基于传递函数的振动谐波迭代控制系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，包括程控信号源、振动激励单元、数据采集单元、谐波分析软件及谐波控制软件。所述的振动谐波迭代控制系统基于振动激励单元的传递函数，构建振动激励器输出振动信号中谐波成分的补偿量，并叠加到输入量中，通过迭代控制实现对谐波成分的有效控制，从而达到降低振动激励器输出振动信号波形失真度的目的。本发明专利技术所述的基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，组成结构简单、操作流程简便、适用范围广泛，对振动激励器输出振动信号波形失真具有较好的控制稳定性及控制效果。

【技术实现步骤摘要】
基于传递函数的振动谐波迭代控制系统
本专利技术属于振动谐波控制
，具体涉及一种基于传递函数的振动谐波迭代控制系统。
技术介绍
为提高信噪比，振动激励器输出振动信号的位移幅值应随频率的降低而逐渐增大。但是，振动激励器中弹性回复装置、磁路结构等系统的非线性也将随位移幅值的增大而逐渐增大，进而导致输出振动信号叠加高次谐波成分，产生波形失真。振动激励器输出振动信号的波形失真会严重制约其在振动环境模拟、测振传感器标定及其它需产生高精度单频振动激励信号场合的应用。通过构建闭环反馈控制系统可有效降低振动激励器输出低频振动信号的波形失真度(控制谐波成分)。但是，反馈控制系统对波形失真的控制效果与待控制系统的频率响应特性及反馈深度(反馈通道上的放大系数)相关。一般情况下，振动激励器在低频存在较大的非线性特性，为实现较好的波形失真控制效果，通常需施加深度负反馈控制。而且，振动激励器一般存在相位滞后响应特性。随着反馈深度及相位滞后的增大，控制系统将出现自激振荡或正反馈等不稳定现象，严重影响控制效果。为达到更好的反馈控制效果，通常需在控制系统中设计结构复杂的控制器(如PID控制器)，并通过对相关参数的反复调整完成系统校正。然而，引入控制器不可避免地会增加反馈控制系统的复杂性及参数调整难度。
技术实现思路
为有效解决通过闭环反馈控制系统实现振动激励器输出振动信号波形失真控制中存在的系统结构复杂、参数调整难度大及稳定性要求高等问题，本专利技术提出一种基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，完成对振动激励器输出振动信号波形失真的开环控制。基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，包括程控信号源、振动激励单元、数据采集单元、谐波分析软件及谐波控制软件；所述的振动激励单元包括振动激励器系统及振动检测单元；所述的振动激励器系统包括功率放大器及振动激励器；所述的振动检测单元包括振动加速度传感器及放大器或适配器；所述的数据采集单元包括数据采集卡和计算机；所述的谐波控制软件包括计算模块、反相模块和叠加模块；谐波分析软件和谐波控制软件安装在计算机中。所述的程控信号源产生当前输入量，当前输入量经功率放大器放大后，驱动所述的振动激励器产生振动加速度信号；振动激励器的输出振动加速度信号由振动检测单元检测，并由数据采集卡采集后送入计算机；所述的谐波分析软件计算得到输出振动加速度信号中包含的基频及各阶谐波成分的频率、幅值、相位及对应的波形失真度值，并判断该波形失真度值是否满足小于或等于设定的波形失真度要求，波形失真度要求指待控制振动激励器产生的输出振动加速度信号波形失真度的最大允许值，若满足，则保持当前输入量驱动振动激励器产生振动加速度信号；若不满足，则采用谐波控制软件实现对振动激励器输出振动加速度信号波形失真的迭代控制。所述的当前输入量的获取：在需施加波形失真控制的频率范围内，基于振动激励单元的加速度传递函数及待控制振动激励器需产生的目标振动加速度信号频率、幅值及相位要求，以该目标振动加速度信号作为加速度传递函数的输出量，计算得到相应的输入量频率、幅值及相位，并以该输入量作为当前输入量。