專利名稱：多維隨機振動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)強度與環(huán)境可靠性試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多維隨機振動控制方法。
背景技術(shù)：
真實振動環(huán)境是多自由度激勵的，而傳統(tǒng)環(huán)境模擬試驗只提供單向激勵。然而產(chǎn)品在多維激勵下得到的模態(tài)激發(fā)與在單維激勵下得到的模態(tài)激發(fā)存在一定區(qū)別，導(dǎo)致利用單維振動臺來模擬實際多維振動環(huán)境往往無法滿足試驗要求。因此進行多維振動控制技術(shù)研究十分必要?，F(xiàn)有的多維隨機振動控制方法均利用上位控制計算機進行信號修正，處理速度慢，難以滿足實時性要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有多維隨機振動控制方法均利用上位控制計算機進行信號修正，處理速度慢，難以滿足實時性要求。本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述:一種多維隨機振動控制方法，該方法具體包括以下步驟:步驟(I):設(shè)定參考譜矩陣和控制譜線數(shù)；步驟⑵:生成真隨機驅(qū)動信號；步驟(3):計算控制譜矩陣，對真隨機驅(qū)動信號進行驅(qū)動修正；步驟(4):返回步驟(3)，直至其控制譜矩陣位于參考譜矩陣的容差帶范圍內(nèi)。步驟(I)中，通過作為上位機的控制計算機設(shè)定參考譜矩陣R和控制譜線數(shù)nSL，控制計算機將參考譜矩陣R傳輸至多維隨機振動信號處理模塊，控制計算機將控制譜線數(shù)nSL傳輸至隨機信號源。步驟(2)具體包括以下步驟:步驟(2.1)隨機信號源發(fā)出低量級白噪聲信號，依次進行D/A轉(zhuǎn)換和低通濾波，并將低通濾波后的信號進行功率放大；步驟(2.2)進行功率放大后的低量級白噪聲信號作用于振動臺，激勵位于振動臺上方的試件振動；同時，獲取振動中的試件的響應(yīng)信號；步驟(2.3)對上述響應(yīng)信號進行抗混迭濾波；并對抗混迭濾波處理后的信號進行A/D轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸至多維隨機振動信號處理模塊進行處理；步驟(2.4)多維隨機振動信號處理模塊對步驟(2.3)所述A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行如下操作:步驟(2.4.1)計算步驟(2.1)中隨機信號源發(fā)出的低量級白噪聲信號與步驟(2.3)中A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號之間的傳遞函數(shù)；步驟(2.4.2)獲取上述傳遞函數(shù)的補償矩陣；步驟(2.4.3)對步驟(I)所述參考譜矩陣R進行Cholesky分解，得到下三角矩陣L ；步驟(2.4.4)多維隨機振動信號處理模塊生成獨立白噪聲譜矩陣，其與步驟(2.4.2)所述補償矩陣及步驟(2.4.3)所述下三角矩陣L相乘得到驅(qū)動譜矩陣；步驟(2.4.5)對驅(qū)動譜矩陣進行IFFT變換，得到偽隨機信號種子序列，并將偽隨機信號種子序列傳輸至隨機信號源；步驟(2.5)隨機信號源對偽隨機信號種子序列進行時域隨機化處理，得到真隨機驅(qū)動信號。步驟(2.5)所述時域隨機化處理具體包括以下步驟:步驟(2.5.1)隨機生成一組位置隨機數(shù)；步驟(2.5.2)通過位置隨機數(shù)取偽隨機信號種子序列對應(yīng)位置的數(shù)值及此位置
后
權(quán)利要求
