專利名稱：全自動機械振動臺控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種仿真試驗臺系統，特別是力學結構抗振性能全自動機械振動臺控制系統。
背景技術：
產品通過仿真試驗進行各種振動模擬測試，以滿足產品出廠時的振動試驗要求。振動試驗是廠家保證產品質量重要的一項工作，一般涉及如下參數測試振動的頻率、振動位移、速度、加速度等。現有的振動試驗設備多采用機械設定方式，如在振動仿真試驗中，通過機械方式設定為垂直振動或水平振動時，以及當振動參數需要修改時，均需進行重新調整，設定振動頻率或振動量。一次試驗中這一過程需要多次，不同參數試驗都需要調整，因此，一次完整的試驗需要花費很長時間。同時現有的振動試驗設備線性較差，試驗存在較大的失真，影響仿真試驗的結果。雖然近些年也有采用電控制方式進行調節的振動試驗的設備出現，但其性能、調節的方便性仍無法達到讓人滿意的效果。
一般來講，可靠性試驗要求應能實現定位移、定加速度試驗，并實現隨時間的指數掃頻，線性掃頻，定頻振動等試驗。但由于機械振動臺很難實現高頻運行過程中改變偏心塊位置，使其使用范圍受到很大的限制。
發明內容
本發明的目的是提供一種全自動機械振動臺控制系統，完成機械振動試驗臺頻率、位移、加速度和失真度等重要參數的測量，實現恒加速度掃頻試驗、定位移定加速度多點交越掃頻試驗、固有頻率自動搜索及耐共振試驗等。
本發明的目的是這樣實現的，全自動機械振動臺控制系統，它由計算控制單元、傳感單元、執行單元和機械振動試驗臺組成，其特征是計算控制單元的輸入端與傳感單元連接，計算控制單元的輸出端與執行單元連接，傳感單元與執行單元與機械振動試驗臺連接構成閉合控制回路；依據這樣的控制回路，根據振動公式a＝0.004Af2，計算控制單元控制械振動試驗臺振動；在上式中，式中 a-振動加速度(g)A-位移幅值(mm)f-振動頻率(Hz)
上述的機械振動試驗臺振動過程包括保持機械振動試驗臺位移幅值不變，使其在設定的頻率范圍內振動；保持機械振動試驗臺振動加速度不變，使其在設定的頻率范圍內振動；保持機械振動試驗臺位移幅值不變，使其在設定的頻率范圍按線性掃頻振動；保持機械振動試驗臺振動加速度不變，使其在設定的頻率范圍按線性掃頻振動；保持機械振動試驗臺位移幅值不變，使其在設定的頻率范圍按指數掃頻振動；保持機械振動臺加速度不變，使其在設定的頻率范圍按指數掃頻振動；使振動試驗臺在設定的頻率范圍內振動，檢測幅值變化，并依據幅值變化，檢測共振頻率。
所述的振動試驗臺通過組合上述振動，保持加速度、幅值不變，在某一頻率振動。
所述的傳感單元是由振動加速度傳感器和提供頻率信息的碼盤構成。
所述的機械振動試驗臺由臺面、底座、臺面支撐機構、導向機構、激振機構、傳動裝置、液壓控制裝置組成，臺面與底座之間由臺面支撐機構支撐，并由導向機構固定，臺面支撐機構由四個空氣彈簧支撐機構組成，四個空氣彈簧支撐機構分布在臺面下面四周；激振機構由四個回轉油缸、液控單向閥連接組成，每個回轉油缸分別連通一個液控單向閥，液控單向閥另一端與液壓控制裝置連接，回轉油缸的活塞是偏心質量，通過液壓控制裝置輸入的液壓油改變偏心塊的位移；從而改變振動臺面的振動幅值；四個回轉油缸通過柔性聯軸器與傳動裝置相連接；由傳動裝置帶動四個回轉油缸按設定方向轉動，回轉油缸偏心塊旋轉時產生的離心力在振動方向上按設定相位合成，形成以正弦規律變化的激振力，改變活塞的相對位置可以使振動方向在垂直或水平方向轉換。
