本實(shí)用新型涉及一種力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)用任意波形試驗(yàn)設(shè)備的控制方法，尤其涉及提高任意波形試驗(yàn)設(shè)備中伺服液壓部分響應(yīng)速度的控制方法及實(shí)現(xiàn)該方法的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

力學(xué)環(huán)境存在于我們生活中的每個(gè)環(huán)節(jié)，如地球引力、汽車的顛簸、波浪的起伏、炸彈的爆炸等等。任意波形試驗(yàn)系統(tǒng)作為一種力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，主要用于在試驗(yàn)室復(fù)現(xiàn)物體或產(chǎn)品在服役過程中所處的力學(xué)環(huán)境，考核物體或產(chǎn)品在該環(huán)境中的性能，以改善應(yīng)對(duì)措施。任意波形試驗(yàn)系統(tǒng)可完成200ms(毫秒)內(nèi)、900m/s²以下的任意波形試驗(yàn)，主要應(yīng)用于衛(wèi)星或火箭的發(fā)射、艦載機(jī)的起落、汽車的碰撞等狀態(tài)下零部件的可靠性試驗(yàn)。由于上述過程所表現(xiàn)出來的加速度-時(shí)間歷程中，加速度隨時(shí)間的變化復(fù)雜，要求模擬/復(fù)現(xiàn)設(shè)備有極高的響應(yīng)速度。加之上述試驗(yàn)的能量較大，故工程上多采用伺服液壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)大能量、高響應(yīng)速度控制。

目前，我國在國防軍工、航空航天及交通運(yùn)輸領(lǐng)域正在向更準(zhǔn)、更高、更快、更可靠的方向發(fā)展，能力及參數(shù)指標(biāo)要求較以前均有大幅提升。在進(jìn)行任意波形試驗(yàn)時(shí)對(duì)試驗(yàn)器的換向頻率要求越來越高，也就對(duì)換向控制部分的響應(yīng)速度要求越來越高。國外在這方面的研究較早，且由于國外在高頻響液壓伺服閥技術(shù)上的突破，可方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高頻換向要求。目前，市場(chǎng)上已有的相關(guān)設(shè)備均從國外進(jìn)口，當(dāng)前技術(shù)基本上能在2150kN推進(jìn)力或90km/h速度下實(shí)現(xiàn)222Hz的換向頻率，而這種高頻響液壓伺服閥對(duì)我國是禁運(yùn)的，就我國目前的液壓伺服閥技術(shù)，以上工況下的換向頻率只能做到76Hz(不保守?cái)?shù)據(jù))；若采用進(jìn)口普通液壓伺服閥，以上工況下的換向頻率能做到88Hz，與國外技術(shù)存在極大的差距，這種差距對(duì)我國在試驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)上產(chǎn)生極大的制約。因此有必要設(shè)計(jì)一種能夠通過普通液壓伺服閥實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)速度的控制方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠使用普通驅(qū)動(dòng)器件實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)速度控制系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供一種提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)，其包括：多通道伺服控制器，所述多通道伺服控制器包括至少一個(gè)信號(hào)輸入通道和多個(gè)信號(hào)輸出通道，所述多通道伺服控制器用于設(shè)置任意波形目標(biāo)譜線，對(duì)目標(biāo)譜線進(jìn)行分析計(jì)算， 將該目標(biāo)譜線分解為多個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，分解后的多個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過疊加可形成原目標(biāo)譜線，分解后的各個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)可分別通過多個(gè)信號(hào)輸出通道向外輸出；多通道伺服信號(hào)放大器，所述多通道伺服信號(hào)放大器包括多個(gè)信號(hào)輸入通道和多個(gè)信號(hào)輸出通道，所述多通道伺服信號(hào)放大器用于對(duì)多個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大處理，所述多通道伺服信號(hào)放大器的多個(gè)信號(hào)輸入通道與所述多通道伺服控制器的多個(gè)信號(hào)輸出通道一一對(duì)應(yīng)連接；多個(gè)伺服能量轉(zhuǎn)換器，所述多個(gè)伺服能量轉(zhuǎn)換器分別與所述多通道伺服信號(hào)放大器的多個(gè)輸出通道連接，伺服能量轉(zhuǎn)換器用于將多通道伺服信號(hào)放大器輸出的低頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行元件可識(shí)別的信號(hào)類型；多通道集成器件，所述多通道集成器件各通道分別與多個(gè)伺服參量轉(zhuǎn)換器相連，將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行疊加統(tǒng)一處理發(fā)送給執(zhí)行元件；執(zhí)行元件，所述執(zhí)行元件接受多通道集成器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并執(zhí)行、輸出目標(biāo)譜線動(dòng)作。

