本發(fā)明涉及一種振動試驗設(shè)備，特別涉及一種集成式振動試驗系統(tǒng)及其能耗管理方法，屬于環(huán)境試驗技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

振動試驗系統(tǒng)在工作中，隨著試驗量級的增加，能量的消耗越大。傳統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)通?；谝韵?部分組成：振動執(zhí)行機構(gòu)、功率放大器、振動控制器及冷卻系統(tǒng)組成。

但是傳統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)存在以下問題：

1、未形成有效的能耗估算機制，在不同的工作條件下到底需求多少能耗沒有詳細的評估；

2、不同振動試驗條件下，系統(tǒng)噪聲的聲壓級不可控，特別是冷卻系統(tǒng)的噪聲，始終伴隨整個系統(tǒng)的工作歷程，對用戶環(huán)境造成聲污染；

3、在不同量級的振動試驗中，系統(tǒng)功耗不可控，導(dǎo)致系統(tǒng)耗能高，直接導(dǎo)致整個系統(tǒng)的使用成本居高不下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種集成式振動試驗系統(tǒng)及其能耗管理方法。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實施例提供了一種集成式振動試驗系統(tǒng)，其包括：

振動執(zhí)行機構(gòu)，用于對試驗產(chǎn)品進行振動激勵，所述振動執(zhí)行機構(gòu)至少包括勵磁部件及動圈單元；

冷卻裝置，與振動執(zhí)行機構(gòu)相連，用于對振動執(zhí)行機構(gòu)進行冷卻；

勵磁電源，為振動執(zhí)行機構(gòu)提供磁場；

功率放大器，連接于振動控制器與振動執(zhí)行機構(gòu)之間，用于對控制信號進行功率放大，以驅(qū)動振動執(zhí)行機構(gòu)；

控制模塊，包括：

冷卻功率控制單元，用于控制冷卻裝置的輸出功率；

溫差壓力信號采集單元，用于測定冷卻裝置輸出溫度與周邊環(huán)境的溫度差；

功率放大器溫度調(diào)節(jié)單元，用于調(diào)節(jié)功率放大器的溫度；

勵磁功率控制單元，用于調(diào)節(jié)勵磁電源的輸出功率。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述溫差壓力信號采集單元上集成有氣流傳感器單元。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述冷卻裝置為冷卻風(fēng)機。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述冷卻裝置上設(shè)有消音裝置。

相應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提供了一種集成式振動試驗系統(tǒng)的能耗管理方法，其包括以下步驟：

1)根據(jù)試驗參數(shù)預(yù)判所需的動圈驅(qū)動電流，計算出振動所需的推力，并確定系統(tǒng)最優(yōu)勵磁電流；

2)計算需求的勵磁控制參數(shù)，并確定冷卻裝置的參數(shù)；

3)通過溫差壓力信號采集單元測出冷卻裝置的出口溫度，判斷冷卻裝置的出口溫度是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若是，則執(zhí)行步驟4)，若否，重新確定冷卻裝置的參數(shù)；

4)計算集成式振動試驗系統(tǒng)的總能耗P_total＝P_f+P_d+P_b，其中，P_f為勵磁部件能耗，P_d為動圈單元能耗，P_b為冷卻裝置能耗，通過控制動圈驅(qū)動電流、勵磁電流、勵磁控制參數(shù)中的一種或多種以使總能耗P_total在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟4)中勵磁部件能耗的計算方法包括：

根據(jù)安培定律計算滿足振動執(zhí)行機構(gòu)工作時勵磁電源的最優(yōu)勵磁電流I_f；

通過溫差壓力信號采集單元測出冷卻裝置的輸出溫度T_f、周邊環(huán)境的溫度T_f0；

根據(jù)公式計算勵磁部件能耗能耗，其中R_f0分別為勵磁部件的等效阻抗系數(shù)，C_f為勵磁部件的溫度系數(shù)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟4)中動圈單元能耗的計算方法包括：

