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专利名称：超低频振动台振级快速调整方法
技术领域：
本发明涉及一种超低频振动台振级快速调整方法。
背景技术：
随着科学技术的不断发展，传感器的测试水平不断朝着极限水平发展。在航空航天、地震与海啸监测、精密加工、大型建筑的结构动力学研究、石油勘探等领域，人们对超低频测振传感器的测量频率范围不断提出新的要求，如下限频率低于0. 05Hz的速度传感器以及零频响应的加速度传感器，都已经开始应用到各领域当中。这些传感器的出现对超低频计量校准系统提出了更高的要求。常规的超低频校准是一项非常费时繁琐的工作，为确保校准精度及工作效率，缩短传感器校准过程的时间是一项非常有意义的工作。对于超低频振动校准自动控制系统， 必须设计一种合理的振级调整方法，使振动台可以快速精确的达到预定振级。目前比较普遍的振级调整方法是逐次逼近法，这种方法的基本思路是首先采集得到标准传感器输出当前振动台若干个周期的振动信号，然后根据电压有效值的计算方法得到振动台当前振级，然后以设定步长逐次递增信号发生器发出信号的幅度，直到振动台稳定在预定振级下。 但是，超低频(<0. IHz)信号的测量时间随信号周期的增大而增长，如在0. OlHz下对传感器进行校准，每改变一次信号发生器的输出信号幅值，就需要至少一个周期即IOOs的测量时间，假设经过5步调整可以达到预定振级，则至少需要500s的调整时间，传感器校准过程非常缓慢。

发明内容
为克服现有技术在超低频振动校准过程中测试时间长且效率较低的缺点，本发明提供了一种使振动台在超低频工作时迅速精确地达到设定振级的调整方法。超低频振动台振级快速调整方法具体步骤如下1)、使振动台工作于位移反馈方式；采用保证频率变化时输出信号相位连续且幅值不变的信号发生器作为信号源，如基于直接数字合成(DDQ技术的信号发生器；2)、获取用户设置的试验频率f和试验振动位移X，设定电压增量修正系数s (0 < s < 1)，频率调整步数η (η > 1)；3)、设置信号发生器输出频率fs为预调整频率fk、电压Ui为初始Uk ；4)、控制信号发生器向振动台系统输入信号，待振动台输出稳定后，测取振动台的当前振动位移&；5)、使用逐次逼近法调整振动台输出至允许的误差ε范围内(5. 1)、计算当前比例因子& =，；
uI(5. 2)、计算信号发生器输出目标电压us，~ = f ；计算目标电压Us与当前输出电压
Ui的电压增量Δ ! = Us-Ui ；使信号发生器的输出电压％ ^U1 +SXAu ；
(5. 3)、待振动台输出稳定后，测量当前振动位移X0 ；(5. 4)、判断I Χ(ΓΧ I < ε是否成立，若不成立，重复执行步骤(5. 1) -(5.3)；若成立，则跳转至步骤6)；6)、使用逐步移频法将信号发生器的输出等幅地、无间断相位地、从fk逐步地递减至试验频率f ；7)、等待振动台稳定输出，结束振级调整。进一步，步骤2)中，电压增量修正系数s根据试验设定，且满足0<s<l，如S = 0.5;频率调整步数η也根据试验设定，且满足η > 1，如η = 10。进一步，步骤3)中，fk为预调整频率，·Λ = ，式中，Vmax为振动台输出最大速度峰值，d为设定的振动位移峰值；Uk为初始电压，根据试验设定。进一步，步骤6)中，使用逐步移频法将信号发生器的输出等幅地、无间断相位地、 从fk逐步地递减至试验频率f包括以下步骤(6. 1)、获取频率递减步长Af= (fk-f) /n ；(6.2)、令f' =fs_Af，其中fs为信号发生器的当前频率；(6. 3)、判断f ‘是否小于或等于试验频率f，若否，则将f ‘设为信号源频率，即 I f，然后为使系统稳定，延时Is后重复执行(6. 4)；若是，则将f设为信号源频率，即_/ /，退出移频操作至步骤7)。本发明的技术构思是振动台系统工作于位移反馈方式，信源采用保证频率变化时输出信号相位连续且幅值不变的信号发生器；然后使用逐次逼近法在一个相对较高的预调整频率fk下将振动台位移精确地、较快速地调整至设定位移；接着，使用逐步移频法无间断相位逐步递减信号发生器输出信号频率(幅值保持不变)，直至设定频率，此时振动台的输出位移将基本保持为开始在fk下控制好的位移。由于移频速度远远快于超低频下振级调整速度，所以可以对超低频振级进行快速调整。以在0. OlHz下对传感器进行校准为例，首先在预调整频率fk = 0. IHz下按照逐次逼近法将振动台调整到设定振动位移，假设每改变一次信号发生器的输出信号幅值，需要一个周期即IOs的测量时间，并经过5步调整达到预定值，则共需50s时间；然后，将信号发生器的输出频率通过10步移频调整、花费IOs时间调整到0. 01Hz。总共调整时间只需60s， 比技术背景中描述的常规方法调整时间缩短了近一个数量级。本发明具有使振动台在超低频工作时迅速精确地达到设定振级的优点。


图1是超低频振动台位移反馈控制模型。图2是振动台运动部件简化动力学模型。图3是振动台机电耦合动力学模型。图4是反馈控制模型幅频特性曲线。图5是超低频振动校准系统组成示意图。图6是振级调整算法流程图。
