)的諧振峰位置，設(shè)電液伺服振動(dòng)臺(tái)諧振峰處的頻率為w ， 從而得自適應(yīng)陷波器參考信號(hào)7為sin(紐)。相移器11將自適應(yīng)陷波器的參考信號(hào)7相移卯度得到cos(W)，從而得到自適應(yīng)陷波器的輸入信號(hào)Ar = [sin(a^)，cos(G>/)];電液伺服振動(dòng)臺(tái)的輸入加速度信號(hào)與加速度響應(yīng)信號(hào)作差得到誤差信號(hào)IO，LMS自適應(yīng)濾波算法利用誤差信號(hào)IO來(lái)實(shí)時(shí)在線調(diào)整自適應(yīng) 陷波器6的權(quán)值，自適應(yīng)陷波器的輸入信號(hào)AT經(jīng)過(guò)其權(quán)值的加權(quán)作用，得到自 適應(yīng)陷波器輸出信號(hào)12。自適應(yīng)陷波器輸出信號(hào)12作為電液伺服振動(dòng)臺(tái)諧振峰 的抑制量，它與振動(dòng)臺(tái)輸入信號(hào)相加得到的信號(hào)作為振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)新的輸入信號(hào)。 自適應(yīng)陷波器的權(quán)值經(jīng)過(guò)幾次迭代后，即可將電液伺服振動(dòng)臺(tái)的諧振峰大大抑 制，從而使其幅值在要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、 一種電液伺服振動(dòng)臺(tái)諧振抑制方法，其特征是(1) 利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)波信號(hào)，測(cè)得電液伺服振動(dòng)臺(tái)的頻率特性曲 線，從它的頻率特性曲線中找出其諧振峰的位置；(2) 自適應(yīng)陷波器參考信號(hào)的頻率為振動(dòng)臺(tái)諧振峰處的頻率；(3) 電液伺服振動(dòng)臺(tái)的輸入加速度信號(hào)與加速度響應(yīng)信號(hào)作差得到一個(gè)誤 差信號(hào)；(4) LMS自適應(yīng)濾波算法根據(jù)誤差信號(hào)實(shí)時(shí)在線調(diào)整自適應(yīng)陷波器的權(quán) 值，自適應(yīng)陷波器的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)權(quán)值的加權(quán)作用得到自適應(yīng)陷波器的輸出信 號(hào)，輸出信號(hào)與振動(dòng)臺(tái)的加速度輸入信號(hào)相加并作為振動(dòng)臺(tái)新的輸入信號(hào)而作 用于振動(dòng)臺(tái)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種電液伺服振動(dòng)臺(tái)諧振抑制方法，利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)波信號(hào)，測(cè)得電液伺服振動(dòng)臺(tái)的頻率特性曲線，找出其諧振峰的位置；自適應(yīng)陷波器參考信號(hào)的頻率為振動(dòng)臺(tái)諧振峰處的頻率；電液伺服振動(dòng)臺(tái)的輸入加速度信號(hào)與加速度響應(yīng)信號(hào)作差得到一個(gè)誤差信號(hào)；LMS自適應(yīng)濾波算法根據(jù)誤差信號(hào)實(shí)時(shí)在線調(diào)整自適應(yīng)陷波器的權(quán)值，自適應(yīng)陷波器的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)權(quán)值的加權(quán)作用得到自適應(yīng)陷波器的輸出信號(hào)，輸出信號(hào)與振動(dòng)臺(tái)的加速度輸入信號(hào)相加并作為振動(dòng)臺(tái)新的輸入信號(hào)而作用于振動(dòng)臺(tái)。本發(fā)明易于用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)，能在線實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振峰的抑制，從而拓展振動(dòng)臺(tái)的頻寬，提高功率譜復(fù)現(xiàn)的精度。
文檔編號(hào)G01M7/00GK101144748SQ20071014445
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月17日
發(fā)明者燕 劉, 姚建均, 張忠林, 王立權(quán) 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)