根據(jù)安培定律計算滿足振動執(zhí)行機構(gòu)工作時勵磁電源的動圈驅(qū)動電流I_d；

通過溫差壓力信號采集單元測出冷卻裝置的輸出溫度T_d、周邊環(huán)境的溫度T_d0；

根據(jù)公式P_d＝R_d0×[1+C_d×(T_d-T_d0)]×I_d²計算動圈單元能耗，其中R_d0分別為動圈單元的等效阻抗系數(shù)，C_d為動圈單元的溫度系數(shù)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟2)中冷卻裝置為冷卻風(fēng)機，冷卻裝置的參數(shù)包括冷卻風(fēng)機的風(fēng)速。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟4)還包括：

當(dāng)集成式振動試驗系統(tǒng)的總能耗P_total在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，記錄當(dāng)前動圈驅(qū)動電流、勵磁電流、勵磁控制參數(shù)、以及勵磁部件能耗、動圈單元能耗、冷卻裝置能耗的值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點包括：

1.本發(fā)明的集成式振動試驗系統(tǒng)及其能耗管理方法，明顯的降低了系統(tǒng)功耗，提高了設(shè)備工作效率，同時減少了環(huán)境噪聲污染；

2.本發(fā)明的集成式振動試驗系統(tǒng)及其能耗管理方法，大大避免了資源浪費，降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟收益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一典型實施方案之中集成式振動試驗系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖；

圖2是本發(fā)明一典型實施方案之中集成式振動試驗系統(tǒng)的原理框圖；

圖3是本發(fā)明一典型實施方案之中集成式振動試驗系統(tǒng)的激振力一定時，勵磁線圈中磁場隨電流的變化關(guān)系圖；

圖4是本發(fā)明一典型實施方案之中集成式振動試驗系統(tǒng)的能耗管理方法流程圖；

圖5a是采用傳統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)的能耗圖；

圖5b是采用本發(fā)明一典型實施方案之中的能耗圖；

附圖標(biāo)記說明：1—振動執(zhí)行機構(gòu)；2—冷卻裝置；3—功率放大器；4—控制模塊；5—勵磁電源；41—冷卻功率控制單元；42—溫差壓力信號采集單元；43—功率放大器溫度調(diào)節(jié)單元；4—勵磁功率控制單元。

具體實施方式

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和大量實踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案。如下將對該技術(shù)方案、其實施過程及原理等作進一步的解釋說明。

參圖1、圖2所示，本發(fā)明一典型實施方案中的集成式振動試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

振動執(zhí)行機構(gòu)1，用于對試驗產(chǎn)品進行振動激勵，振動執(zhí)行機構(gòu)至少包括勵磁部件及動圈單元；

冷卻裝置2，與振動執(zhí)行機構(gòu)相連，用于對振動執(zhí)行機構(gòu)進行冷卻；

勵磁電源5，與振動執(zhí)行機構(gòu)相連，用于驅(qū)動振動執(zhí)行機構(gòu)；

功率放大器3，連接于勵磁電源與振動執(zhí)行機構(gòu)之間，用于對勵磁電源的功率進行放大，以驅(qū)動振動執(zhí)行機構(gòu)；

控制模塊4，包括：

冷卻功率控制單元41，用于控制冷卻裝置的輸出功率；

溫差壓力信號采集單元42，用于測定冷卻裝置輸出溫度與周邊環(huán)境的溫度差；

功率放大器溫度調(diào)節(jié)單元43，用于調(diào)節(jié)功率放大器的溫度；

勵磁功率控制單元44，用于調(diào)節(jié)勵磁電源的輸出功率。

在一些實施方案之中，溫差壓力信號采集單元上集成有氣流傳感器單元。

在一些實施方案之中，冷卻裝置為冷卻風(fēng)機，當(dāng)然，在其他實施方案中也可以采用其他冷卻裝置對振動執(zhí)行機構(gòu)1進行冷卻。

在一些更為具體的實施方案之中，所述冷卻風(fēng)機上還設(shè)有消音裝置。

參圖4所示，本發(fā)明還提供了一種所述集成式振動試驗系統(tǒng)的能耗管理方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)試驗參數(shù)預(yù)判所需的動圈驅(qū)動電流，計算出振動所需的推力，并確定系統(tǒng)最優(yōu)勵磁電流；

