振動控制方法及控制點特殊應用技術研究

曹喜栓

摘要：振動環境試驗的有效性取決于實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。結合夾具傳遞特性，采用合適的振動控制方法和有效的控制點應用技術，能更準確地再現產品在工作中實際承受的環境條。

1引言

振動環境試驗通常是指在實驗室條件下產生一個人工可控的振動環境，作用在被試的產品上，使得產品經受與實際使用過程的振動環境相同或相似的振動激勵作用，以考核產品在預期使用過程的振動環境作用下，能否達到產品設計所規定的各項要求。振動環境試驗的有效性取決于試驗條件下產品所承受的振動環境與實際使用過程中的振動環境是否一致，在振動試驗中，由于試品與振動臺面安裝孔位的差異和試件三軸向試驗的要求，通常使用夾具來過渡聯接試品與振動臺。

由于試品與振動臺，試驗夾具的動力學耦合作用，實驗室振動環境試驗的模擬結果往往偏離上述理想狀態，使得試驗件上的振動響應也與預期使用過程中裝備上的振動響應不一致，特別是在系統的共振和反共振頻率附近，這將導致試驗件的過試驗或欠試驗。在實驗室振動環境試驗中，需要采取適當的控制策略以改善過試驗或欠試驗的程度，使得試驗結果更接近預期使用情況;另一方面，由于試品結構的特殊性，使得對試驗夾具的改進十分困難，而試驗夾具動態特性的優劣將直接影響試品振動試驗的準確性，在工程實踐中，從試驗控制技術角度出發，在夾具不做任何修改的情況下研究探索改善試驗夾具動態特性的方法顯得尤為重要和有效，文獻2將這種方法稱為振動控制點應用技術。很多時候，我們必須將試驗控制策略的選擇和振動控制點應用技術結合考慮，才能真正完成一次準確的振動試驗。

2 振動控制方法

2.1加速度輸入控制法

加速度輸入控制法是振動環境試驗的傳統方法，在這種控制方法中，加速度傳感器安裝在振動臺面上或與試驗件連接的夾具上，試驗時，根據規定的振動試驗譜產生振動抬得驅動信號，以反映預期使用過程中平臺產生的振動環境激勵。從理論上說，在振動臺、夾具、產品之間的動力耦合作用不會導致試驗結果產生明顯偏離的情況下，加速度輸入控制法是可靠的。

2.2力輸入控制策略

在振動臺、夾具和產品之間采用動態力傳感器連接，以反映預期使用過程中平臺與產品之間傳遞的動態界面力。振動試驗時，根據規定的振動試驗力譜或時間歷程，產生振動臺的驅動信號，并通過動態力傳感器的反饋信號對驅動信號進行實時修正。

2.3加速度限控制策略

加速度限制控制法是對加速度輸入控制方法的一種改進，目的是為了減小加速度輸入控制中由于振動臺、試驗夾具、試件之間的動力學耦合作用所造成的過試驗程度。與加速度輸入控制法不同的是，加速度限控制法除了在夾具上安裝控制傳感器外，還在試件的某些特定點上安裝監測加速度傳感器，并規定振動試驗中這些特定點上的振動加速度響應限。

在振動試驗時，根據試件連接界面上規定的振動試驗加速度譜產生驅動信號，并通過控制加速度傳感器的反饋信號對驅動信號進行實時修正，以保證夾具、試件界面處達到規定的振動量級，但是當某些頻段上出現監測加速度傳感器的振動響應值超過預先設定的限制譜時，可對輸入進行修改以將監測加速度傳感器的振動響應控制在規定的限制譜內。

2.4加速度響應控制策略

對于加速度響應控制法，振動試驗條件一般是由試驗件上特定點的加速度響應值規定的。與加速度輸入控制不同，響應控制是基于響應模擬原理，即如果試驗件有足夠的運動自由度上的振動加速度達到了規定的振動量級，則整個試驗件的振動響應將達到試驗所要求的振動量值。

3 控制點應用技術

3.1理論分析

稱為傳遞函數。控制點應用技術就是將控制點設置在夾具上，達到改善夾具動態特性的目的，從而減少因振動臺面本身的動態耦合作用對傳遞函數的影響，進一步提高整個試驗的控制精度和試驗的準確度。

控制點位置的選擇方法的基本原則為：當夾具中試驗樣品安裝區各點的傳遞函數基本相同時，控制點位置可選擇在這些點任何一點或幾點;當夾具中試驗樣品安裝區各點傳遞函數相差較遠時，應該取各點中最大值和最小值的平均值所在點為控制點，或者采用多路平均控制。

與此同時，在采用控制點應用技術時，振動控制儀的壓縮控制動態范圍必須與夾具動態特性適配，隨著電子技術的發展，振動控制儀的動態范圍都比較大，一般都能達到40dB，基本都能滿足夾具的動態特性。

3.2工程應用實例

為驗證不同控制方法和控制點應用技術的實效，以某型號電池振動試驗為例具體說明。其試驗夾具如圖1所示，產品固定在夾具斜面上。

由于試驗產品安裝位置位于夾具斜面上，斜面呈懸空狀，如果將控制加速度傳感器直接安裝產品與夾具連接點附近（B點），會由于試件及夾具的動態范圍過大造成振動試驗失控的可能性;如果將控制加速度傳感器安裝在夾具與振動臺面具連接點附近（A點），會由于振動過程中夾具的傳遞放大，導致試驗產品承受的振動量級過大，造成過試驗。通過對夾具結構動態特性的分析，結合振動控制的實施方法，此次試驗選擇將控制點設置在夾具底端的C點，同時考慮懸空斜面夾具極易造成在某些頻段放大試驗量級的特性，試驗過程中在B點或產品上某些特定危險點增加響應控制，將它們的響應控制在結構設計允許的范圍內。試驗結果如圖2、圖3所示。

4結論

控制應用技術，對于大多數振型的試驗夾具都能使用動態特性獲得明顯的改善。在振動試驗中，采用不同的控制方法可以避免因試驗臺面或夾具之間的耦合作用產生的試驗失真，控制點應用技術與不同控制方法的結合，可以在試驗過程中更加真實模擬場 外試驗結果。對于其它振型較為復雜的試驗夾具，在應用此項技術時，應在完整分析夾具動態特性的基礎上，根據試驗技術原理實施。

參考文獻：

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（作者單位：中國電子科技集團公司第十八研究所）