優(yōu)選地，在所述執(zhí)行元件輸出端設(shè)有信號(hào)采集器，所述信號(hào)采集器用于采集執(zhí)行元件的輸出動(dòng)作信號(hào)。

優(yōu)選地，所述伺服能量轉(zhuǎn)換器為電液伺服閥，所述執(zhí)行元件為伺服液壓缸。

優(yōu)選地，所述信號(hào)采集器輸出端與信號(hào)調(diào)解器輸入端相連，所述信號(hào)調(diào)解器輸出端與所述多通道伺服控制器的信號(hào)輸入通道相連，形成一閉環(huán)控制回路，所述信號(hào)解調(diào)器用于將信號(hào)采集器采集的執(zhí)行元件動(dòng)作信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制器可識(shí)別的信號(hào)類型。

如上所述，本實(shí)用新型的提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)具有以下有益效果：該提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)通過控制器將多種頻率疊加的任意波形高頻目標(biāo)譜線分解為多個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，分解后的各個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過多組能量轉(zhuǎn)換器輸出，由多通道集成器件按要求發(fā)送到同一執(zhí)行元件上，在執(zhí)行的過程中疊加，促使執(zhí)行元件的動(dòng)作輸出波形達(dá)到原目標(biāo)譜線的目的，解決了現(xiàn)有技術(shù)中伺服能量轉(zhuǎn)換器件在某些工況，尤其是大輸出量級(jí)的工況下響應(yīng)頻率低、響應(yīng)速度慢的問題，本實(shí)用新型所述的提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)通用性強(qiáng)，可操作性高，可控性好，可靠性好，維護(hù)方便，可在多種設(shè)備上配置，能滿足多種工程需求。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的目標(biāo)譜線圖。

圖4為圖3目標(biāo)譜線分解后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)組合圖。

圖5為圖3目標(biāo)譜線分解后的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖。

圖6為圖3目標(biāo)譜線分解后的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖。

圖7為圖3目標(biāo)譜線分解后的第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖。

圖8為圖3目標(biāo)譜線分解后的第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖。

元件標(biāo)號(hào)說明

1、多通道伺服控制器；2、多通道伺服信號(hào)放大器；3、多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器；4、多通道集成器件；5、執(zhí)行元件；6、信號(hào)采集器；7、信號(hào)調(diào)解器；21、伺服信號(hào)放大器D1；22、伺服信號(hào)放大器D2；2n、伺服信號(hào)放大器Dn；31、電液伺服閥V1；32、電液伺服閥V2；3n、電液伺服閥Vn；41、集成式蓄能器A1；42、集成式蓄能器A2；4n、集成式蓄能器An；1o1、多通道伺服控制器輸出通道1；1o2、多通道伺服控制器輸出通道2；1on、多通道伺服控制器輸出通道n；2i1、第一通道伺服放大器輸入端；2i2、第二通道伺服放大器輸入端；2in、第N通道伺服放大器輸入端；2o1、第一通道伺服放大器輸出端；2o2、第二通道伺服放大器輸出端；2on、第N通道伺服放大器輸出端。

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

請(qǐng)參閱圖1至圖8。須知，本說明書附圖所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用于配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實(shí)用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實(shí)用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實(shí)用新型可實(shí)施的范疇。

如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)，包括多通道伺服控制器1，多通道伺服信號(hào)放大器2，多通道伺服參量轉(zhuǎn)換器3，多通道集成器件4，執(zhí)行元件5，信號(hào)采集器6和信號(hào)調(diào)解器7。多通道伺服控制器1的輸出端與多通道伺服信號(hào)放大器2的輸入端相連，多通道伺服信號(hào)放大器2的輸出端與多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3的輸入端相連，多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3的輸出端通過多通道集成器件4向執(zhí)行元件5發(fā)送動(dòng)作指令信號(hào)，由執(zhí)行元件5實(shí)現(xiàn)目標(biāo)譜線所設(shè)定的動(dòng)作。

