一種輸入與輸出信號波形對比的測試平臺動態性能評定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于動態性能測試領域，涉及一種可用于航空航天中測試平臺動態性能的 評定方法。
【背景技術】
[0002] 國防及航空航天領域對測量精度的要求越來越高，這對測試系統的設計提出了新 的要求；在對測試平臺中，傳感器是關鍵部件，其性能的優劣直接影響到測量的精度，尤其 是其動態性能的優劣直接影響測量的準確性和控制的實時性。目前，國內外對力傳感器的 靜態特性研究較為深入，而對于動態特性的研究較少。隨著近代高精密測試儀器的發展，靜 態力值的測量手段與方法已日趨完善，計量精度也不斷提高。對于動態力值則往往是"靜標 動用"的方法進行，即僅依據傳感器靜態校準時的數據結果作為動態測試時的依據。隨著技 術進步，人們對動態力測量精度的要求越來越高。為此，力傳感器的使用者首先要對力傳感 器進行動態標定，了解其動態特性。一個力傳感器很可能在測量靜態力工作狀態良好，性能 可靠，但在測量動態力時卻失真很大，甚至無法工作，所以對力傳感器進行相應的動態標定 是非常必要的。火箭推進技術作為其中的核心技術，更是備受關注。火箭發動機推力的精 確控制對控制飛行器運行姿態、提高目標命中精度等具有重要意義，正是在此基礎上一種 新的壓電石英推力與推力矢量測試平臺系統被開發研制出來，通過實驗對測試平臺進行動 態標定得到其動態性能，并尋找一種評定其動態性能好壞的方法具有重要的意義。
[0003] 傳統的動態性能評定方法主要觀察輸入和輸出波形圖像是否一致，沒有明確理論 方法來準確表達輸入輸出波形關系。因此設計一種輸入與輸出信號波形對比的測試平臺動 態性能評定方法十分必要。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術難題是構建一種測試平臺的動態標定實驗裝置，通過對測 試平臺進行動態標定，得到其輸入信號和輸出信號波形曲線，并設計一種輸入與輸出波形 對比的測試平臺動態性能評定方法，可以直觀、簡單、便捷的判斷出測試平臺的動態性能好 壞。
[0005] 本發明所采用的技術方案是：一種輸入與輸出波形對比的測試平臺動態性能評定 方法，該評定方法所用裝置包括信號發生器、功率放大器、激振器、橡膠繩、頂桿、阻抗頭、測 試臺架、測試平臺、電荷放大器、數據采集卡和計算機，測試平臺是用于對火箭發動機推力 矢量進行測試的平臺。信號發生器產生的激勵信號經功率放大器放大后輸入到激振器，激 振器通過頂桿與阻抗頭相連；阻抗頭固定在測試平臺上，其所測得的動態力值信號分為兩 路：一路經電荷放大器和數據采集卡直接輸入到計算機中，采集到的信號波形為輸入信號； 另一路先經過測試平臺，再經電荷放大器和數據采集卡輸入到計算機中，采集到的信號波 形為輸出信號。通過信號發生器產生激勵信號，經過一系列信號轉化和采集，分別得到測試 平臺的輸入信號和輸出信號的力一時間波形圖；在同一個周期內，比較輸入信號和輸出信 號的力一時間波形圖的縱坐標力值與橫坐標時間積分的比值，該比值越接近1說明測試平 臺的動態性能越好。
[0006] 本發明的顯著效果是：所發明的一種輸入與輸出信號波形對比的測試平臺動態性 能評定方法，其實驗裝置簡單、操作便捷，評定方法直觀、易懂，能夠迅速的判斷出測試平臺 動態性能的好壞，可以應用于機械工程、航空航天等領域關于測試平臺動態性能的評定中， 具有廣闊的應用空間。
【附圖說明】
[0007] 圖1為測試平臺動態性能標定實驗裝置圖。
[0008] 圖2為激振器的安裝方式示意圖。
[0009] 圖3為標準梯形力信號時測得的動態力波形圖。
[0010] 圖4為三角波力信號時測得的動態力波形圖。
[0011] 圖5為方波力信號時測得的動態力波形圖。
[0012] 圖中：1測試臺架；2測試平臺；3阻抗頭；4頂桿；5激振器；6橡膠繩；
[0013] 7輸入波形；8輸出波形。
【具體實施方式】
[0014] 結合技術方案和附圖詳細說明本發明的實施過程，如圖1所示，選用電動力式激 振器5作為執行器，配以相應的激勵信號發生器和功率放大器，來實現所需的動態力，并用 計算機數據采集系統來采集測試平臺的輸入力信號和輸出力信號。