1.種多維隨機振動控制方法，其特征在于:該方法具體包括以下步驟: 步驟(I):設(shè)定參考譜矩陣和控制譜線數(shù)； 步驟(2):生成真隨機驅(qū)動信號； 步驟(3):計算控制譜矩陣，對真隨機驅(qū)動信號進行驅(qū)動修正； 步驟(4):返回步驟(3)，直至其控制譜矩陣位于參考譜矩陣的容差帶范圍內(nèi)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的多維隨機振動控制方法，其特征在于:步驟(I)中，通過作為上位機的控制計算機設(shè)定參考譜矩陣R和控制譜線數(shù)nSL，控制計算機將參考譜矩陣R傳輸至多維隨機振動信號處理模塊，控制計算機將控制譜線數(shù)nSL傳輸至隨機信號源。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的多維隨機振動控制方法，其特征在于:步驟(2)具體包括以下步驟: 步驟(2.1)隨機信號源發(fā)出低量級白噪聲信號，依次進行D/A轉(zhuǎn)換和低通濾波，并將低通濾波后的信號進行功率放大； 步驟(2.2)進行功率放大后的低量級白噪聲信號作用于振動臺，激勵位于振動臺上方的試件振動；同時，獲取振動中的試件的響應(yīng)信號； 步驟(2.3)對上述響應(yīng)信號進行抗混迭濾波；并對抗混迭濾波處理后的信號進行A/D轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸至多維隨機振動信號處理模塊進行處理； 步驟(2.4)多維隨機振動信號處理模塊對步驟(2.3)所述A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行如下操作: 步驟(2.4.1)計算步驟(2.1)中隨機信號源發(fā)出的低量級白噪聲信號與步驟(2.3)中A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號之間的傳遞函數(shù)； 步驟(2.4.2)獲取上述傳遞函數(shù)的補償矩陣； 步驟(2.4.3)對步驟(I)所述參考譜矩陣R進行Cholesky分解，得到下三角矩陣L ；步驟(2.4.4)多維隨機振動信號處理模塊生成獨立白噪聲譜矩陣，其與步驟(2.4.2)所述補償矩陣及步驟(2.4.3)所述下三角矩陣L相乘得到驅(qū)動譜矩陣； 步驟(2.4.5)對驅(qū)動譜矩陣進行IFFT變換，得到偽隨機信號種子序列，并將偽隨機信號種子序列傳輸至隨機信號源； 步驟(2.5)隨機信號源對偽隨機信號種子序列進行時域隨機化處理，得到真隨機驅(qū)動信號。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述的多維隨機振動控制方法，其特征在于:步驟(2.5)所述時域隨機化處理具體包括以下步驟: 步驟(2.5.1)隨機生成一組位置隨機數(shù)； 步驟(2.5.2)通過位置隨機數(shù)取偽隨機信號種子序列對應(yīng)位置的數(shù)值及此位置后^sz=2+56-1個位置的數(shù)值形成一組序列; 步驟(2.5.3)將對應(yīng)同一位置隨機數(shù)的一組序列進行加窗； 步驟(2.5.4)將對應(yīng)不同位置隨機數(shù)的不同組序列按一定比例進行搭接，得到真隨機驅(qū)動信號。
5.據(jù)權(quán)利要求3所述的多維隨機振動控制方法，其特征在于:步驟(2.5)所述時域隨機化處理具體包括以下 步驟:步驟(2.5.1)隨機生成一組位置隨機數(shù)和一組反轉(zhuǎn)隨機數(shù)； 步驟(2.5.2)通過位置隨機數(shù)取偽隨機序列對應(yīng)位置的數(shù)值及此位置后"^￡:2+56-1 2個位置的數(shù)值形成一組序列；將反轉(zhuǎn) 隨機數(shù)與對應(yīng)位置隨機數(shù)的一組序列相乘，得到新的一組序列； 步驟(2.5.3)將對應(yīng)同一位置隨機數(shù)的新的一組序列進行加窗； 步驟(2.5.4)將對應(yīng)不同位置隨機數(shù)的不同組新的序列按一定比例進行搭接，得到真隨機驅(qū)動信號。