2)計算需求的勵磁控制參數(shù)，并確定冷卻裝置的參數(shù)；

3)通過溫差壓力信號采集單元測出冷卻裝置的出口溫度，判斷冷卻裝置的出口溫度是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若是，則執(zhí)行步驟4)，若否，重新確定冷卻裝置的參數(shù)；

4)計算集成式振動試驗系統(tǒng)的總能耗P_total＝P_f+P_d+P_b，其中，P_f為勵磁部件能耗，P_d為動圈單元能耗，P_b為冷卻裝置能耗，通過控制動圈驅(qū)動電流、勵磁電流、勵磁控制參數(shù)中的一種或多種以使總能耗P_total在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

集成式振動試驗系統(tǒng)的總能耗P_total＝P_f+P_d+P_b，其中，P_f為勵磁部件能耗，P_d為動圈單元能耗，P_b為冷卻裝置能耗，集成式振動試驗系統(tǒng)分別估算以上3部分的能耗,根據(jù)實際推力需求，統(tǒng)一制定最佳控制策略。

根據(jù)實際工作工況的要求，觀察在一定激振力(即推力)F1下,勵磁線圈的電流I_f與所產(chǎn)生的磁場B[T]的關(guān)系可以由下述曲線擬化，得到一個近似計算值(以1T振動試驗系統(tǒng)為例)。

根據(jù)圖3所示的勵磁電流與飽和磁密關(guān)系圖，可知,當(dāng)需要不同的推力時，沒有必要滿勵磁功率條件下工作，可以根據(jù)F＝B*I_d*L計算出所需的勵磁電流，使勵磁工作在最節(jié)能的條件下。

在一些較為具體的實施方案之中，步驟4)中勵磁部件能耗的計算方法包括：

根據(jù)安培定律計算滿足振動執(zhí)行機構(gòu)工作時勵磁電源的最優(yōu)勵磁電流I_f；

通過溫差壓力信號采集單元測出冷卻裝置的輸出溫度T_f、周邊環(huán)境的溫度T_f0；

根據(jù)公式計算勵磁部件能耗能耗，其中R_f0分別為勵磁部件的等效阻抗系數(shù)，C_f為勵磁部件的溫度系數(shù)。

在一些較為具體的實施方案之中，步驟4)中動圈單元能耗的計算方法包括：

根據(jù)安培定律計算滿足振動執(zhí)行機構(gòu)工作時勵磁電源的動圈驅(qū)動電流I_d；

通過溫差壓力信號采集單元測出冷卻裝置的輸出溫度T_d、周邊環(huán)境的溫度T_d0；

根據(jù)公式P_d＝R_d0×[1+C_d×(T_d-T_d0)]×I_d²計算動圈單元能耗，其中R_d0分別為動圈單元的等效阻抗系數(shù)，C_d為動圈單元的溫度系數(shù)。

在一些實施方案之中，卻裝置為冷卻風(fēng)機，冷卻裝置的參數(shù)包括冷卻風(fēng)機的風(fēng)速。

在一些更為具體的實施方案之中，步驟4)還包括：

當(dāng)集成式振動試驗系統(tǒng)的總能耗P_total在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，記錄當(dāng)前動圈驅(qū)動電流、勵磁電流、勵磁控制參數(shù)、以及勵磁部件能耗、動圈單元能耗、冷卻裝置能耗的值。

本發(fā)明的使用方法是：首先制定本發(fā)明集成式振動試驗系統(tǒng)的目標(biāo)能耗(預(yù)設(shè)范圍)，之后按照本發(fā)明的管理方法控制相應(yīng)參數(shù)即可。

參圖5a、5b所示為傳統(tǒng)振動試驗系統(tǒng)與本發(fā)明一典型實施方案中集成式振動試驗系統(tǒng)的能耗圖，可以看出，采用本發(fā)明中的集成式振動試驗系統(tǒng)及其能耗管理方法，明顯能降低了系統(tǒng)功耗，提高了設(shè)備效率，同時減小了環(huán)境噪聲污染及資源浪費，帶來了明顯的經(jīng)濟收益。

需要說明的是，本實施例的附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明的實施例。

應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。