具体实施例方式参照附图，进一步说明本发明超低频振动台振级快速调整方法具体步骤如下1)、使振动台工作于位移反馈方式；采用保证频率变化时输出信号相位连续且幅值不变的信号发生器作为信号源，如基于直接数字合成(DDQ技术的信号发生器；2)、获取用户设置的试验频率f和试验振动位移X，设定电压增量修正系数s (0 < s < 1)，频率调整步数η (η > 1)；3)、设置信号发生器输出频率fs为预调整频率fk、电压Ui为初始Uk ；4)、控制信号发生器向振动台系统输入信号，待振动台输出稳定后，测取振动台的当前振动位移&；5)、使用逐次逼近法调整振动台输出至允许的误差ε范围内(5. 1)、计算当前比例因子A = ^; (5. 2)、计算信号发生器输出目标电压us，~ = f ；计算目标电压Us与当前输出电压
Ui的电压增量Δ ! = Us-Ui ；使信号发生器的输出电压％ ^U1 +SXAu ；(5. 3)、待振动台输出稳定后，测量当前振动位移& ；(5. 4)、判断|Χ(ΓΧ| < ε是否成立，若不成立，重复执行步骤(5. 1)-(5. 3)；若成立，则跳转至步骤6)；6)、使用逐步移频法将信号发生器的输出等幅地、无间断相位地、从fk逐步地递减至试验频率f ；7)、等待振动台稳定输出，结束振级调整。步骤2)中，电压增量修正系数s根据试验设定，且满足0 < s < 1，如s = 0. 5 ；频率调整步数η也根据试验设定，且满足η > 1，如η = 10。步骤幻中，fk为预调整频率，·Λ = ，式中，Vmax为振动台输出最大速度峰值，d为
设定的振动位移峰值；Uk为初始电压，根据试验设定。逐步移频基本原理振动台在超低频工作时采用如1图所示的位移反馈控制闭环调节系统。图中，功率放大器的传递函数在超低频时可以认为是一个常数，即有
权利要求
1.超低频振动台振级快速调整方法，包括以下步骤1)、使振动台工作于位移反馈方式；采用保证频率变化时输出信号相位连续且幅值不变的信号发生器作为信号源；2)、获取用户设置的试验频率f和试验振动位移X，设定电压增量修正系数s(0 < s < 1)，频率调整步数Π (η > 1)；3)、设置信号发生器输出频率fs为预调整频率fk、电压Ui为初始电压Uk；4)、控制信号发生器向振动台系统输入信号，待振动台输出稳定后，测取振动台的当前振动位移X0 ；5)、使用逐次逼近法调整振动台输出至允许的误差ε范围内 (5. 1)、计算当前比例因子“，；uI(5. 2)、计算信号发生器输出目标电压us，~ = f ；计算目标电压Us与当前输出电压Ui的电压增量Au = Us-Ui ；使信号发生器的输出电压％ ^ui +sxAu ； (5. 3)、待振动台输出稳定后，测量当前振动位移^ ；(5. 4)、判断χ0-χ < ε是否成立，若不成立，重复执行步骤(5. 1)-(5. 3)；若成立，则跳转至步骤6)；6)、使用逐步移频法将信号发生器的输出等幅地、无间断相位地、从fk逐步地递减至试验频率f ；7)、等待振动台稳定输出，结束振级调整。
2.如权利要求1所述的超低频振动台振级快速调整方法，其特征在于步骤2)中，电压增量修正系数s根据试验设定，且满足0 < s < 1，如s = 0. 5 ；频率调整步数η也根据试验设定，且满足η > 1，如η = 10。
3.如权利要求2所述的超低频振动台振级快速调整方法，其特征在于步骤3)中，fk为预调整频率，人= ，式中，Vfflax为振动台输出最大速度峰值，d为设定的振动位移峰值；Uk为初始电压，根据试验设定。
4.如权利要求3所述的超低频振动台振级快速调整方法，其特征在于步骤6)中，使用逐步移频法将信号发生器的输出等幅地、无间断相位地、从预调整频率fk逐步地递减至试验频率f (6. 1)、获取频率递减步长Af= (fk-f)/n ；(6. 2)、令f‘ = fs_Af，其中fs为信号发生器的当前频率；(6.3)、判断f'是否小于或等于试验频率f，若否，则将f'设为信号源频率，即 I f，然后为使系统稳定，延时Is后重复执行(6. 2)；若是，则将f设为信号源频率，即 I^f，退出移频操作至步骤7)。
全文摘要
超低频振动台振级快速调整方法，包括以下步骤使振动台系统工作于位移反馈方式，采用保证频率变化时输出信号相位连续且幅值不变的信号发生器作为信源；使用逐次逼近法在预调整频率fk下调整振动台输出至与设定振动位移x在允许的误差范围内；使用逐步移频法将信号发生器输出等幅地、无间断相位地、从预调整频率fk逐步地递减至试验频率f，等待振动台输出稳定，调整过程结束。本发明具有使振动台在超低频工作时可以迅速精确地调整到设定振级的优点。
文档编号G01H17/00GK102230821SQ20111009050
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者于梅, 何闻, 沈润杰, 王志鹏, 贾叔仕, 马明德 申请人:中国计量科学研究院, 浙江大学