6.據(jù)權(quán)利要求4或5所述的多維隨機振動控制方法，其特征在于:步驟(3)具體包括以下步驟: 步驟(3.1)隨機信號源輸出真隨機驅(qū)動信號，對所述真隨機驅(qū)動信號依次進行D/A轉(zhuǎn)換和低通濾波，并將低通濾波后的信號進行功率放大； 步驟(3.2)進行功率放大后的真隨機驅(qū)動信號作用于振動臺，激勵位于振動臺上方的試件振動；同時，獲取振動中的試件的響應(yīng)信號； 步驟(3.3)對步驟(3.2)所述響應(yīng)信號進行抗混迭濾波；并對抗混迭濾波處理后的信號進行A/D轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸至多維隨機振動信號處理模塊進行處理；步驟(3.4)多維隨機振動信號處理模塊對步驟(3.3)所述A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行如下操作: 步驟(3.4.1)計算步驟(3.3)所述A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號的控制譜矩陣；步驟(3.4.2)通過步驟(3.4.1)所述控制譜矩陣和步驟(I)所述參考譜矩陣對下三角矩陣L進行驅(qū)動修正，修正后的下三角矩陣L，與步驟(2.4.4)所述多維隨機振動信號處理模塊生成的獨立白噪聲譜矩陣，及步驟(2.4.2)所述補償矩陣相乘，得到新的驅(qū)動譜矩陣；所述通過步驟(3.4.1)所述控制譜矩陣和步驟(I)所述參考譜矩陣對步驟所述下三角矩陣L進行驅(qū)動修正利用下述公式得到: L(k+1) = L(k)+A(k) 其中，L(k)表示第K次修正的L矩陣；L(k+1)表示第K+1次修正的L矩陣；Λ (k)表示第K次修正的修正矩陣，其獲取方法如下所述:
7.據(jù)權(quán)利要求6所述的多維隨機振動控制方法，其特征在于:步驟(3.5)所述時域隨機化處理具體包括以下步驟: 步驟(3.5.1)隨機生成一組位置隨機數(shù)； 步驟(3.5.2)通過位置隨機數(shù)取步驟(3.4.3)所述偽隨機信號種子序列對應(yīng)位置的數(shù)值及此位置后
8.據(jù)權(quán)利要求6所述的多維隨機振動控制方法，其特征在于:步驟(3.5)所述時域隨機化處理具體包括以下步驟: 步驟(3.5.1)隨機生成一組位置隨機數(shù)和一組反轉(zhuǎn)隨機數(shù)； 步驟(3.5.2)通過位置隨機數(shù)取步驟(3.4.3)所述偽隨機序列對應(yīng)位置的數(shù)值及此位置后nSL×2.56/2-1個位置的數(shù)值形成一組序列;將反轉(zhuǎn)隨機數(shù)與對應(yīng)位置隨機數(shù)的一組序列相乘，得到新的一組序列； 步驟(3.5.3)將對應(yīng)同一位置隨機數(shù)的新的一組序列進行加窗； 步驟(3.5.4)中將對應(yīng)不同位置隨機數(shù)的不同組新的序列按一定比例進行搭接，得到新的真隨機驅(qū)動信號。
9.據(jù)權(quán)利要求7或8所述的多維隨機振動控制方法，其特征在于:步驟(2.5)或步驟(3.5)中，控制譜線數(shù)nSL為100、200、400、800、1600或3200 ;加窗類型為半正弦窗、漢明窗或海寧窗；對應(yīng)不同位置隨機數(shù)的不同組序列按50%的比例進行搭接。
10.據(jù)權(quán)利要求1所述的多維隨機振動控制方法，其特征在于:步驟(4)所述容差帶范圍為±3dB ±6dB。
全文摘要
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)強度與環(huán)境可靠性試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多維隨機振動控制方法。本方法包括以下步驟設(shè)定參考譜矩陣和控制譜線數(shù)；生成真隨機驅(qū)動信號；計算控制譜矩陣，對真隨機驅(qū)動信號進行驅(qū)動修正；返回上一步驟，直至其控制譜矩陣位于參考譜矩陣的容差帶范圍內(nèi)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有多維隨機振動控制方法處理速度慢的技術(shù)問題。本發(fā)明利用多維隨機振動信號處理模塊對信號進行修正，信號無需從下位機傳輸至上位機進行修正，提高了處理速度，較好地滿足了實時性要求。
文檔編號G05D19/02GK103092224SQ201110335890
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者王璟南, 祝濟之, 師培峰 申請人:北京強度環(huán)境研究所, 天津航天斯達新技術(shù)裝備有限公司, 北京航天斯達新技術(shù)裝備公司, 中國運載火箭技術(shù)研究院