所述的谐波控制软件分别以所述的输出振动加速度信号中各阶谐波成分作为振动激励单元的加速度传递函数的输入量，用计算模块计算得到与各阶谐波成分对应的输入补偿量的频率、幅值及相位；将该输入补偿量用反相模块反相后，用叠加模块与当前输入量叠加得到修正输入量；最后，用修正输入量代替当前输入量，并基于该当前输入量，由程控信号源和功率放大器驱动振动激励器产生修正谐波成分后的振动加速度信号，完成整个迭代控制过程。所述的程控信号源为任意波形信号发生器。本专利技术所述的控制系统可实现对振动激励器输出振动信号中谐波成分的开环控制，组成结构简单、操作流程简便、适用范围广泛，对振动激励器输出振动信号波形失真具有较好的控制稳定性及控制效果。附图说明图1为本专利技术基于传递函数的振动谐波迭代控制系统组成图。图2为本专利技术振动激励单元的加速度传递函数辨识流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细说明：以振动检测单元中采用振动加速度传感器检测振动激励器的输出振动信号为例，如图1所示，基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，包括程控信号源、振动激励单元、数据采集单元、谐波分析软件及谐波控制软件；所述的振动激励单元包括振动激励器系统及振动检测单元；所述的振动激励器系统包括功率放大器及振动激励器；所述的振动检测单元包括振动加速度传感器及放大器或适配器；所述的数据采集单元包括数据采集卡和计算机；所述的谐波控制软件包括计算模块、反相模块和叠加模块；谐波分析软件和谐波控制软件安装在计算机中。所述的程控信号源产生当前输入量，当前输入量经功率放大器放大后，驱动所述的振动激励器产生振动加速度信号；振动激励器的输出振动加速度信号由振动检测单元检测，并由数据采集卡采集后送入计算机；所述的谐波分析软件计算得到输出振动加速度信号中包含的基频及各阶谐波成分的频率、幅值、相位及对应的波形失真度值，并判断该波形失真度值是否满足小于或等于设定的波形失真度要求，波形失真度要求指待控制振动激励器产生的输出振动加速度信号波形失真度的最大允许值，若满足，则保持当前输入量驱动振动激励器产生振动加速度信号；若不满足，则采用谐波控制软件实现对振动激励器输出振动加速度信号波形失真的迭代控制。所述的当前输入量的获取：在需施加波形失真控制的频率范围内，基于振动激励单元的加速度传递函数及待控制振动激励器需产生的目标振动加速度信号频率、幅值及相位要求，以该目标振动加速度信号作为加速度传递函数的输出量，计算得到相应的输入量频率、幅值及相位，并以该输入量作为当前输入量。所述的谐波控制软件分别以所述的输出振动加速度信号中各阶谐波成分作为振动激励单元的加速度传递函数的输入量，用计算模块计算得到与各阶谐波成分对应的输入补偿量的频率、幅值及相位；将该输入补偿量用反相模块反相后，用叠加模块与当前输入量叠加得到修正输入量；最后，用修正输入量代替当前输入量，并基于该当前输入量，由程控信号源和功率放大器驱动振动激励器产生修正谐波成分后的振动加速度信号，完成整个迭代控制过程。所述的程控信号源为任意波形信号发生器，可受计算机软件控制输出具有设定频率、幅值及相位的单频信号或多个单频信号的叠加信号。为实现对振动激励器输出振动加速度信号波形失真的迭代控制，首先需基于如图2所示的振动激励单元的加速度传递函数辨识流程，辨识得到振动激励单元的加速度传递函数，具体步骤为：(a)在一定频率范围内，选取多个测试频率点，由程控信号源和功率放大器驱动振动激励器产生各频率点对应的振动输出信号；该频率范围的下限值远远小于振动激励器需施加波形失真控制的下限频率，上限值远远大于振动激励器需施加波形失真控制的上限频率；(b)由振动检测单元检测得到振动激励器在各频率点的输出加速度信号，并由数据采集单元同步采集该输出加速度信号及程控信号源产生的输入信号；(c)分别计算各频率点对应的输出加速度信号与输入信号间的幅值比及相位差，进一步得到振动激励单元各频率点对应的加速度幅频及相频特性值；(d)基于上述各选定频率点的加速度幅频及相频特性值，通过MATLAB系统辨识工具辨识得到振动激励单元的加速度传递函数。