為了能夠精確控制執(zhí)行元件5動(dòng)作，該系統(tǒng)還設(shè)有一信號(hào)反饋電路，如圖1所示，反饋 信號(hào)電路包括一信號(hào)采集器6和一信號(hào)調(diào)解器7，通過信號(hào)采集器6能夠?qū)崟r(shí)采集執(zhí)行元件5的動(dòng)作信號(hào)，信號(hào)采集器6與信號(hào)解調(diào)器7連接，信號(hào)解調(diào)器7用于將信號(hào)采集器6采集的動(dòng)作信號(hào)轉(zhuǎn)化為多通道伺服控制器1可識(shí)別的信號(hào)類型，信號(hào)調(diào)解器7的輸出通道與多通道伺服控制器1的信號(hào)輸入通道連接。這樣通過信號(hào)采集器7、信號(hào)解調(diào)器8就可將執(zhí)行元件5的動(dòng)作信號(hào)反饋給多通道伺服控制器1，形成一閉環(huán)控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)主要采用如下方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)速度的提高，具體包括如下步驟：在多通道伺服控制器1上設(shè)置多種頻率疊加的任意波形目標(biāo)譜線，通過多通道伺服控制器1對(duì)目標(biāo)譜線進(jìn)行分析計(jì)算，將該目標(biāo)譜線分解為多個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，分解后的各個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過疊加可形成原目標(biāo)譜線；多通道伺服控制器1將分解后的單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別通過不同的通道發(fā)送至多通道伺服信號(hào)放大器，通過伺服信號(hào)放大器將單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大；經(jīng)伺服信號(hào)放大器放大后的單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別發(fā)送給各個(gè)伺服能量轉(zhuǎn)換器，將單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的信號(hào)類型；經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過多通道集成器件輸出，由同一套執(zhí)行元件執(zhí)行；這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)在被執(zhí)行的過程中進(jìn)行疊加，促使執(zhí)行元件的動(dòng)作輸出波形達(dá)到原目標(biāo)譜線的目的。

本提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)通過調(diào)整控制波形，由多組伺服能量轉(zhuǎn)換器分別轉(zhuǎn)換并作用到同一套執(zhí)行元件上，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度(或頻率)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中伺服能量轉(zhuǎn)換器件在某些工況，尤其是大輸出量級(jí)的工況下響應(yīng)速度(或頻率)低的問題，本實(shí)用新型所述的提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)通用性強(qiáng)，可操作性高，可控性好，可靠性好，維護(hù)方便，可在多種設(shè)備上配置，能滿足多種工程需求。

該系統(tǒng)可應(yīng)用在多種能量轉(zhuǎn)換頻率響應(yīng)系統(tǒng)中，作為本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式選用液壓控制系統(tǒng)對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步的描述。如圖2所示，多通道伺服信號(hào)放大器2包含多個(gè)伺服信號(hào)放大器21---2n，多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3包含多個(gè)電液伺服閥V1---Vn，多通道伺服信號(hào)放大器2應(yīng)采用與電液伺服閥匹配的類型，多通道集成器件4包含多個(gè)集成式蓄能器A1---An，執(zhí)行元件5選用伺服液壓缸，信號(hào)采集器6選用加速度傳感器。

如圖2所示，多通道伺服控制器1包括至少一個(gè)信號(hào)輸入通道和多個(gè)信號(hào)輸送通道1o1---1on，并可通過該多通道伺服控制器1設(shè)置執(zhí)行元件5要執(zhí)行的多種頻率疊加的任意波形目標(biāo)譜線。多通道伺服控制器1內(nèi)設(shè)有DSP處理器，DSP處理器可對(duì)該目標(biāo)譜線進(jìn)行分析計(jì)算，并將該目標(biāo)譜線分解為多個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，分解后的各個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)可通過疊加形成原目標(biāo)譜線。分解后的各個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)可分別通過多通道伺服控制器1的輸出通道1o1---1on向外輸出。多通道伺服控制器1可根據(jù) 需要設(shè)置多種輸出控制波形，多通道伺服控制器1輸出的控制波形的頻率、幅值等參數(shù)可調(diào)。

