寇望濤，黎剛，張長(zhǎng)奇，王彥昊，常海

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安 710065）

某光電產(chǎn)品振動(dòng)控制方法研究

寇望濤，黎剛，張長(zhǎng)奇，王彥昊，常海

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安 710065）

本文以某產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)為研究對(duì)象，首先，按照傳統(tǒng)振動(dòng)控制對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行正弦掃頻及寬帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)；其次，對(duì)頻率響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行研究，隨機(jī)振動(dòng)和掃頻振動(dòng)試驗(yàn)在測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)較大偏差，造成“過(guò)試驗(yàn)”與“欠試驗(yàn)”；最后，以傳統(tǒng)控制方法為基礎(chǔ)，對(duì)振動(dòng)控制方法進(jìn)行優(yōu)化改良，即通過(guò)輸入控制的實(shí)時(shí)修正等方法來(lái)完成，并且通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，得到預(yù)期結(jié)果。

振動(dòng)；正弦掃頻；隨機(jī)振動(dòng)；加速度限控制

1　研究背景

在工程技術(shù)中常常遇到的一個(gè)問(wèn)題就是振動(dòng)，它又分為確定性和隨機(jī)性?xún)煞N振動(dòng)，在交通或者航空、航天中，在相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中總是會(huì)經(jīng)歷振動(dòng)的環(huán)境，振動(dòng)有時(shí)候會(huì)引起破壞，這種破壞在很多時(shí)候會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備的故障。隨著科技的不斷進(jìn)步，各種飛行器不斷的提速，水路交通的發(fā)展，以及抗地震和抗風(fēng)結(jié)構(gòu)等建筑的研究，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)環(huán)境工程中出現(xiàn)的一個(gè)最重要的問(wèn)題就是分析振動(dòng)。

2　振動(dòng)試驗(yàn)理論和振動(dòng)控制

2.1振動(dòng)試驗(yàn)理論

試驗(yàn)一般是指在試驗(yàn)室條件下，產(chǎn)生一個(gè)作用于被試的產(chǎn)品上人工可控的振動(dòng)環(huán)境，使產(chǎn)品承受與實(shí)際使用過(guò)程中相似的振動(dòng)激勵(lì)信號(hào)，以考核產(chǎn)品在該使用過(guò)程的振動(dòng)環(huán)境作用下，是否能達(dá)到產(chǎn)品規(guī)范所規(guī)定的各項(xiàng)要求。振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)的有效性取決于試驗(yàn)室條件下產(chǎn)生的振動(dòng)環(huán)境與實(shí)際使用過(guò)程的振動(dòng)環(huán)境之間的相似程度。

2.2振動(dòng)試驗(yàn)中的控制

在試驗(yàn)室的振動(dòng)環(huán)境中，試驗(yàn)件一般利用適當(dāng)?shù)膴A具將其固定在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)臺(tái)和夾具是對(duì)使用過(guò)程中的振動(dòng)環(huán)境進(jìn)行的模擬。在通常情況下講，在試驗(yàn)條件下，夾具和試驗(yàn)件的接觸面上選擇的特定點(diǎn)就是振動(dòng)的控制點(diǎn)，它所表示的就是在具體的使用過(guò)程中，裝置的振動(dòng)引起的平臺(tái)的環(huán)境 激勵(lì)。

3　產(chǎn)品振動(dòng)控制策略研究

3.1正弦掃頻試驗(yàn)分析及控制研究

（1）技術(shù)要求下的試驗(yàn)及分析。采用極值控制，開(kāi)始對(duì)該試件水平方向進(jìn)行正弦掃頻振動(dòng)試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試并分析，在掃瞄的過(guò)程中，試件安裝平面的加速度傳感器一直從5～136 Hz都處于主要控制，而從136～500 Hz，都屬于被動(dòng)控制，從而量值得到衰減，并且衰減到一倍以上，不符合產(chǎn)品技術(shù)要求，有可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成損壞，因此，振動(dòng)控制方法應(yīng)需要進(jìn)一步改善。

