随着产品测试需求的不断提升,MIMO测试的应用愈加广泛。这里的MIMO英译为Multiple Input Multiple Output,即为多输入多输出。显然,和单轴测试的一个输出不同,MIMO测试至少有2个输出。
像常见的两个单轴振动台的同步并激、推拉测试,都是MIMO双台单轴测试的应用。
PART 1 MIMO双台单轴测试的控制原理
MIMO控制系统中,每个激励点信号都会影响到所有或多个响应点的信号状态,即响应点的信号变化情况是各个激励点信号耦合叠加的结果,那么为了精确控制响应点的信号变化过程,就必须首先解得输入输出的耦合模型,然后根据其逆模型组成前馈控制系统,可以解算得到各个激励点的信号,闭环控制时,根据反馈误差对各个激励信号进行调整,以实现在一定精度范围内的控制效果。同时,在线不断修正耦合模型,以跟随系统的时变特性和某些非线性特征。
下面以双振动台同步控制系统为例,对单轴控制原理进行说明。
振动台d1激双振动振,使c1产生振动,同时也使c2产生振动;同样,振动台d2激振,也会同时使c1和c2产生振动。这即是多轴试验中常见的振动耦合现象。
两振动台的互耦可用数学模型表达为:
简单形式如下:
其中:
[c]—系统控制点的响应;
[d]—振动台驱动信号;
[G]—传递函数矩阵,表示振动台输入d与控制响应点响应c之间的复杂系统特性,包括:功放、振动台、夹具、试验件和系统的其它设备。
要实现稳定的控制,必须进行解耦运算,即需要补偿系统使得一个独立的输入将产生一个独立的输出,因系统响应结果应与给出的参考谱[r]一致,需引进补偿矩阵[Z],以消除互耦影响,则振动台的驱动信号为:
若补偿矩阵定义为:
以上即是双台甚至多台振动台同步/相位控制的基本原理,实际系统中,考虑到系统会受到噪声、时变等非线性因素的影响,振动控制器需要实时在线修正各种因素引入的误差,以实现多个控制点幅值/相位与参考谱一致。
PART 2 MIMO双台单轴测试的应用
细长体等结构,在单个振动台上测试的难度很大。而通过两个振动台,即可轻松地实现产品的同步、推拉振动测试。
PART 3 VESSTA 系列MIMO控制器
VESSTA 系列MIMO控制器是一款性能优异的MIMO振动控制器。它可以和两个振动台组成双台同步、推拉测试系统,对产品进行正弦、随机、冲击等振动测试。
VESSTA 10EX MIMO控制器(最多72输入)
VESSTA 21EX MIMO控制器(最多160输入)
通过板卡数量的灵活组合,可配置2-24输出、2-160输入的测试系统,可以轻松满足不同产品多样化的MIMO振动测试需求。
PART 4 MIMO两轴测试系统的组成
MIMO控制器和两个振动台,功率放大器,传感器组成MIMO双台单轴测试系统。
MIMO振动控制系统组成示意图
安装要点:
1.MIMO控制器的输出端口和功放的输入端口连接;
2.功率放大器和振动台通过专用线缆连接;
3.传感器的输出端和MIMO控制器的输入端口连接;
操作要点:
测试前:开启MIMO控制器电源,开启功放电源,开启功放增益;(功放增益最后开启)
测试后:关闭功放增益,关闭功放电源,关闭控制器电源。(功放增益最先关闭)
PART 5 MIMO振动测试的类型
VESSTA 系列MIMO控制器拥有丰富的测试功能,可以满足用户多样的测试需求。常见的测试模块包括:
√ 随机控制
√ 正弦控制、步进正弦、共振搜索与驻留
√ 经典冲击控制,瞬态冲击(地震波模拟),冲击响应谱
√ 长时波形复现(道路谱模拟)
...
在此基础上,根据用户的反馈和需求,我们不断升级软件功能,提供包括限值/下凹控
制、输入输出转换、多变量控制、长方阵控制、实时数据记录&离线分析等功能,为用户的测试需求提供合理有效的解决方案。
PART 6 MIMO双台单轴测试示例
双台同步随机40dB试验
在两个振动台上放置一个横臂梁结构,进行双台同步试验。
40dB谱图形状如图所示,有效值为8g。
注:a,b段频率差值要求不大于40Hz。
相位谱图如图所示。
相干系数在0.3-0.7,谱图如图所示。
试验时间5分钟。两只传感器灵敏度分别为:31.4 pC/g,30.56 pC/g。
测试步骤如下:
1.打开多轴振动控制器软件,在起始页点击“随机”。
2.“振动台参数”中,输出1,2分别代表两个振动台的输出,选择振动台型号或自定义振动台参数。
3.“试验编辑—激励组”中,添加2个激励组。
4.“输入通道”中,设置2个激励组对应的控制通道以及传感器的输入模式和灵敏度。
5.“输出通道”中,设置激励组1,2对应的输出通道。
6.“参考谱”中,双击“G1,1”。在“G1,1”界面参照40dB谱图形状设置参考谱,并点击“调整”按钮,调至8g有效值。
点击“复制到所有”,G2,2会自动和G1,1一致。
双击“G1,2”,在“G1,2”界面设置相干系数和相位。
7.“计划表”中,设置量级试验的时间。
8.检查硬件连接无误后,开启功放及增益,开始试验。测试过程如图所示。