專利名稱：超低頻振動臺振級快速調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超低頻振動臺振級快速調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器的測試水平不斷朝著極限水平發(fā)展。在航空航天、地震與海嘯監(jiān)測、精密加工、大型建筑的結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究、石油勘探等領(lǐng)域，人們對超低頻測振傳感器的測量頻率范圍不斷提出新的要求，如下限頻率低于0. 05Hz的速度傳感器以及零頻響應(yīng)的加速度傳感器，都已經(jīng)開始應(yīng)用到各領(lǐng)域當(dāng)中。這些傳感器的出現(xiàn)對超低頻計量校準(zhǔn)系統(tǒng)提出了更高的要求。常規(guī)的超低頻校準(zhǔn)是一項非常費時繁瑣的工作，為確保校準(zhǔn)精度及工作效率，縮短傳感器校準(zhǔn)過程的時間是一項非常有意義的工作。對于超低頻振動校準(zhǔn)自動控制系統(tǒng)， 必須設(shè)計一種合理的振級調(diào)整方法，使振動臺可以快速精確的達(dá)到預(yù)定振級。目前比較普遍的振級調(diào)整方法是逐次逼近法，這種方法的基本思路是首先采集得到標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出當(dāng)前振動臺若干個周期的振動信號，然后根據(jù)電壓有效值的計算方法得到振動臺當(dāng)前振級，然后以設(shè)定步長逐次遞增信號發(fā)生器發(fā)出信號的幅度，直到振動臺穩(wěn)定在預(yù)定振級下。 但是，超低頻(<0. IHz)信號的測量時間隨信號周期的增大而增長，如在0. OlHz下對傳感器進行校準(zhǔn)，每改變一次信號發(fā)生器的輸出信號幅值，就需要至少一個周期即IOOs的測量時間，假設(shè)經(jīng)過5步調(diào)整可以達(dá)到預(yù)定振級，則至少需要500s的調(diào)整時間，傳感器校準(zhǔn)過程非常緩慢。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)在超低頻振動校準(zhǔn)過程中測試時間長且效率較低的缺點，本發(fā)明提供了一種使振動臺在超低頻工作時迅速精確地達(dá)到設(shè)定振級的調(diào)整方法。超低頻振動臺振級快速調(diào)整方法具體步驟如下1)、使振動臺工作于位移反饋方式；采用保證頻率變化時輸出信號相位連續(xù)且幅值不變的信號發(fā)生器作為信號源，如基于直接數(shù)字合成(DDQ技術(shù)的信號發(fā)生器；2)、獲取用戶設(shè)置的試驗頻率f和試驗振動位移X，設(shè)定電壓增量修正系數(shù)s (0 < s < 1)，頻率調(diào)整步數(shù)η (η > 1)；3)、設(shè)置信號發(fā)生器輸出頻率fs為預(yù)調(diào)整頻率fk、電壓Ui為初始Uk ；4)、控制信號發(fā)生器向振動臺系統(tǒng)輸入信號，待振動臺輸出穩(wěn)定后，測取振動臺的當(dāng)前振動位移&；5)、使用逐次逼近法調(diào)整振動臺輸出至允許的誤差ε范圍內(nèi)(5. 1)、計算當(dāng)前比例因子& =，；
uI(5. 2)、計算信號發(fā)生器輸出目標(biāo)電壓us，~ = f ；計算目標(biāo)電壓Us與當(dāng)前輸出電壓
Ui的電壓增量Δ ! = Us-Ui ；使信號發(fā)生器的輸出電壓％ ^U1 +SXAu ；
(5. 3)、待振動臺輸出穩(wěn)定后，測量當(dāng)前振動位移X0 ；(5. 4)、判斷I Χ(ΓΧ I < ε是否成立，若不成立，重復(fù)執(zhí)行步驟(5. 1) -(5.3)；若成立，則跳轉(zhuǎn)至步驟6)；6)、使用逐步移頻法將信號發(fā)生器的輸出等幅地、無間斷相位地、從fk逐步地遞減至試驗頻率f ；7)、等待振動臺穩(wěn)定輸出，結(jié)束振級調(diào)整。進一步，步驟2)中，電壓增量修正系數(shù)s根據(jù)試驗設(shè)定，且滿足0<s<l，如S = 0.5;頻率調(diào)整步數(shù)η也根據(jù)試驗設(shè)定，且滿足η > 1，如η = 10。進一步，步驟3)中，fk為預(yù)調(diào)整頻率，·Λ = ，式中，Vmax為振動臺輸出最大速度峰值，d為設(shè)定的振動位移峰值；Uk為初始電壓，根據(jù)試驗設(shè)定。