所述的計算控制單元是由計算機和與其I/O口電連接的控制電路組成，控制電路是由兩路輸入電路、兩路輸出電路組成，其中第一路輸入電路是由電荷放大器、濾波器、可變增益放大器、A/D轉換器、采樣存貯器組成；第二路是由頻率測量電路組成；第一路輸入電路的輸入端與振動加速度傳感器電連接，接收振動加速度傳感器的信號，由第一路輸入電路處理后，輸入到計算機的I/O；第二路輸入電路的輸入端與一碼盤連接，將碼盤產生的脈沖電信號處理成振動體的頻率信號輸入到計算機的I/O；兩路輸出電路是由兩路D/A轉換器和執行器、變頻器組成，計算機的數據總線及I/O口分別接兩路D/A轉換器，D/A轉換器一路接執行器到機械振動試驗臺的偏心塊調整裝置，D/A轉換器第二路接變頻器到機械振動試驗臺的電機；完成振動頻率控制和振動幅值控制。
本發明的優點是由計算控制單元、傳感單元、執行單元和機械振動試驗臺構成本發明主體，通過計算控制單元的輸入端與傳感單元電連接，計算控制單元的輸出端與執行單元連接，傳感單元與執行單元與機械振動試驗臺連接，機械振動臺的振動通過加速度傳感器測出的加速度值，并經電荷放大器轉換成電壓量，經過濾波及A/D轉換成數字信號后寫入計算機，這樣的多回路閉環控制系統可實現定位移幅值定頻試驗、定加速度幅值定頻試驗、定位移幅值線性掃頻試驗、定加速度幅值線性掃頻試驗、定位移幅值指數掃頻試驗等。
下面結合實施例附圖對本發明作進一步說明
圖1是本發明實施例傳動裝置結構示意圖；圖2是本發明實施例液壓控制裝置及激振機構結構示意圖；圖3是本發明實施例空氣彈簧支撐機構結構示意圖；圖4是本發明實施例導向機構結構示意圖；圖5是本發明的電路原理圖。
圖中，1、激振機構；2、回轉油缸；3、柔性聯軸器；4、軸一；5、軸二；6、手輪一；7、手輪二；8、三角帶；9、電機；10、變速器；11、軸三；12、手輪三；13、軸四；14、節流閥；15、二位四通閥；16、三位四通電磁閥；17、五聯同步缸；18、單向閥；19、液控單向閥；20、臺面；21、底座；22、油管；23、柱塞缸；24、橡膠空氣彈簧；25、定位活塞；26、空氣儲氣筒；27、小孔節流器；28、氣門嘴；29、排氣閥；30、凸臺；31、氣管；32、驅動軸。
具體實施例方式如圖5所示，全自動機械振動臺控制系統，它由計算控制單元、傳感單元、執行單元和機械振動試驗臺組成，計算控制單元的輸入端與傳感單元電連接，計算控制單元的輸出端與執行單元電連接，傳感單元與執行單元與機械振動試驗臺連接構成閉合控制回路；依據這樣的控制回路，根據振動原理公式，計算控制單元控制械振動試驗臺振動，這一振動過程包括保持機械振動試驗臺位移幅值不變，使其在設定的頻率范圍內振動；保持機械振動試驗臺振動加速度不變，使其在設定的頻率范圍內振動；保持機械振動試驗臺位移幅值不變，使其在設定的頻率范圍按線性變化振動；保持機械振動試驗臺振動加速度不變，使其在設定的頻率范圍按線性變化振動；保持機械振動試驗臺位移幅值不變，使其在設定的頻率范圍按指數變化振動；保持機械振動加速度不變，使其在設定的頻率范圍按指數變化振動；使振動試驗臺在設定的頻率范圍內振動，檢測幅值變化，并依據幅值變化，檢測共振頻率。
所述的振動試驗臺通過組合完成組合式振動，同時還可完成保持加速度、幅值不變，在某一頻率振動。
所述的傳感單元是由振動加速度傳感器和提供頻率信息的碼盤組成。
計算控制單元是由計算機和與其I/O口連接的控制電路組成，控制電路是由兩路輸入電路、兩路輸出電路組成，其中第一路輸入電路是由電荷放大器、濾波器、可變增益放大器、A/D轉換器、采樣存貯器組成；第二路是由頻率測量電路組成；第一路輸入電路的輸入端與振動加速度傳感器連接，接收振動加速度傳感器的信號，由第一路輸入電路處理后，輸入到計算機的I/O；第二路輸入電路的輸入端與一碼盤電連接，將碼盤產生的脈沖電信號處理成振動體的頻率信號輸入到計算機的I/O；兩路輸出電路是由兩路D/A轉換器和執行器、變頻器組成，計算機的數據總線及I/O口分別接兩路D/A轉換器，D/A轉換器一路接執行器到機械振動試驗臺的偏心塊，D/A轉換器第二路接變頻器到機械振動試驗臺的電機；完成振動頻率控制和振動幅值控制。
