超低頻振動校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究

佘天莉

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080）

（作者電子信箱：佘天莉：agatha＿iem＠163．com）

超低頻振動問題在工程實踐中廣泛存在，并且受到越來越多的關(guān)注。本文在分析國內(nèi)外超低頻振動校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以超低頻振動校準(zhǔn)系統(tǒng)為核心，通過理論分析、程序仿真和實驗研究，建立了一套可以有效減小振動臺失真的系統(tǒng)，并獲得了良好的實際效果。提出新的控制方法并加以驗證。本文的主要研究工作有以下幾個方面：

首先，通過對振源的分析，在隔振理論的基礎(chǔ)上，提出了基于反饋技術(shù)的主動隔振方法，根據(jù)不同的反饋參量，介紹了幾種不同的反饋方法，并通過MATLAB編程進行仿真，分別予以分析，以找出最優(yōu)方案。同時，分析了超低頻標(biāo)準(zhǔn)振動臺的隔振方法，指出被動隔振和主動隔振相結(jié)合的方法，可以更有效地解決超低頻振動臺的基礎(chǔ)隔振問題。

其次，通過介紹超低頻振動臺的工作原理，構(gòu)建了超低頻振動臺的力學(xué)模型，并對其動態(tài)特性進行分析。指出了超低頻振動臺的幾個關(guān)鍵的技術(shù)問題，如振動臺的非線性失真、自身的穩(wěn)定性、地基干擾及背景噪聲等問題，并對上述各種問題進行了大致的分析。通過對比相對速度和絕對速度反饋，介紹了相對速度和絕對速度相結(jié)合的復(fù)合反饋的技術(shù)，分析了系統(tǒng)在復(fù)合反饋下的動態(tài)特性，表明此技術(shù)對于超低頻振動臺減小失真有著明顯的作用，從而證實，在超低頻振動校準(zhǔn)系統(tǒng)中，采用負反饋技術(shù)是必要且有效的，它可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，降低系統(tǒng)的失真度，可對超低頻振動傳感器進行有效的校準(zhǔn)。

再次，基于負反饋技術(shù)，以當(dāng)代先進的PID控制和模糊控制理論為基礎(chǔ)，設(shè)計了一套基于模糊自整定PID控制算法的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的模擬伺服控制器系統(tǒng)通常有著調(diào)試?yán)щy、容易受到環(huán)境溫度變化的影響而產(chǎn)生漂移、缺乏實現(xiàn)復(fù)雜計算的能力、無法實現(xiàn)現(xiàn)代控制理論指導(dǎo)下的控制算法等缺點。在MATLAB環(huán)境下編程并進行仿真，確定了KD、KP、KI三個主要參數(shù)的初值，歸納了這3個主要參數(shù)的選取規(guī)則，指出了誤差變化對這3個參數(shù)在調(diào)整過程中取值變化的影響，以及各參數(shù)之間的關(guān)系。通過階躍信號響應(yīng)仿真表明，該控制器與傳統(tǒng)的PID控制器相比，有著更為良好的動態(tài)特性。從仿真中還可以看出，系統(tǒng)對于正弦激勵信號的跟蹤也有著良好的效果。在振動臺上通過DSP系統(tǒng)進行硬件實現(xiàn)，實驗表明，這種控制器所構(gòu)成的系統(tǒng)可以有效地減小振動臺的失真，具有一定的可行性和有效性。

然后，分析了系統(tǒng)A類不確定度的產(chǎn)生原因以及計算公式；分別從振動位移誤差、輸出電壓測量誤差、臺面橫向運動誤差、頻率測量誤差等幾方面，總結(jié)并分析了系統(tǒng)的B類不確定度和系統(tǒng)的合成不確定度；同時探討了在測量數(shù)據(jù)處理的過程中，對于異常值的判斷及其剔除準(zhǔn)則；指出了采取多次測量取平均值的處理方法，可以有效地減小系統(tǒng)的隨機誤差。

最后，對全文的主要研究工作進行了總結(jié)，并展望了今后需要進一步深入開展的工作。