[0015] 本發明的實驗過程如下：按照圖1所示將各種設備安裝連接，采用橡膠繩6將激 振器5懸掛在臺架上，激振器5通過頂桿4與阻抗頭3相連，并與待標定的推力矢量測試平 臺的連接法蘭相連。激勵信號由信號發生器產生后經功率放大器放大后輸入到激振器5。 激振器5在激勵信號作用下輸出的動態力值由阻抗頭3得到。阻抗頭3固定在測試平臺2 上，其所測得的信號分為兩路：一路信號經電荷放大器和數據采集卡直接輸入到計算機中， 由測試軟件采集得到信號波形，為測試平臺的輸入信號；另一路信號先經過測試平臺后，再 經電荷放大器和數據采集卡輸入到計算機中，由測試軟件采集得到信號波形，為測試平臺 的輸出信號，最后對采集到的輸入、輸出信號進行處理。
[0016] 如圖2所示，激振器5的安裝方式采用懸掛式水平激振的方式，在這種情況下，為 能對試件產生一定的預壓力，懸掛時常要傾斜一定的角度，這種方式要求激振器5與橡膠 繩6所形成的懸掛系統的共振頻率遠小于工作頻率。實驗時可調節橡膠繩6長度，使其處 于最小剛度段工作，此時橡膠繩6的相對伸長約30-40%左右，而整個懸掛系統的固有頻率 可達0. 6-0. 8Hz左右，這種安裝方法較為簡單。
[0017] 本實驗中采用的信號發生器以單片機作為核心部件，通過D/A轉換器等相關數字 電路來實現所需的激勵信號，分別施加周期為20ms的標準梯形動態力，上升沿/下降沿各 為3ms、周期為20ms的三角波動態力，占空比為35%、周期為20ms的方波動態力，作為激勵 信號驅動激振器工作，得到的在不同激勵信號下，輸入和輸出的動態力曲線分別為圖3、4、5 所示。
[0018] 根據實驗得到的三種情況下，分別計算每種情況下，在同一個周期內，輸出波形縱 坐標力值對橫坐標時間積分與輸入波形縱坐標力值對橫坐標時間積分的比值。
[0019] 艮 P
[0021] 其中，M5P t2分別為一個周期的起止時間，F1U)為輸入信號中力值對時間的函 數，F2(t)為輸出信號中力值對時間的函數，在本次實驗中Vt1= 0.02s。根據計算得到的 r值，若r越接近1，說明在相應波形下測試平臺的動態性能越好；否則，說明在相應波形下 測試平臺的動態性能較差。
[0022] 本發明的一種輸入與輸出信號波形對比的測試平臺動態性能評定方法，其實驗裝 置簡單、操作便捷，評定方法直觀、易懂，能夠迅速的判斷出測試平臺動態性能的好壞，可以 應用于機械工程、航空航天等領域關于測試平臺動態性能的評定中，具有廣闊的應用空間。
[0023] 雖然本發明以上述較佳的實施例對本發明做出了詳細的描述，但并非用上述實施 例限定本發明。本領域的技術人員應當意識到在不脫離本發明所給出的技術特征和范圍的 情況下，對技術所作的增加、以本領域一些同樣內容的替換，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種輸入與輸出波形對比的測試平臺動態性能評定方法，其特征在于，該評定方法 所用裝置包括信號發生器、功率放大器、激振器、橡膠繩、頂桿、阻抗頭、測試臺架、測試平 臺、電荷放大器、數據采集卡和計算機；測試平臺是用于對火箭發動機推力矢量進行測試的 平臺；信號發生器產生的激勵信號經功率放大器放大后輸入到激振器，激振器通過頂桿與 阻抗頭相連；阻抗頭固定在測試平臺上，其所測得的動態力值信號分為兩路：一路經電荷 放大器和數據采集卡直接輸入到計算機中，采集到的信號波形為輸入信號；另一路先經過 測試平臺，再經電荷放大器和數據采集卡輸入到計算機中，采集到的信號波形為輸出信號； 通過信號發生器產生激勵信號，經過一系列信號轉化和采集，分別得到測試平臺的輸入信 號和輸出信號的力一時間波形圖；在同一個周期內，比較輸入信號和輸出信號的力一時間 波形圖的縱坐標力值與橫坐標時間積分的比值，該比值越接近1說明測試平臺的動態性能 越好。
【專利摘要】本發明一種輸入與輸出波形對比的測試平臺動態性能評定方法，屬于動態性能測試領域，可應用于機械工程、航空航天等領域對測試平臺動態性能進行評定。其實驗裝置由信號發生器、功率放大器、橡膠繩、激振器、頂桿、阻抗頭、測試臺架、測試平臺、電荷放大器、數據采集卡和計算機等組成；評定方法是在同一個周期內，比較輸出波形縱坐標力值對橫坐標時間積分與輸入波形縱坐標力值對橫坐標時間積分的比值，該比值越接近1說明測試平臺的動態性能越好。該實驗裝置簡單、操作便捷，評定方法直觀、易懂，能夠迅速的判斷出測試平臺動態性能的好壞，具有廣闊的應用空間。
【IPC分類】G01L25/00
【公開號】CN105181239
【申請號】CN201510408976
【發明人】張軍, 賈振元, 任宗金, 紀維磊, 劉巍, 王福吉
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年7月13日