如圖2所示，多通道伺服信號(hào)放大器2中包含多個(gè)伺服信號(hào)放大器21---2n，每個(gè)伺服信號(hào)放大器有其對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸入通道2i1---2in和信號(hào)輸出通道2o1---2on。多通道伺服控制器1的多個(gè)信號(hào)輸出通道1o1---1on分別與多通道伺服信號(hào)放大器2中的各個(gè)伺服信號(hào)放大器21---2n的輸入端2i1---2in一一對(duì)應(yīng)連接。多通道伺服信號(hào)放大器2可對(duì)多通道伺服控制器1輸出的各單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大處理，并經(jīng)信號(hào)輸出通道2o1---2on向外輸出。多通道伺服信號(hào)放大器2內(nèi)各個(gè)伺服信號(hào)放大器的輸出通道2o1---2on分別與多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3內(nèi)的各電液伺服閥V1---Vn連接，通過各電液伺服閥V1---Vn將各伺服信號(hào)放大器21---2n輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行元件5(伺服液壓缸)可執(zhí)行的信號(hào)類型，如伺服液壓缸可執(zhí)行的液壓能，發(fā)送多通道集成器件4內(nèi)的集成式蓄能器A1---An，并由多通道集成器件4統(tǒng)一發(fā)送給執(zhí)行元件5(伺服液壓缸)。執(zhí)行元件5(伺服液壓缸)在驅(qū)動(dòng)信號(hào)(液壓能)作用下動(dòng)作，如伸縮、旋轉(zhuǎn)等，并在執(zhí)行的過程中對(duì)各單頻信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)、疊加，完成原目標(biāo)譜線設(shè)定的動(dòng)作。

該液壓控制系統(tǒng)在使用時(shí)，首先在多通道伺服控制器1上設(shè)置多種頻率疊加的任意波形目標(biāo)譜線，該目標(biāo)譜線可以為頻域的目標(biāo)譜線，也可以為時(shí)域的目標(biāo)譜線，如果為頻域的目標(biāo)譜線可通過傅里葉變換將其轉(zhuǎn)化為時(shí)域，然后由多通道伺服控制器1內(nèi)的DSP處理器對(duì)該目標(biāo)譜線進(jìn)行分析計(jì)算，將其分解為多個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)。如圖3、4所示，圖3所示的就是多種頻率疊加的任意波形目標(biāo)譜線，圖4為分解后的各單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中圖4是在一個(gè)界面中顯示各個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形，圖5～圖8是分別顯示各個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形，圖4所示的各單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)疊加后仍可形成圖3所示的任意波形目標(biāo)譜線。

圖4所示，分解后的各個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別通過多通道伺服控制器1的信號(hào)輸出通道1o1---1on向外輸出，再經(jīng)過多通道伺服信號(hào)放大器2中的各個(gè)伺服信號(hào)放大器21---2n放大，輸出為多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3內(nèi)的各電液伺服閥V1---Vn所需要的驅(qū)動(dòng)電流。電液伺服閥V1---Vn的作用是將放大后的小功率電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為閥芯的運(yùn)動(dòng)，以控制流向液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)的液壓油流量和壓力。多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3內(nèi)的各電液伺服閥V1---Vn分別與多通道集成器件4內(nèi)的各集成式蓄能器A1---An連接，這樣驅(qū)動(dòng)多通道伺服能量轉(zhuǎn)換器3內(nèi)的各電液伺服閥V1---Vn產(chǎn)生的液壓能信號(hào)全部集成疊加在執(zhí)行元件5(伺服液壓缸)上。通過圖4所示各單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的疊加可知，在執(zhí)行元件(伺服液壓缸)5上仍可形成圖3所示的任意波形目標(biāo)譜線。由此可見，只需通過設(shè)置若干個(gè)單頻的電液伺服閥就可以驅(qū)動(dòng)伺服液壓缸完成目標(biāo)譜線設(shè)定的動(dòng)作。通過這種控制方法就可以取代高頻響的電液伺服閥達(dá)到所需目的。

該提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制方法和系統(tǒng)通過控制器將需要執(zhí)行的目標(biāo)譜線分解為多個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、相位等參數(shù)均可調(diào)，各個(gè)單頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過多組能量轉(zhuǎn)換器作用在同一套執(zhí)行元件上，并在執(zhí)行過程中進(jìn)行疊加，輸出的動(dòng)作可達(dá)到原目標(biāo)譜線所需目的，即可得到高頻響的伺服能量轉(zhuǎn)換器(電液伺服閥)控制才能完成試驗(yàn)曲線，解決了現(xiàn)有技術(shù)中伺服能量轉(zhuǎn)換器件在某些工況下，尤其是大輸出量級(jí)的工況下響應(yīng)速度(或頻率)低的問題，本實(shí)用新型所述的提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)通用性強(qiáng)，可操作性高，可控性好，可靠性好，維護(hù)方便，可在多種設(shè)備上配置，能滿足多種工程需求。所以，本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。