超低頻振動校準系統的研究

佘天莉

（中國地震局工程力學研究所，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注。本文在分析國內外超低頻振動校準系統的研究現狀的基礎上，以超低頻振動校準系統為核心，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，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，在隔振理論的基礎上，提出了基于反饋技術的主動隔振方法，根據不同的反饋參量，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，以找出最優方案。同時，分析了超低頻標準振動臺的隔振方法，指出被動隔振和主動隔振相結合的方法，可以更有效地解決超低頻振動臺的基礎隔振問題。

其次，通過介紹超低頻振動臺的工作原理，構建了超低頻振動臺的力學模型，并對其動態特性進行分析。指出了超低頻振動臺的幾個關鍵的技術問題，如振動臺的非線性失真、自身的穩定性、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合的復合反饋的技術，分析了系統在復合反饋下的動態特性，表明此技術對于超低頻振動臺減小失真有著明顯的作用，從而證實，在超低頻振動校準系統中，采用負反饋技術是必要且有效的，它可以改善系統的動態特性，降低系統的失真度，可對超低頻振動傳感器進行有效的校準。

再次，基于負反饋技術，以當代先進的PID控制和模糊控制理論為基礎，設計了一套基于模糊自整定PID控制算法的數字伺服控制系統，克服了傳統的模擬伺服控制器系統通常有著調試困難、容易受到環境溫度變化的影響而產生漂移、缺乏實現復雜計算的能力、無法實現現代控制理論指導下的控制算法等缺點。在MATLAB環境下編程并進行仿真，確定了KD、KP、KI三個主要參數的初值，歸納了這3個主要參數的選取規則，指出了誤差變化對這3個參數在調整過程中取值變化的影響，以及各參數之間的關系。通過階躍信號響應仿真表明，該控制器與傳統的PID控制器相比，有著更為良好的動態特性。從仿真中還可以看出，系統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系統進行硬件實現，實驗表明，這種控制器所構成的系統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A類不確定度的產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，總結并分析了系統的B類不確定度和系統的合成不確定度；同時探討了在測量數據處理的過程中，對于異常值的判斷及其剔除準則；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的隨機誤差。

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