機械振動試驗臺在礦山爆破危險品運輸模擬實驗中的應用研究

周軍小

（撫順礦業集團技師學院，遼寧 撫順 113008）

機械振動試驗臺是爆炸產品和電子元器件、儀器儀表等產品試驗的重要設備。由于受到振動試驗臺機械部分和轉角、環境的制約，試驗臺的試驗軌跡都是固定的，試驗范圍受限，把滑模變結構控制應用于試驗臺，擴大實驗臺試驗范圍，并增加了試驗的復雜度[1]。滑模變結構理論是在20世紀50年代由蘇聯的數學家提出的一種控制理論，其本質是一種非線性控制，表現為控制的不連續性。與傳統控制方法相比，系統的機構不是固定的，而是隨著系統當前的狀態的變化而變化，通常表現為隨各階導數和偏差量的變化而變化。這樣的變化不是隨意的，而是事先經過設計的，強加在原控制系統上，在某一特定時刻或某一特定階段，迫使系統軌跡按照預先設定的軌跡曲線運動，即按照滑動模態進行?；瑒幽B的設計與系統的狀態有關，與系統的干擾和參數無關，所以表現為對干擾不敏感[2]。缺點是迫使系統軌跡從任意位置趨向滑模面的時候，要反復地穿越滑模面，并且下一次穿越比上一次穿越的幅度要小，趨向滑模面時，速度要快；穿越滑模面后，速度減小，再反向穿越……整個過程的速度和時間不好把握，如果時間較短，那么系統的抖振幅度過大，影響到系統的穩定性；如果時間較長，系統抖振持續時間過長，系統不可控。

1 機械振動試驗臺

機械振動試驗臺是一種利用電磁、液壓、壓電等原理獲得振動的試驗裝置。原理是將一個電磁線圈置于磁場中，當激勵信號發生器發出信號后，電磁線圈得電，與之相關聯的振動臺獲得動能，試驗臺隨之按照設定的軌跡動作。一般用于10HZ以上20HZ以下的頻率范圍試驗，最大可以實現200N的壓力，一般驅動力由伺服系統控制。

機械振動試驗臺主要用于國防、電工電子、機電、光電、電氣設備等行業，用來模擬產品在組裝、運輸和執行過程中所能承受的各種壓力，檢測產品所能承受環境振動的壓力。傳統的試驗臺需要把試驗產品使用機械夾具固定在臺上，通過設定伺服系統的頻率來實現速度的變換。本文引入電磁吸盤來代替機械夾具，優點是電磁吸盤具有操作簡單、不損傷工件，尤其是一些航天用的元器件。

圖1 機械振動試驗臺

圖2 傳統的曲線圖

該試驗臺的缺點是產品試驗的單一性，通過激勵頻率來改變振動的頻率和速度，只能通過振動來進行試驗，忽略了產品在運輸、組裝過程中方向的變化，即在不同的方向上進行振動試驗，如將產品固定在與水平面斜45°進行振動試驗等。因為產品在運輸或組裝調試中可能出現一些意料之外的情況。

2 滑模變結構控制

本文是在傳統冪次趨近律的基礎上，設計了一種新趨近律，驗證過程如下：

趨近律的微分形式：

該趨近律是在分析冪次趨近律的基礎上，通過組合的理念來設計的，描述系統軌跡在0＜α＜1條件下運行狀態，描述系統軌跡在α＞1條件下運行狀態。這樣很好的彌補了冪次趨近律只能在0＜α＜1條件下使用的局限性。

說明新趨近律能在有限時間內到達滑模面。

3 新趨近律應用于振動試驗臺

選取振動試驗臺可以近似為一個單輸入單輸出系統，狀態方程為：

圖3 控制軌跡曲線

圖4 控制輸出曲線

4 結論

針對傳統振動臺機械夾具的缺點和試驗的單一性，本文提出了使用電磁吸盤代替機械夾具固定試驗產品和滑模變結構控制算法，通過對控制律輸入狀態變量（偏差和各階導數）和矩陣參數的調整，使新控制律能很好的應用于振動臺試驗的控制中，使振動臺從試驗的單一性轉向試驗的多元性，仿真實驗表明：新算法的控制效果優于傳統的控制效果，且具有對干擾不靈敏的優點。