專利名稱：電液式激振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機械振動試驗用的電液式激振器。一般激振器由用于接受輸入訊號和反饋訊號并控制電液式激振頭，提供試驗所需的力基準(zhǔn)波形的控制裝置，將來自控制裝置輸入的訊號轉(zhuǎn)換成液壓訊號并輸出動態(tài)力的帶壓電式力傳感器的電液激振頭和提供所需的高壓低脈動液壓源的液壓動力裝置所組成。它是用來對機床、飛機、汽車以及其它機械裝置進行結(jié)構(gòu)動力特性和模態(tài)分析的一種重要的試驗裝置。
已有的各式激振器其性能和系統(tǒng)品質(zhì)均存在一些缺陷和不良。例如系統(tǒng)的3dB帶寬窄、幅頻特性曲線不平坦、起伏大、力輸出波形失真嚴(yán)重以及系統(tǒng)穿越頻率以上頻段不能充分利用等問題。此外，它們的施力激振系統(tǒng)對于經(jīng)常變動的負(fù)載其適應(yīng)能力較差，對負(fù)載的限制比較嚴(yán)格，系統(tǒng)對于復(fù)合訊號以及不規(guī)則的程序波訊號的傳輸能力也不夠理想。
本實用新型的目的在于提供一種改進的電液伺服式激振器(簡稱電液激振器)用控制裝置，以改善目前的各式激振器在性能和品質(zhì)上存在的缺點和不足，提高激振器的性能和試驗精度以及對各種負(fù)載的適應(yīng)能力，擴大激振器的使用范圍，對激振器所屬的施力系統(tǒng)的幅頻、相頻特性進行綜合校正和補償，對設(shè)計范圍內(nèi)的各種負(fù)載均能構(gòu)成深度負(fù)反饋、降低力輸出波形的失真度，提高系統(tǒng)的傳輸能力。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的電液激振器的構(gòu)成如圖1所示。圖中訊號源1發(fā)出單一的正弦波訊號或復(fù)合波訊號輸入控制裝置(簡稱控制器)2的一端a，力傳感器5安裝在由流量伺服閥3和激振油缸4所組成的電液激振頭與負(fù)載8之間，用以拾取激振力訊號，該訊號經(jīng)放大器7變換放大后以電壓形式輸入到控制裝置2的另一端b，這兩路訊號在2內(nèi)進行相位校正、幅度校正、增益控制，經(jīng)運算合成和變換后以電流形式輸出。該控制訊號送入3，控制伺服閥改變4之動載腔的兩腔壓力差，形成動態(tài)激振力，該力通過5傳遞至負(fù)載3，完成動態(tài)激振功能。高壓低脈動液壓源6是為激振頭提供液壓動力，其液壓脈動成份在額定壓力1％以下。
電液激振器是由控制器2，激振頭3及4，力傳感器5，電荷放大器7和負(fù)載8所組成的高階力系統(tǒng)，力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，圖中1為頻率分析儀提供的信號源，21為自動增益控制器AGC，22為加法器，23為系統(tǒng)相位校正網(wǎng)絡(luò)PID，24為電壓電流變換器VIC，3／4為激振頭，5為力傳感器、8為負(fù)載，7為電荷放大器，25為系統(tǒng)幅度校正網(wǎng)絡(luò)DBT，9為力信號采樣電路SCC，A0為力幅給定信號，K1、K2為系統(tǒng)反饋系數(shù)，Kp為力信號采樣幅值調(diào)節(jié)系數(shù)。
系統(tǒng)的激勵信號由1發(fā)出，信號頻率可在系統(tǒng)工作頻段內(nèi)進行連續(xù)掃描，信號輸入AGC后在其內(nèi)部進行信號放大或衰減，AGC輸出信號的幅值由A0和SCC輸出信號共同決定，通過AGC處理的激勵信號可以保證力信號幅值起伏不超過3dB，AGC的輸出信號送入加法器與反饋信號進行減法運算，所得運算結(jié)果為系統(tǒng)輸出力信號與激勵信號的誤差信號，它送入PID調(diào)節(jié)器。