進一步，步驟6)中，使用逐步移頻法將信號發(fā)生器的輸出等幅地、無間斷相位地、 從fk逐步地遞減至試驗頻率f包括以下步驟(6. 1)、獲取頻率遞減步長Af= (fk-f) /n ；(6.2)、令f' =fs_Af，其中fs為信號發(fā)生器的當(dāng)前頻率；(6. 3)、判斷f ‘是否小于或等于試驗頻率f，若否，則將f ‘設(shè)為信號源頻率，即 I f，然后為使系統(tǒng)穩(wěn)定，延時Is后重復(fù)執(zhí)行(6. 4)；若是，則將f設(shè)為信號源頻率，即_/ /，退出移頻操作至步驟7)。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是振動臺系統(tǒng)工作于位移反饋方式，信源采用保證頻率變化時輸出信號相位連續(xù)且幅值不變的信號發(fā)生器；然后使用逐次逼近法在一個相對較高的預(yù)調(diào)整頻率fk下將振動臺位移精確地、較快速地調(diào)整至設(shè)定位移；接著，使用逐步移頻法無間斷相位逐步遞減信號發(fā)生器輸出信號頻率(幅值保持不變)，直至設(shè)定頻率，此時振動臺的輸出位移將基本保持為開始在fk下控制好的位移。由于移頻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于超低頻下振級調(diào)整速度，所以可以對超低頻振級進行快速調(diào)整。以在0. OlHz下對傳感器進行校準(zhǔn)為例，首先在預(yù)調(diào)整頻率fk = 0. IHz下按照逐次逼近法將振動臺調(diào)整到設(shè)定振動位移，假設(shè)每改變一次信號發(fā)生器的輸出信號幅值，需要一個周期即IOs的測量時間，并經(jīng)過5步調(diào)整達(dá)到預(yù)定值，則共需50s時間；然后，將信號發(fā)生器的輸出頻率通過10步移頻調(diào)整、花費IOs時間調(diào)整到0. 01Hz。總共調(diào)整時間只需60s， 比技術(shù)背景中描述的常規(guī)方法調(diào)整時間縮短了近一個數(shù)量級。本發(fā)明具有使振動臺在超低頻工作時迅速精確地達(dá)到設(shè)定振級的優(yōu)點。


圖1是超低頻振動臺位移反饋控制模型。圖2是振動臺運動部件簡化動力學(xué)模型。圖3是振動臺機電耦合動力學(xué)模型。圖4是反饋控制模型幅頻特性曲線。圖5是超低頻振動校準(zhǔn)系統(tǒng)組成示意圖。圖6是振級調(diào)整算法流程圖。
具體實施例方式參照附圖，進一步說明本發(fā)明超低頻振動臺振級快速調(diào)整方法具體步驟如下1)、使振動臺工作于位移反饋方式；采用保證頻率變化時輸出信號相位連續(xù)且幅值不變的信號發(fā)生器作為信號源，如基于直接數(shù)字合成(DDQ技術(shù)的信號發(fā)生器；2)、獲取用戶設(shè)置的試驗頻率f和試驗振動位移X，設(shè)定電壓增量修正系數(shù)s (0 < s < 1)，頻率調(diào)整步數(shù)η (η > 1)；3)、設(shè)置信號發(fā)生器輸出頻率fs為預(yù)調(diào)整頻率fk、電壓Ui為初始Uk ；4)、控制信號發(fā)生器向振動臺系統(tǒng)輸入信號，待振動臺輸出穩(wěn)定后，測取振動臺的當(dāng)前振動位移&；5)、使用逐次逼近法調(diào)整振動臺輸出至允許的誤差ε范圍內(nèi)(5. 1)、計算當(dāng)前比例因子A = ^; (5. 2)、計算信號發(fā)生器輸出目標(biāo)電壓us，~ = f ；計算目標(biāo)電壓Us與當(dāng)前輸出電壓
Ui的電壓增量Δ ! = Us-Ui ；使信號發(fā)生器的輸出電壓％ ^U1 +SXAu ；(5. 3)、待振動臺輸出穩(wěn)定后，測量當(dāng)前振動位移& ；(5. 4)、判斷|Χ(ΓΧ| < ε是否成立，若不成立，重復(fù)執(zhí)行步驟(5. 1)-(5. 3)；若成立，則跳轉(zhuǎn)至步驟6)；6)、使用逐步移頻法將信號發(fā)生器的輸出等幅地、無間斷相位地、從fk逐步地遞減至試驗頻率f ；7)、等待振動臺穩(wěn)定輸出，結(jié)束振級調(diào)整。步驟2)中，電壓增量修正系數(shù)s根據(jù)試驗設(shè)定，且滿足0 < s < 1，如s = 0. 5 ；頻率調(diào)整步數(shù)η也根據(jù)試驗設(shè)定，且滿足η > 1，如η = 10。步驟幻中，fk為預(yù)調(diào)整頻率，·Λ = ，式中，Vmax為振動臺輸出最大速度峰值，d為
