某光電產品振動控制方法研究

寇望濤，黎剛，張長奇，王彥昊，常海

（西安應用光學研究所，陜西 西安 710065）

某光電產品振動控制方法研究

寇望濤，黎剛，張長奇，王彥昊，常海

（西安應用光學研究所，陜西 西安 710065）

本文以某產品振動試驗為研究對象，首先，按照傳統(tǒng)振動控制對產品進行正弦掃頻及寬帶隨機振動試驗；其次，對頻率響應結果進行研究，隨機振動和掃頻振動試驗在測試過程中出現(xiàn)較大偏差，造成“過試驗”與“欠試驗”；最后，以傳統(tǒng)控制方法為基礎，對振動控制方法進行優(yōu)化改良，即通過輸入控制的實時修正等方法來完成，并且通過試驗驗證，得到預期結果。

振動；正弦掃頻；隨機振動；加速度限控制

1　研究背景

在工程技術中常常遇到的一個問題就是振動，它又分為確定性和隨機性兩種振動，在交通或者航空、航天中，在相關設備運行的過程中總是會經歷振動的環(huán)境，振動有時候會引起破壞，這種破壞在很多時候會直接導致設備的故障。隨著科技的不斷進步，各種飛行器不斷的提速，水路交通的發(fā)展，以及抗地震和抗風結構等建筑的研究，在結構動力學和振動環(huán)境工程中出現(xiàn)的一個最重要的問題就是分析振動。

2　振動試驗理論和振動控制

2.1振動試驗理論

試驗一般是指在試驗室條件下，產生一個作用于被試的產品上人工可控的振動環(huán)境，使產品承受與實際使用過程中相似的振動激勵信號，以考核產品在該使用過程的振動環(huán)境作用下，是否能達到產品規(guī)范所規(guī)定的各項要求。振動環(huán)境試驗的有效性取決于試驗室條件下產生的振動環(huán)境與實際使用過程的振動環(huán)境之間的相似程度。

2.2振動試驗中的控制

在試驗室的振動環(huán)境中，試驗件一般利用適當?shù)膴A具將其固定在振動臺上，振動臺和夾具是對使用過程中的振動環(huán)境進行的模擬。在通常情況下講，在試驗條件下，夾具和試驗件的接觸面上選擇的特定點就是振動的控制點，它所表示的就是在具體的使用過程中，裝置的振動引起的平臺的環(huán)境 激勵。

3　產品振動控制策略研究

3.1正弦掃頻試驗分析及控制研究

（1）技術要求下的試驗及分析。采用極值控制，開始對該試件水平方向進行正弦掃頻振動試驗。通過試驗測試并分析，在掃瞄的過程中，試件安裝平面的加速度傳感器一直從5～136 Hz都處于主要控制，而從136～500 Hz，都屬于被動控制，從而量值得到衰減，并且衰減到一倍以上，不符合產品技術要求，有可能會對產品造成損壞，因此，振動控制方法應需要進一步改善。

（2）輸入控制的實時修正。需要對振動頻率136～500 Hz的帶寬振動控制進行實時修正，按照主控和被控的傳遞規(guī)律進行計算并進行修正，得到該頻段的輸入控制數(shù)據，然后采用水平滑臺上的傳感器進行控制，試件平面的傳感器為響應，按照該圖進行掃瞄試驗，得到掃瞄圖譜見圖1，其中粗綠色線為試件安裝平面的輸出曲線，其量值基本都處于2 g量值線的附近（規(guī)定允差范圍之內），只有在共振頻段160 Hz左右偶爾超差，可見本次控制優(yōu)化策略非常成功。同時，只有在共振點附近，量值出現(xiàn)較大偏差（夾具與產品的共振耦合作用）。由于夾具的缺陷（受試驗室振動設備硬件條件、試件形狀、大小體積的限制，本夾具結構已是最優(yōu)設計選擇），導致在共振點的控制量值較大（圖1）。

3.2隨機振動數(shù)據分析及控制研究

（1）技術要求下的試驗及分析。本試驗加速度傳感器分別位于試件安裝平面和振動臺水平滑臺上。本試驗用到兩根控制傳感線。本試驗采用平均控制，通過試驗測試并分析，在隨機振動過程中，試件安裝平面的量值僅為1.13 g（規(guī)定值為1.81 g），與試驗規(guī)定量值相差較大，存在很嚴重的“欠試驗”現(xiàn)象，試件的隨機振動控制方法需要改善。

圖1　正弦掃頻的最優(yōu)控制圖譜

（2）加速度輸入控制的實時修正。對控制譜進行實時修正。首先，試件的量值僅為1.13 g，在100 Hz以后，衰減比較嚴重，需要對100～500 Hz控制曲線進行適當修正。其次，根據響應譜，按照其傳遞率對譜線進行反向修正，增加控制譜輸入量值，通過公式：L=20log（g /go），可得，L=20log（1.8 g/14.169 g）≈-8 dB。最后，按照該圖譜進行試驗，由-20 dB逐漸增加輸入量值，直到-8 dB，圖2即為試驗圖譜，其安裝面振動量值為1.79 g，符合預期要求，試驗結束。

4　總結和展望

通過本文的研究，在振動試驗控制方法上取得預期效果，但仍有一些問題需要進一步研究和探討。一是本文主要從結構上進行分析，實際振動過程中是一個機、電、磁等綜合的過程，需要把各個方面綜合考慮進來。二是可以通過本文研究成果，舉一反三，應用到其它試件產品的振動試驗過程中，并能取得理想的結果。

圖2　隨機振動控制修正圖譜

［1］ 李江林.振動試驗的工程技術應用［M］，2011.

［2］ 朱學旺，李健，王東升.夾具動態(tài)特性與振動試驗控制精度的關系研究［J］.儀器儀表學報，2002：546～548.

［3］ 周臨震，王新民.夾具強迫隨即振動響應分析［J］.鹽城工學院學報，2003：43～45.

TH703

A

1671-0711（2016）08（下）-0043-02