3-9  随机振动控制算法研究与仿真分析

严  侠  牛宝良

随机振动试验是振动环境试验常用的一项重要试验方法。开展随机振动控制算法研究，将有助于提高随机振动试验技术水平。随机振动控制原理如图1所示，其系统的主要功能模块可分为：测量信号的自功率谱密度(PSD)计算；驱动信号的PSD更新；驱动信号相位随机化，转换成FFT谱；IFFT变换生成时域帧信号；时域帧信号搭接。

PSD计算采用周期图法；驱动信号PSD更新，需要经过系统辨识，逆传递函数补偿，再进行驱动信号PSD的反馈修正；时域帧信号搭接，一般采用加窗、重叠的办法，两帧搭接选择的窗函数通常采用半正弦窗，但会带来搭接后信号PSD变化较大，损失信号PSD动态范围，这里提出了利用Hanning窗的3帧搭方法，使得搭接前后信号PSD相近，同时也保证了信号PSD的动态范围。

随机振动控制算法研究中，利用Matlab软件进行整个随机振动控制仿真系统设计与分析。随机振动控制系统包括控制器、受控对象(功率放大器、振动台及夹具试件)、测量环节(加速度传感器)。考虑到着重对控制算法的研究，简化了受控对象和测量环节的模型，将功率放大器、振动台及夹具试件作为一体进行建模和模型辨识，对测量环节则简化为一个比例常数(加速度传感器的灵敏度)。

系统仿真中，以某型电动振动台带负载为振动台模型，随机振动控制PSD谱在±3 dB容差范围内，同时系统均衡速度快，在6帧以后趋于稳定。另外，对于不同的控制对象，也得到了类似的控制效果。

通过研究，设计出了随机振动控制算法并建立了仿真模型。仿真结果表明，算法有效可行，提出的驱动信号逆传递函数补偿和信号3帧搭接法，能够有效地提高随机振动控制系统的均衡速度和动态范围。