PID調(diào)節(jié)器使信號產(chǎn)生與頻率有關(guān)的相位超前，從而改善信號通過系統(tǒng)時所產(chǎn)生的相位滯后，以及由相位滯后引起的系統(tǒng)穩(wěn)定裕量下降。另外，流量伺服閥在低頻段的壓力增益很高，壓力增益曲線的線性區(qū)域十分狹小，激勵電流只有在滿激勵電流成線性關(guān)系，在高頻段，伺服閥壓力增益又顯著下降，使得系統(tǒng)開壞增益降低，而PID調(diào)節(jié)器可降低系統(tǒng)信號傳輸通道上的低頻增益，提高高頻增益，使得系統(tǒng)開環(huán)增益在全工作頻段上的起伏減小，所以PID調(diào)節(jié)器的主要作用是校正系統(tǒng)的相位滯后并拉平系統(tǒng)開壞增益，PID調(diào)節(jié)器的輸出信號送入VIC電壓電流度換器。
由于FF102流量伺服閥是電流控制器件，在線性狀態(tài)下，其輸出流量與輸入電流成正比，因此需要將電壓控制信號變換成電流功率信號才能送入3(FF102)。所選用的伺服閥電氣等效電路如圖2所示，圖中L為FF102閥服馬達線圈的電感值，約幾百毫亨，Rr為等效串聯(lián)電阻，約為幾十歐姆，RD為等效并聯(lián)漏電阻，其阻值較大，一般性情況下，可以忽略，由伺服閥等效電路可知，RrL構(gòu)成一個一階阻尼環(huán)節(jié)，其固有頻率約在一、二十赫芝范圍之內(nèi)，為使在伺服閥全部工作頻段內(nèi)有較好的控制特性，必須將這個一階阻尼環(huán)節(jié)消除。用VIC電路可有效地解決這一問題，在處理系統(tǒng)綜合問題時，基本上可以不考慮這一環(huán)節(jié)的影響。
VIC輸出的電流控制信號輸入伺服閥3(FF102)由伺服閥3和激振油缸4所組成的激振頭將電流控制信號變換成力信號，通過力傳感器5傳遞給負(fù)載并拾取力信號，力傳感器5將力信號變換為電荷量信號，通過電荷放大器進行信號的處理、放大、轉(zhuǎn)換成與力信號成正比的電壓信號輸出。該電壓信號分為兩路，一路輸入DBT幅校正網(wǎng)絡(luò)，信號在DBT網(wǎng)絡(luò)中改變了在系統(tǒng)穿越頻率附近的幅值，加大系統(tǒng)幅值穩(wěn)定余量，為進行線性反饋和網(wǎng)絡(luò)反饋創(chuàng)造了條件，輸出信號經(jīng)過K1、K2反饋調(diào)節(jié)電路后反饋到PID調(diào)節(jié)器前的加法器18與激勵信號合成，構(gòu)成深度負(fù)反饋。K1、K2反饋調(diào)節(jié)電路的設(shè)置，主要是解決在各種負(fù)荷情況下，構(gòu)成穩(wěn)定工作的力系統(tǒng)，負(fù)載柔度范圍在0.1μm／Kg～2.25μm／Kg之間，要使力系統(tǒng)在如此寬的負(fù)載變化范圍內(nèi)不改變系統(tǒng)參數(shù)是不可能的。為克服系統(tǒng)中非線性環(huán)節(jié)所造成的力波形畸變，必須構(gòu)成深反饋力系統(tǒng)，K1、K2反饋調(diào)節(jié)電路的任務(wù)就是克服負(fù)載變動帶來的系統(tǒng)參數(shù)變化而引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定和力波形畸變問題。電荷放大器輸出的另一路信號送入SCC電路進行力波形幅值采樣和變換后送入加法器10與給定力幅信號A0合成，構(gòu)成力幅誤差信號后送入AGC電路完成自動增益控制功能，保證力幅恒定，這樣在保證系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定裕量前題下，加大系統(tǒng)反饋深度，使得輸入激振頭的電流控制訊號維持在伺服閥壓力增益曲線的線性區(qū)域以內(nèi)，以改善力信號波形失真度以及系統(tǒng)頻率特性。
