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振动环境试验在考察结构的耐久性、可靠性方面具有十分重要的作用。单激励单轴向振动试验控制技术虽然经过长期的发展已经成熟并具有完善的标准规范,但是在生产和科研的过程中却逐渐暴露出缺陷,如对大型试件进行测试时无法提供足够推力、无法模拟真实的多维振动环境等。因此,多激励多轴向振动试验控制技术成为振动环境测试领域新的发展方向。现代控制理论可以解决多输入多输出问题,H-控制理论对模型不确定性具有很好的鲁棒性能,但是却在实际应用中受到了局限。将H-控制理论应用于实际的工程领域中,也成为研究的热点问题。
本文首先研究了针对高阶柔性系统的多轴向控制器设计方法。使用内模思想的PID控制器设计策略,提出使用幂基多项式在一定频段内对高阶系统进行拟合降阶从而建立过程模型,进一步设计适用于高阶系统的多轴向控制器。经过算例仿真验证,使用这种算法设计的控制器,可以在避免未控模态影响的前提下,使外部干扰得到有效抑制,得到比较理想的控制结果。
结合现代控制和H-控制理论,提出将H-回路整型的方法引入到多轴向多激励振动控制理论的框架中。当结构在某些频率点处存在病态时,控制点的自谱和互谱通常存在超标谱线。为了对结构的固有缺陷进行补偿,引入现代控制理论的H-回路整型方法对系统进行修正,降低频响矩阵条件数。然后将对结构频响的修正推导为对驱动谱的修正,使用经过修正的驱动谱进行信号生成运算。针对振动试验控制的目标,对权函数进行分解设计,并给出了分解权函数的设计算法。经过仿真和试验验证,本文算法可以明显降低频响矩阵条件数,改善结构病态情况。
基于比例均方根的控制算法对自谱进行修正的前提下,加入了对互谱的修正环节,并且提出了互谱修正的简化算法。本文在使用比例均方根法修正控制点响应自谱的基础上,对控制算法进行改进,提出了互谱修正策略。对于具有N个控制点的系统,通过求解N2-N个方程,对响应信号的相干和相位分别进行修正。进一步提出了互谱修正的简化算法,通过引入收敛因子,代替大型方程组的求解过程。
完成了多轴向振动试验控制系统软件的开发工作。设计了一种基于队列的多线程复合式状态机编程样式作为程序主题框架,在此基础上完成了多轴向随机试验模块和正弦试验模块的编写工作。软件使用LabVIEW编程语言进行开发,基于PXI虚拟总线平台,并且具有硬件可移植的特点,同时为软件后续功能的添加进行了准备。使用本文开发的软件和三轴向电动振动台进行了随机试验和正弦扫频、定频试验,对软件功能和性能进行了测试。结果表明,软件功能满足工程实用化需求,控制精度达到预定的工程指标要求。