单轴振动试验广泛用于评估UUT的力学性能,如果UUT通过试验则说明UUT满足试验结构的持续性和耐久性。有时需要多方向激励试验来评估UUT的鲁棒性,这让多输入多输出(MIMO)试验得到广泛应用。确保振动台允许在单轴、双轴和三轴等各种配置下进行试验就非常重要。然而涉及到振动台配置、滑台、驱动杆、夹具等部件的安装,需要耗费大量的工作量。
晶钻仪器提供独特的解决方案。晶钻仪器多输入多输出随机振动控制软件提供振动抑制(Control Null)功能,用户只需在软件里做简单的设置,就可以在三轴振动台上做单轴或两轴振动控制试验。用户可以选择在三个方向上的任意方向做振动试验。通过这个功能,软件抑制某个方向上的振动,并且仍对另外的方向进行振动控制。
通过振动抑制(Control Null)功能,“Control Null”通道的振动目标量级将最小化。这让用户实现了在三轴振动配置中只做一个方向的振动,而另外两个方向抑制振动。经过DSP计算的抑制方向驱动信号实现抑制方向最低可能响应。当主导方向做振动控制时,抑制方向的响应显著降低。
我们用案例来说明这个功能的作用。我们分别用每个方向推力20kN的三轴振动台和小型三轴振动台来演示这一功能。
Spider-80M是晶钻仪器公司研发的专门用于MIMO振动试验的振动控制器,最多支持8个输出。硬件搭配晶钻仪器的EDM MIMO VCS软件,为随机振动试验提供精确、实时、多通道控制。
试验细节:
1.缩放NAVMAT目标谱RMS量级为1g,用于随机振动控制试验;
2.首先,运行一个X方向的单轴振动控制试验,测量另外两个方向Y向和Z向的响应。振动控制试验在三轴电动振动系统上进行。
图5 X方向单轴随机振动控制试验,不启用Control Null
3.用相同的目标谱在三轴电动振动系统上做试验,X向做振动控制,Y和Z向启用Control Null
图6 三轴随机振动控制试验,Y向和Z向启用Control Null
4.下表比较了单轴试验和启用Control Null的三轴试验结果,我们发现启用Control Null后,非主要方向Y和Z向的RMS几乎是没启用Control Null时的四分之一。
方向 | 未启用Control Null(单轴试验)的RMS值 | 启用Control Null(三轴试验)的RMS值 | 区别 |
X(控制) | 9.75m/s2 | 9.73m/s2 | N/A |
Y | 2.89m/s2 | 0.74m/s2 | 抑制74.4% |
Z | 2.91m/s2 | 0.81m/s2 | 抑制72.2% |
表1 启用和未启用Control Null振动控制试验的RMS值比较
对于单轴振动控制试验,非主导方向(Y和Z)的RMS值是主导方向(Z)的30%。对于启用Control Null功能后的三轴试验,非主导方向(Y和Z)的RMS值是主导方向(Z)的8%。这说明Control Null功能能够有效抑制非主导方向的振动。
5.我们在小型三轴振动台上做类似的试验。X向和Y向启用Control Null功能,Z向即垂直方向做振动控制。
X,Y和Z向的APS和块信号说明了X向和Y向的振动被抑制,而Z向仍然做振动控制。
试验结果验证了晶钻仪器公司MIMO振动控制系统的有效性和可靠性。