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較大偏差，造成“過試驗”與“欠試驗”；最后，以傳統控制方法為基礎，對振動控制方法進行優化改良，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境工程中出現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境作用下，是否能達到產品規范所規定的各項要求。振動環境試驗的有效性取決于試驗室條件下產生的振動環境與實際使用過程的振動環境之間的相似程度。

2.2振動試驗中的控制

在試驗室的振動環境中，試驗件一般利用適當的夾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律進行計算并進行修正，得到該頻段的輸入控制數據，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，可見本次控制優化策略非常成功。同時，只有在共振點附近，量值出現較大偏差（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（規定值為1.81 g），與試驗規定量值相差較大，存在很嚴重的“欠試驗”現象，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