設(shè)定的振動位移峰值；Uk為初始電壓，根據(jù)試驗設(shè)定。逐步移頻基本原理振動臺在超低頻工作時采用如1圖所示的位移反饋控制閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖中，功率放大器的傳遞函數(shù)在超低頻時可以認(rèn)為是一個常數(shù)，即有
權(quán)利要求
1.超低頻振動臺振級快速調(diào)整方法，包括以下步驟1)、使振動臺工作于位移反饋方式；采用保證頻率變化時輸出信號相位連續(xù)且幅值不變的信號發(fā)生器作為信號源；2)、獲取用戶設(shè)置的試驗頻率f和試驗振動位移X，設(shè)定電壓增量修正系數(shù)s(0 < s < 1)，頻率調(diào)整步數(shù)Π (η > 1)；3)、設(shè)置信號發(fā)生器輸出頻率fs為預(yù)調(diào)整頻率fk、電壓Ui為初始電壓Uk；4)、控制信號發(fā)生器向振動臺系統(tǒng)輸入信號，待振動臺輸出穩(wěn)定后，測取振動臺的當(dāng)前振動位移X0 ；5)、使用逐次逼近法調(diào)整振動臺輸出至允許的誤差ε范圍內(nèi) (5. 1)、計算當(dāng)前比例因子“，；uI(5. 2)、計算信號發(fā)生器輸出目標(biāo)電壓us，~ = f ；計算目標(biāo)電壓Us與當(dāng)前輸出電壓Ui的電壓增量Au = Us-Ui ；使信號發(fā)生器的輸出電壓％ ^ui +sxAu ； (5. 3)、待振動臺輸出穩(wěn)定后，測量當(dāng)前振動位移^ ；(5. 4)、判斷χ0-χ < ε是否成立，若不成立，重復(fù)執(zhí)行步驟(5. 1)-(5. 3)；若成立，則跳轉(zhuǎn)至步驟6)；6)、使用逐步移頻法將信號發(fā)生器的輸出等幅地、無間斷相位地、從fk逐步地遞減至試驗頻率f ；7)、等待振動臺穩(wěn)定輸出，結(jié)束振級調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的超低頻振動臺振級快速調(diào)整方法，其特征在于步驟2)中，電壓增量修正系數(shù)s根據(jù)試驗設(shè)定，且滿足0 < s < 1，如s = 0. 5 ；頻率調(diào)整步數(shù)η也根據(jù)試驗設(shè)定，且滿足η > 1，如η = 10。
3.如權(quán)利要求2所述的超低頻振動臺振級快速調(diào)整方法，其特征在于步驟3)中，fk為預(yù)調(diào)整頻率，人= ，式中，Vfflax為振動臺輸出最大速度峰值，d為設(shè)定的振動位移峰值；Uk為初始電壓，根據(jù)試驗設(shè)定。
4.如權(quán)利要求3所述的超低頻振動臺振級快速調(diào)整方法，其特征在于步驟6)中，使用逐步移頻法將信號發(fā)生器的輸出等幅地、無間斷相位地、從預(yù)調(diào)整頻率fk逐步地遞減至試驗頻率f (6. 1)、獲取頻率遞減步長Af= (fk-f)/n ；(6. 2)、令f‘ = fs_Af，其中fs為信號發(fā)生器的當(dāng)前頻率；(6.3)、判斷f'是否小于或等于試驗頻率f，若否，則將f'設(shè)為信號源頻率，即 I f，然后為使系統(tǒng)穩(wěn)定，延時Is后重復(fù)執(zhí)行(6. 2)；若是，則將f設(shè)為信號源頻率，即 I^f，退出移頻操作至步驟7)。
全文摘要
超低頻振動臺振級快速調(diào)整方法，包括以下步驟使振動臺系統(tǒng)工作于位移反饋方式，采用保證頻率變化時輸出信號相位連續(xù)且幅值不變的信號發(fā)生器作為信源；使用逐次逼近法在預(yù)調(diào)整頻率fk下調(diào)整振動臺輸出至與設(shè)定振動位移x在允許的誤差范圍內(nèi)；使用逐步移頻法將信號發(fā)生器輸出等幅地、無間斷相位地、從預(yù)調(diào)整頻率fk逐步地遞減至試驗頻率f，等待振動臺輸出穩(wěn)定，調(diào)整過程結(jié)束。本發(fā)明具有使振動臺在超低頻工作時可以迅速精確地調(diào)整到設(shè)定振級的優(yōu)點。
文檔編號G01H17/00GK102230821SQ20111009050
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者于梅, 何聞, 沈潤杰, 王志鵬, 賈叔仕, 馬明德 申請人:中國計量科學(xué)研究院, 浙江大學(xué)