（2）輸入控制的實(shí)時(shí)修正。需要對(duì)振動(dòng)頻率136～500 Hz的帶寬振動(dòng)控制進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，按照主控和被控的傳遞規(guī)律進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行修正，得到該頻段的輸入控制數(shù)據(jù)，然后采用水平滑臺(tái)上的傳感器進(jìn)行控制，試件平面的傳感器為響應(yīng)，按照該圖進(jìn)行掃瞄試驗(yàn)，得到掃瞄圖譜見(jiàn)圖1，其中粗綠色線為試件安裝平面的輸出曲線，其量值基本都處于2 g量值線的附近（規(guī)定允差范圍之內(nèi)），只有在共振頻段160 Hz左右偶爾超差，可見(jiàn)本次控制優(yōu)化策略非常成功。同時(shí)，只有在共振點(diǎn)附近，量值出現(xiàn)較大偏差（夾具與產(chǎn)品的共振耦合作用）。由于夾具的缺陷（受試驗(yàn)室振動(dòng)設(shè)備硬件條件、試件形狀、大小體積的限制，本夾具結(jié)構(gòu)已是最優(yōu)設(shè)計(jì)選擇），導(dǎo)致在共振點(diǎn)的控制量值較大（圖1）。

3.2隨機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析及控制研究

（1）技術(shù)要求下的試驗(yàn)及分析。本試驗(yàn)加速度傳感器分別位于試件安裝平面和振動(dòng)臺(tái)水平滑臺(tái)上。本試驗(yàn)用到兩根控制傳感線。本試驗(yàn)采用平均控制，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試并分析，在隨機(jī)振動(dòng)過(guò)程中，試件安裝平面的量值僅為1.13 g（規(guī)定值為1.81 g），與試驗(yàn)規(guī)定量值相差較大，存在很?chē)?yán)重的“欠試驗(yàn)”現(xiàn)象，試件的隨機(jī)振動(dòng)控制方法需要改善。

圖1　正弦掃頻的最優(yōu)控制圖譜

（2）加速度輸入控制的實(shí)時(shí)修正。對(duì)控制譜進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。首先，試件的量值僅為1.13 g，在100 Hz以后，衰減比較嚴(yán)重，需要對(duì)100～500 Hz控制曲線進(jìn)行適當(dāng)修正。其次，根據(jù)響應(yīng)譜，按照其傳遞率對(duì)譜線進(jìn)行反向修正，增加控制譜輸入量值，通過(guò)公式：L=20log（g /go），可得，L=20log（1.8 g/14.169 g）≈-8 dB。最后，按照該圖譜進(jìn)行試驗(yàn)，由-20 dB逐漸增加輸入量值，直到-8 dB，圖2即為試驗(yàn)圖譜，其安裝面振動(dòng)量值為1.79 g，符合預(yù)期要求，試驗(yàn)結(jié)束。

4　總結(jié)和展望

通過(guò)本文的研究，在振動(dòng)試驗(yàn)控制方法上取得預(yù)期效果，但仍有一些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和探討。一是本文主要從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析，實(shí)際振動(dòng)過(guò)程中是一個(gè)機(jī)、電、磁等綜合的過(guò)程，需要把各個(gè)方面綜合考慮進(jìn)來(lái)。二是可以通過(guò)本文研究成果，舉一反三，應(yīng)用到其它試件產(chǎn)品的振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，并能取得理想的結(jié)果。

圖2　隨機(jī)振動(dòng)控制修正圖譜

［1］ 李江林.振動(dòng)試驗(yàn)的工程技術(shù)應(yīng)用［M］，2011.

［2］ 朱學(xué)旺，李健，王東升.夾具動(dòng)態(tài)特性與振動(dòng)試驗(yàn)控制精度的關(guān)系研究［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2002：546～548.

［3］ 周臨震，王新民.夾具強(qiáng)迫隨即振動(dòng)響應(yīng)分析［J］.鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003：43～45.

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