經(jīng)過綜合校正的系統(tǒng)其傳遞函數(shù)在0～600HZ工作頻段內(nèi)仍為六階五零系統(tǒng)，系統(tǒng)的截止頻率擴展到1260HZ，系統(tǒng)的奈奎斯特曲線。如圖4所示，由圖可知，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量足以滿足穩(wěn)定性要求，力信號波形失真度可控制在7.8％以下，將AGC接入系統(tǒng)后，可大大改善系統(tǒng)幅頻特性曲線的起伏度，可在全工作頻段內(nèi)保持幅頻特性曲線的起伏不超過3dB，最外面的大閉壞中的時間常數(shù)τs的選擇，決定AGC閉壞的穩(wěn)定性和快速性，適當(dāng)選擇τs可使系統(tǒng)響應(yīng)速度提高，而又不產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。
說明書

及實施例圖1為電液激振器構(gòu)成之框圖；圖2為所選用的伺服閥電氣部分之等效電路；圖3為力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為采用本實用新型后(經(jīng)綜合校正后)的系統(tǒng)奈奎斯特曲線圖；圖5至圖8為本實用新型的實施例中所采用的校正網(wǎng)絡(luò)，電壓、電流變換器及自動增益控制等的電路圖圖5為力系統(tǒng)幅度校正網(wǎng)絡(luò)電路，它由雙T網(wǎng)絡(luò)DBT及積分微分調(diào)節(jié)電路PID組成；圖6為力系統(tǒng)的相位校正網(wǎng)絡(luò)電路圖，它實際上是個積分微分調(diào)節(jié)(PID)電路；圖7為電壓電流變換電路；圖8為力系統(tǒng)的自動增益控制AGC電路。
權(quán)利要求1.一種機械振動用電液激振器，由下列部分組成(1)用于接受輸入訊號和反饋訊號并控制電液式激振頭、提供試驗所需的基準(zhǔn)波形的控制裝置，(2)帶壓電式力傳感器的電液激振頭，(3)提供所需的高壓低脈動液壓源的液壓動力裝置。其特征是在控制裝置內(nèi)進行力系統(tǒng)的相位校正、幅度校正、增益控制、運算合成和電壓電流變換，以電流形式輸出將控制訊號輸入到電液激振頭上的電液伺服閥。
2.按照權(quán)利要求1所述的激振器控制裝置，其特征在于力系統(tǒng)的相位校正、幅度校正、電壓電流變換以及增益控制是由公知的相位校正網(wǎng)絡(luò)(積分微分調(diào)節(jié)電路PID)、幅度校正網(wǎng)絡(luò)(由雙T網(wǎng)絡(luò)DBT及積分微分調(diào)節(jié)電路PID組成)、電壓電流變換器(VIC)及自動增益控制(AGC)電路等組合實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型提供了一種機械振動試驗用的電液激振器控制裝置。該發(fā)明組合應(yīng)用了已有的相位校正網(wǎng)絡(luò)(PID)、幅度校正網(wǎng)絡(luò)DBT/PID、電壓電流變換器(VIC)以及自動增益控制(AGC)電路等公知技術(shù)，克服了已有激振器存在的3dB帶寬窄、幅頻特性曲線不平坦、起伏大、力輸出波形失真嚴(yán)重和系統(tǒng)穿越頻率以上的頻段不能充分利用，以及它們的施力激振系統(tǒng)對于經(jīng)常變動的負(fù)載適應(yīng)能力差，對負(fù)荷限制較嚴(yán)等缺點。
文檔編號G01M7/00GK2039419SQ88209129
公開日1989年6月14日 申請日期1988年8月4日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月4日
發(fā)明者姚允儀, 謝向東 申請人:北京第一機床廠