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解决方案

如何在VibExpert中实现多变量控制?

发布日期: 2013-06-21

一、为什么要采用多变量控制?

大家都知道,在振动台上做试验,编辑参考谱时,低频一般采用恒位移控制,中频采用恒速度谱,而高频采用恒加速度谱。这与对振动台的指标有一定的关系。另一方面,我们也可以通过研究加速度-速度-位移之间的幅值转换关系了解其中的原理。 我们知道,正弦加速度响应信号为:

Asin(2πft+θ)

其中,幅值为A,通过一次积分得到速度幅值为:

V=A/2πf

通过二次积分得到位移幅值为:

D=A/(4π^2 f^2 )

通过以上关系式可得,当频率为0.1Hz时,如果位移幅值为10mm,那么加速度幅值为0.00395m/s^2,即0.0004g,一般加速度传感器的灵敏度为100mv/g,也就是说测量通道的加速度信号电压幅值约为0.00004v,在这样的情况下,有效的加速度电压信号基本上都淹没在噪声里,无法完成对实际加速度信号的测量,也就是说,很难通过加速度反馈对试验进行控制。一般的位移传感器灵敏度为几百mv/mm,为了比较方便,取100mv/mm,则这个时候位移信号的电压幅值可达1000mv,具有非常好的信噪比,因此,从控制的角度来说,选择信噪比高的反馈通道,能大大提升控制的准确度和精度。当信号频率为100Hz时,情况又如何呢?此时,假设加速幅值为1g,则可计算出位移幅值为0.025mm,其对应的电压信号幅值分别为100mv和2.5mv,显然,这个时候采用加速度反馈控制可以取得较大的信噪比。因此,可以设想,在低频时,采用高信噪比的位移通道进行反馈控制,在高频时,采用高信噪比的加速度通道进行反馈控制,即采用多变量控制策略,就能在整个频段获得满意的控制通道信噪比,提高整体的控制精度。

二、如何设置多变量控制参数?

控制通道至少包含一个加速度通道,一个位移通道,可以选择多个加速度控制通道和多个位移控制通道,这时候,加速度控制通道之间、位移控制通道之间可以采用加权平均、最大值、最小值控制策略。最后,在频带上设置低频位移控制频段范围、高频加速度控制频段范围,高低频控制范围之间可设置平滑过渡带,实现控制物理量的线性平滑切换。

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图1 通道设置

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图2 扫频率设置

三、多变量控制效果及优点总结

采用多变量控制策略,大大扩展了频率控制范围,DTC控制软件能实现0.01Hz至25600Hz范围内的连续正弦扫频试验,使得可控正弦加速度信号的动态范围达到150dB。特别对于液压振动台来说,加入位移控制通道后,大大提高了低频控制精度,有效地避免了传统加速度控制下出现的撞缸、过位移等失控现象。波形失真度也得到了有效改善。

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图3 0.01Hz至25600Hz连续扫频控制效果