多激励单轴（MESA）控制的用途和独特特性

本文讨论了使用晶钻仪器振动控制器的多激励单轴（MESA）控制的用途和独特特性。

MESA是一种多激励装置，所有激振器沿单轴布置。目标是将多个激振器的激励力和尺寸能力结合起来，以测试长或大型被测装置。MIL-STD-810G方法527讨论了涉及单个和多个激振器测试配置的术语。

以下部分将详细介绍MIMO（多输入多输出）和台面振动控制。MEMA（多激励多轴）振动控制完成了这三个步骤。

MIMO振动测试系统为控制器提供了最完整的数学描述。每种振动控制类型都有独特的问题需要解决。

振动测试使用多个激振器而不是单个激振器的原因：

与单自由度振动测试相比，三自由度或多自由度振动测试为被测单元提供了更真实的模拟。
大型结构测试，在没有大量固定装置的情况下，单台振动台无法激发。
使用单个振动台进行的大型结构试验不能提供足够的力。
需要同时多轴激励的测试（仅限平移）。
需要同时多轴激励和旋转（6自由度）的试验。
当单自由度测试不足以适当分配振动能量以满足规范要求时，建议进行多自由度测试。

使用MESA（多激振器单轴）振动控制的原因：

对于一个非常大的结构，测试单个振动台并不能提供足够的力。使用两个或多个振动台来实现单一振动台激励所追求的相同目标。

MIMO和MESA振动控制之间的主要区别：

MIMO振动控制要求控制多个相同或不同的目标谱，而在MESA中只需要一个目标谱。
MIMO振动控制通常在不同轴之间具有良好的机械解耦，而在台面振动控制中，两个或多个振动台之间的耦合通常更难解决。

多输入多输出（MIMO）振动控制

通常，MIMO振动控制用于MEMA振动台系统。

振动台内部有一个解耦器，可以进行三轴平移运动。MEMA系统需要一个MIMO振动控制器来实现控制。以下三轴振动台系统的照片显示了三个相互垂直的振动台。该振动台系统能够沿X、Y和Z方向同时提供振动。

三个定向振动台可以沿每个轴单独或一起移动。这允许同时进行X、Y和Z轴测试。

6自由度系统是另一个MEMA系统。

上图显示了一个包含八个振动台的六自由度振动台系统。四个振动台垂直布置，两个振动台分别沿纵向和横向布置。从激励的角度来看，这个系统是超定的。有八个驱动自由度，而振动台的六个自由度将由八个振动台驱动。通过MIMO振动控制，可以控制振动台系统进行相应的振动测试，即随机、正弦、路谱仿真等。

在典型的MIMO振动测试设置中，定义了多个目标谱。每个目标谱都有一个相应的控制信号。每个控制信号来自多个输入通道的加权和。

以下屏幕截图显示了随机振动测试中的三个控制信号和三个目标谱。

晶钻仪器MIMO振动控制器采用传递函数矩阵和相位控制来实现控制性能。

多激振器单轴（MESA）振动控制

下图显示了一个双振动台垂直配置，可以使用MESA振动控制进行控制。

请注意，被测单元被严格安装在振动台的顶部。

另一种双振动台:

被测单元安装在双振动台的顶部，以物理方式允许异相运动。

双振动台系统通常配置为垂直、水平推压或水平推拉。

MESA振动控制的一个独特功能是能够设置多个控制通道并使用加权平均控制策略。试验期间，平均控制信号只会遵循一个参考曲线。

MESA振动控制的挑战与策略

在台面振动测试装置中，以下机械部件的组合在振动台之间建立了很强的相关性：

扩展台面
滑动台
固定装置
UUT（被测单元）

随着受测试单元的重量和尺寸增加，测试设备也随之增加。扩展台面或滑动台随着尺寸的增大而降低其较低的共振频率。严格的测试标准可能仍然要求较高的频率为2000 Hz。

结构和测试系统的共振和反共振给振动测试的控制带来了极大的困难。共振可以通过相应的低驱动电压直观地控制，因为它们在不同的位置重合，谐波引起的响应除外。另一方面，当使用单通道控制策略时，可能无法控制反共振点。反共振频率下的单控制通道响应过低。这将导致超高驱动电压补偿响应水平，最终超过驱动极限。加权平均值将解决这个问题，因为反共振频率会随着位置的变化而变化。使用平均控制策略，谷值被平均化。这将导致所需的驱动电压在驱动极限内。