某光电产品振动控制方法研究

2016-10-21寇望涛黎刚张长奇王彦昊常海

中国设备工程 2016年10期

关键词：扫频量值夹具

寇望涛，黎刚，张长奇，王彦昊，常海

（西安应用光学研究所，陕西西安 710065）

某光电产品振动控制方法研究

寇望涛，黎刚，张长奇，王彦昊，常海

（西安应用光学研究所，陕西西安 710065）

本文以某产品振动试验为研究对象，首先，按照传统振动控制对产品进行正弦扫频及宽带随机振动试验；其次，对频率响应结果进行研究，随机振动和扫频振动试验在测试过程中出现较大偏差，造成“过试验”与“欠试验”；最后，以传统控制方法为基础，对振动控制方法进行优化改良，即通过输入控制的实时修正等方法来完成，并且通过试验验证，得到预期结果。

振动；正弦扫频；随机振动；加速度限控制

1　研究背景

在工程技术中常常遇到的一个问题就是振动，它又分为确定性和随机性两种振动，在交通或者航空、航天中，在相关设备运行的过程中总是会经历振动的环境，振动有时候会引起破坏，这种破坏在很多时候会直接导致设备的故障。随着科技的不断进步，各种飞行器不断的提速，水路交通的发展，以及抗地震和抗风结构等建筑的研究，在结构动力学和振动环境工程中出现的一个最重要的问题就是分析振动。

2　振动试验理论和振动控制

2.1振动试验理论

试验一般是指在试验室条件下，产生一个作用于被试的产品上人工可控的振动环境，使产品承受与实际使用过程中相似的振动激励信号，以考核产品在该使用过程的振动环境作用下，是否能达到产品规范所规定的各项要求。振动环境试验的有效性取决于试验室条件下产生的振动环境与实际使用过程的振动环境之间的相似程度。

2.2振动试验中的控制

在试验室的振动环境中，试验件一般利用适当的夹具将其固定在振动台上，振动台和夹具是对使用过程中的振动环境进行的模拟。在通常情况下讲，在试验条件下，夹具和试验件的接触面上选择的特定点就是振动的控制点，它所表示的就是在具体的使用过程中，装置的振动引起的平台的环境激励。

3　产品振动控制策略研究

3.1正弦扫频试验分析及控制研究

（1）技术要求下的试验及分析。采用极值控制，开始对该试件水平方向进行正弦扫频振动试验。通过试验测试并分析，在扫瞄的过程中，试件安装平面的加速度传感器一直从5～136 Hz都处于主要控制，而从136～500 Hz，都属于被动控制，从而量值得到衰减，并且衰减到一倍以上，不符合产品技术要求，有可能会对产品造成损坏，因此，振动控制方法应需要进一步改善。

（2）输入控制的实时修正。需要对振动频率136～500 Hz的带宽振动控制进行实时修正，按照主控和被控的传递规律进行计算并进行修正，得到该频段的输入控制数据，然后采用水平滑台上的传感器进行控制，试件平面的传感器为响应，按照该图进行扫瞄试验，得到扫瞄图谱见图1，其中粗绿色线为试件安装平面的输出曲线，其量值基本都处于2 g量值线的附近（规定允差范围之内），只有在共振频段160 Hz左右偶尔超差，可见本次控制优化策略非常成功。同时，只有在共振点附近，量值出现较大偏差（夹具与产品的共振耦合作用）。由于夹具的缺陷（受试验室振动设备硬件条件、试件形状、大小体积的限制，本夹具结构已是最优设计选择），导致在共振点的控制量值较大（图1）。

3.2随机振动数据分析及控制研究

（1）技术要求下的试验及分析。本试验加速度传感器分别位于试件安装平面和振动台水平滑台上。本试验用到两根控制传感线。本试验采用平均控制，通过试验测试并分析，在随机振动过程中，试件安装平面的量值仅为1.13 g（规定值为1.81 g），与试验规定量值相差较大，存在很严重的“欠试验”现象，试件的随机振动控制方法需要改善。

图1　正弦扫频的最优控制图谱

（2）加速度输入控制的实时修正。对控制谱进行实时修正。首先，试件的量值仅为1.13 g，在100 Hz以后，衰减比较严重，需要对100～500 Hz控制曲线进行适当修正。其次，根据响应谱，按照其传递率对谱线进行反向修正，增加控制谱输入量值，通过公式：L=20log（g /go），可得，L=20log（1.8 g/14.169 g）≈-8 dB。最后，按照该图谱进行试验，由-20 dB逐渐增加输入量值，直到-8 dB，图2即为试验图谱，其安装面振动量值为1.79 g，符合预期要求，试验结束。