多輸入多輸出隨機振動試驗控制算法及若干問題研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)隨機振動試驗具有比單點振動試驗更好的振動環(huán)境模擬能力，能夠檢驗出更多的潛在可靠性和安全性問題，對于經(jīng)濟和國防等的發(fā)展和進步具有重要意義。多輸入多輸出隨機振動試驗已經(jīng)被寫入最新的美軍標MIL-STD-810G中，國內(nèi)外越來越重視多輸入多輸出隨機振動試驗。
　　 本文以多點線性振動試驗控制理論為基礎，研究了多輸入多輸出隨機振動試驗控制中的相關(guān)問題。
　　 基于數(shù)字信號處理的全相位譜分析理論，提出了用于

2、改善MIMO隨機振動試驗控制效果的全相位頻響函數(shù)估計方法。分析了頻響函數(shù)估計不準對多輸入多輸出隨機振動試驗控制的影響。介紹了全相位譜估計理論并將之引入到頻響函數(shù)估計中，構(gòu)成了全相位頻響函數(shù)估計方法，該方法改善了多輸入多輸出隨機振動試驗控制效果。
　　 分析了MIMO頻響函數(shù)估計中的內(nèi)存激勵信號和實測響應信號之間的關(guān)系和不同步原因，提出了用于同步兩種信號的二次相關(guān)法。對VXI數(shù)字信號發(fā)送和采集系統(tǒng)的工作流程作了介紹，對信號發(fā)送和采

3、集過程中信號之間的同步問題。通過理論分析，根據(jù)激勵信號和響應信號之間的關(guān)系，提出了基于相關(guān)函數(shù)和隨機減量法的二次相關(guān)法，計算得到了由計算機生成的內(nèi)存激勵信號和VXI實測的響應信號之間的時間對應關(guān)系。
　　 研究了時域隨機化過程的“加窗”和“疊加”過程，提出了一種改進的隨機驅(qū)動信號生成方法。在試驗中發(fā)現(xiàn)，生成的隨機驅(qū)動信號的頻譜和期望的驅(qū)動頻譜不一致，從而造成多輸入多輸出隨機振動試驗控制結(jié)果中總是存在超標譜線。通過對時域隨機化過程

4、中的“加窗”和“疊加”兩個部分的分析，本文提出了改進的隨機驅(qū)動信號生成方法，在不改變譜線數(shù)的前提下增加偽隨機驅(qū)動信號長度并采用四幀疊加的方法，改善了隨機驅(qū)動信號的生成質(zhì)量，改善了隨機振動控制的效果。
　　 分析了影響MIMO隨機振動試驗控制精度的因素，提出了兼顧快速修正和提高試驗控制精度的變參數(shù)PID控制算法。將PID控制思想引入到多輸入多輸出隨機振動試驗控制中，在對數(shù)坐標下引入比例、積分、微分控制環(huán)節(jié)，然后轉(zhuǎn)變到線性坐標下。根

5、據(jù)響應譜和參考譜之間的誤差，動態(tài)的調(diào)整PID控制參數(shù)，完成了變參數(shù)PID控制算法，實現(xiàn)了在保證快速修正的條件下，提高了隨機振動試驗控制精度。
　　 對比分析了差分控制算法和比例均方根控制算法，提出了具有穩(wěn)定收斂的自譜和互譜控制特性的矩陣冪次控制算法。理論推導了矩陣冪次控制算法，并對比分析了差分控制算法、比例均方根控制算法和矩陣冪次控制算法的各自特點，指出了差分控制算法存在“負值問題”的原因及后果。差分控制算法的誤差假設和誤差修正