基于上述振动激励单元的加速度传递函本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，其特征在于：包括程控信号源、振动激励单元、数据采集单元、谐波分析软件及谐波控制软件；所述的振动激励单元包括振动激励器系统及振动检测单元；所述的振动激励器系统包括功率放大器及振动激励器；所述的振动检测单元包括振动加速度传感器及放大器或适配器；所述的数据采集单元包括数据采集卡和计算机；所述的谐波控制软件包括计算模块、反相模块和叠加模块；谐波分析软件和谐波控制软件安装在计算机中；所述的程控信号源产生当前输入量，当前输入量经功率放大器放大后，驱动所述的振动激励器产生振动加速度信号；振动激励器的输出振动加速度信号由振动检测单元检测，并由数据采集卡采集后送入计算机；所述的谐波分析软件计算得到输出振动加速度信号中包含的基频及各阶谐波成分的频率、幅值、相位及对应的波形失真度值，并判断该波形失真度值是否满足小于或等于设定的波形失真度要求，波形失真度要求指振动激励器产生的输出振动加速度信号波形失真度的最大允许值，若满足，则保持当前输入量驱动振动激励器产生振动加速度信号；若不满足，则采用谐波控制软件实现对振动激励器输出振动加速度信号波形失真的迭代控制；所述的当前输入量的获取：在需施加波形失真控制的频率范围内，基于振动激励单元的加速度传递函数及待控制振动激励器需产生的目标振动加速度信号频率、幅值及相位要求，以该目标振动加速度信号作为加速度传递函数的输出量，计算得到相应的输入量频率、幅值及相位，并以该输入量作为当前输入量；所述的谐波控制软件分别以所述的输出振动加速度信号中各阶谐波成分作为振动激励单元的加速度传递函数的输入量，用计算模块计算得到与各阶谐波成分对应的输入补偿量的频率、幅值及相位；将该输入补偿量用反相模块反相后，用叠加模块与当前输入量叠加得到修正输入量；最后，用修正输入量代替当前输入量，并基于该当前输入量，由程控信号源和功率放大器驱动振动激励器产生修正谐波成分后的振动加速度信号，完成整个迭代控制过程。...

【技术特征摘要】
1.基于传递函数的振动谐波迭代控制系统，其特征在于：包括程控信号源、振动激励单元、数据采集单元、谐波分析软件及谐波控制软件；所述的振动激励单元包括振动激励器系统及振动检测单元；所述的振动激励器系统包括功率放大器及振动激励器；所述的振动检测单元包括振动加速度传感器及放大器或适配器；所述的数据采集单元包括数据采集卡和计算机；所述的谐波控制软件包括计算模块、反相模块和叠加模块；谐波分析软件和谐波控制软件安装在计算机中；所述的程控信号源产生当前输入量，当前输入量经功率放大器放大后，驱动所述的振动激励器产生振动加速度信号；振动激励器的输出振动加速度信号由振动检测单元检测，并由数据采集卡采集后送入计算机；所述的谐波分析软件计算得到输出振动加速度信号中包含的基频及各阶谐波成分的频率、幅值、相位及对应的波形失真度值，并判断该波形失真度值是否满足小于或等于设定的波形失真度要求，波形失真度要求指振动激励器产生的输出振动加速度信号波形失真度的最大允许值，若满足，则保持当前输入量驱动振动激...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭飞，权龙，熊晓燕，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14