振动控制方法及控制点特殊应用技术研究

曹喜栓

摘要：振动环境试验的有效性取决于实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。结合夹具传递特性，采用合适的振动控制方法和有效的控制点应用技术，能更准确地再现产品在工作中实际承受的环境条。

1引言

振动环境试验通常是指在实验室条件下产生一个人工可控的振动环境，作用在被试的产品上，使得产品经受与实际使用过程的振动环境相同或相似的振动激励作用，以考核产品在预期使用过程的振动环境作用下，能否达到产品设计所规定的各项要求。振动环境试验的有效性取决于试验条件下产品所承受的振动环境与实际使用过程中的振动环境是否一致，在振动试验中，由于试品与振动台面安装孔位的差异和试件三轴向试验的要求，通常使用夹具来过渡联接试品与振动台。

由于试品与振动台，试验夹具的动力学耦合作用，实验室振动环境试验的模拟结果往往偏离上述理想状态，使得试验件上的振动响应也与预期使用过程中装备上的振动响应不一致，特别是在系统的共振和反共振频率附近，这将导致试验件的过试验或欠试验。在实验室振动环境试验中，需要采取适当的控制策略以改善过试验或欠试验的程度，使得试验结果更接近预期使用情况;另一方面，由于试品结构的特殊性，使得对试验夹具的改进十分困难，而试验夹具动态特性的优劣将直接影响试品振动试验的准确性，在工程实践中，从试验控制技术角度出发，在夹具不做任何修改的情况下研究探索改善试验夹具动态特性的方法显得尤为重要和有效，文献2将这种方法称为振动控制点应用技术。很多时候，我们必须将试验控制策略的选择和振动控制点应用技术结合考虑，才能真正完成一次准确的振动试验。

2 振动控制方法

2.1加速度输入控制法

加速度输入控制法是振动环境试验的传统方法，在这种控制方法中，加速度传感器安装在振动台面上或与试验件连接的夹具上，试验时，根据规定的振动试验谱产生振动抬得驱动信号，以反映预期使用过程中平台产生的振动环境激励。从理论上说，在振动台、夹具、产品之间的动力耦合作用不会导致试验结果产生明显偏离的情况下，加速度输入控制法是可靠的。

2.2力输入控制策略

在振动台、夹具和产品之间采用动态力传感器连接，以反映预期使用过程中平台与产品之间传递的动态界面力。振动试验时，根据规定的振动试验力谱或时间历程，产生振动台的驱动信号，并通过动态力传感器的反馈信号对驱动信号进行实时修正。

2.3加速度限控制策略

加速度限制控制法是对加速度输入控制方法的一种改进，目的是为了减小加速度输入控制中由于振动台、试验夹具、试件之间的动力学耦合作用所造成的过试验程度。与加速度输入控制法不同的是，加速度限控制法除了在夹具上安装控制传感器外，还在试件的某些特定点上安装监测加速度传感器，并规定振动试验中这些特定点上的振动加速度响应限。

在振动试验时，根据试件连接界面上规定的振动试验加速度谱产生驱动信号，并通过控制加速度传感器的反馈信号对驱动信号进行实时修正，以保证夹具、试件界面处达到规定的振动量级，但是当某些频段上出现监测加速度传感器的振动响应值超过预先设定的限制谱时，可对输入进行修改以将监测加速度传感器的振动响应控制在规定的限制谱内。

2.4加速度响应控制策略

对于加速度响应控制法，振动试验条件一般是由试验件上特定点的加速度响应值规定的。与加速度输入控制不同，响应控制是基于响应模拟原理，即如果试验件有足够的运动自由度上的振动加速度达到了规定的振动量级，则整个试验件的振动响应将达到试验所要求的振动量值。

3 控制点应用技术

3.1理论分析

称为传递函数。控制点应用技术就是将控制点设置在夹具上，达到改善夹具动态特性的目的，从而减少因振动台面本身的动态耦合作用对传递函数的影响，进一步提高整个试验的控制精度和试验的准确度。

控制点位置的选择方法的基本原则为：当夹具中试验样品安裝区各点的传递函数基本相同时，控制点位置可选择在这些点任何一点或几点;当夹具中试验样品安装区各点传递函数相差较远时，应该取各点中最大值和最小值的平均值所在点为控制点，或者采用多路平均控制。

与此同时，在采用控制点应用技术时，振动控制仪的压缩控制动态范围必须与夹具动态特性适配，随着电子技术的发展，振动控制仪的动态范围都比较大，一般都能达到40dB，基本都能满足夹具的动态特性。

3.2工程应用实例

为验证不同控制方法和控制点应用技术的实效，以某型号电池振动试验为例具体说明。其试验夹具如图1所示，产品固定在夹具斜面上。

由于试验产品安装位置位于夹具斜面上，斜面呈悬空状，如果将控制加速度传感器直接安装产品与夹具连接点附近（B点），会由于试件及夹具的动态范围过大造成振动试验失控的可能性;如果将控制加速度传感器安装在夹具与振动台面具连接点附近（A点），会由于振动过程中夹具的传递放大，导致试验产品承受的振动量级过大，造成过试验。通过对夹具结构动态特性的分析，结合振动控制的实施方法，此次试验选择将控制点设置在夹具底端的C点，同时考虑悬空斜面夹具极易造成在某些频段放大试验量级的特性，试验过程中在B点或产品上某些特定危险点增加响应控制，将它们的响应控制在结构设计允许的范围内。试验结果如图2、图3所示。

4结论

控制应用技术，对于大多数振型的试验夹具都能使用动态特性获得明显的改善。在振动试验中，采用不同的控制方法可以避免因试验台面或夹具之间的耦合作用产生的试验失真，控制点应用技术与不同控制方法的结合，可以在试验过程中更加真实模拟场 外试验结果。对于其它振型较为复杂的试验夹具，在应用此项技术时，应在完整分析夹具动态特性的基础上，根据试验技术原理实施。

参考文献：

[1] 陈新.机械结构动态设计理论方法及应用[M].北京：机械工业出版社，1997，72～76.

[2] 胡小弟，朱伟繁.用多点振动控制的方法优化夹具动态特性的研究.环境技术，1999，1：11～19.

[3] 郑术力，常少莉.振动试验夹具设计研究[J].可靠性设计与工艺控制，2006，24（5）：14～17.

（作者单位：中国电子科技集团公司第十八研究所）