機械振動試驗臺由臺面、底座、臺面支撐機構、導向機構、激振機構、傳動裝置、液壓控制裝置組成，臺面與底座之間由臺面支撐機構支撐，并由導向機構固定，臺面支撐機構由四個空氣彈簧支撐機構組成，四個空氣彈簧支撐機構分布在臺面下面四周；激振機構由四個回轉油缸、液控單向閥連接組成，每個回轉油缸分別連通一個液控單向閥，液控單向閥另一端與液壓控制裝置連接，回轉油缸的活塞是偏心質量，通過液壓控制裝置輸入的液壓油改變偏心塊的位移；從而改變振動臺面的振動幅值；四個回轉油缸通過柔性聯軸器與傳動裝置相連接；由傳動裝置帶動四個回轉油缸按設定方向轉動，回轉油缸偏心塊旋轉時產生的離心力在振動方向上按設定相位合成，形成以正弦規律變化的激振力，改變活塞的相對位置可以使振動方向在垂直或水平方向轉換。
圖1是實施例傳動裝置結構示意圖；如圖1所示，激振機構1的四個回轉油缸2通過四個柔性聯軸器3與傳動裝置相連接；連接在柔性聯軸器3上的軸一4與手輪一6、軸二5與手輪二7、軸四13與手輪三12、軸四11與驅動軸32通過變速箱10連接；調節手輪一、手輪二、手輪三可以設定四個回轉油缸2的初始位相，當電機9通過三角帶8帶動驅動軸32時，回轉油缸2的偏心質量旋轉產生離心力，這時在振動方向上按設定相位合成形成按正弦規律變化的激振力，使臺面20以及安裝在臺面20上的試驗品按確定的方向產生振動。設定相位可以使臺面20的振動方向以垂直、或水平方向振動。
如圖2所示，回轉油缸2分別通過液控單向閥19和單向閥18與五個柱塞缸23組成的五聯同步缸17油路連接，單向閥18保證四個柱塞缸23壓力在較小范圍內波動，其中五聯同步缸17的四個柱塞缸23與液控單向閥19連接形成四個閉路，一個柱塞缸23連接三位四通電磁閥16。液控單向閥19為回轉油缸2的進出油的控制閥。二位四通閥15是電磁換向閥；它同時也連接到四個柱塞缸23前端的液控單向閥19，二位四通閥15動作，油管22進入壓力油，將液控單向閥19打開。延遲三秒后，三位四通電磁閥16動作。五聯同步缸17中間的活塞向上運動，回轉油缸2通過油管22分別放出等體積液壓油。偏心活塞同步，向背離旋轉中心方向運動，不平衡力矩增大，位移幅值也隨之增大。當達到所需要的位移幅值時。三位四通電磁閥16的回油路上接有節流閥14，調整節流閥14的開口大小，可以調整五聯同步缸17的運動速度。二位四通閥15和三位四通電磁閥16復零位。液壓單向閥19關閉，五聯同步缸17停止運動。活塞固定在所需位置不動，則位移穩定不變。單向閥如圖3所示，臺面支撐機構由四個空氣彈簧組成，四個空氣彈簧分布在臺面20四周，每個空氣彈簧由橡膠空氣彈簧24、空氣儲氣筒26、小孔節流器27、氣管31、排氣閥29組成，空氣儲氣筒26固定在底座21上，空氣儲氣筒26呈“工字”形狀，空氣儲氣筒26的上筒固定的空氣彈簧支承臺面的定位活塞25，空氣儲氣筒26中部有小孔節流器27，空氣儲氣筒26底部筒壁有氣管31，四個空氣儲氣筒26用氣管31相互連通，其中一個空氣儲氣筒上裝有氣門嘴28，空氣儲氣筒26上通過普通氣管或小型空氣泵將空氣打入空氣儲氣筒26內，使橡膠空氣簧24內壓力升高，可通過調節空所儲氣筒26內的進氣量，使振動臺面20保持在規定高度上。
如圖4所示，導向機構包括振動臺面20下部四個定位活塞25安放在空氣彈簧24上。空氣彈簧24呈環形，包圍著振動臺面20的四個定位活塞25，空氣彈簧24的中心有一凸臺30，凸臺30與定位活塞25的中心孔配合，空氣彈簧24隔振性能良好，振動臺面20被振動時，不會對周圍產生影響。
本發明通過固定在臺面上的加速度傳感器和通過計算機控制兩路D/A轉換器完成對激振機構中的偏心塊，傳動裝置中的調頻電機實現對振動臺頻率、位移、速度、加速度和失真度等重要參數的測量。通過上述說明，不難了解到，解決運行中動態調節偏心塊位置是一個非常重要的技術特點，偏心塊在轉動中受到幾百公斤的離心力，要在旋轉過程中用油壓控制偏心塊，解決不漏油的問題。而從控制技術上，要解決這個系統中變參數(被控對象增益振動頻率的平方及重塊偏心距變化)，非線性(增減幅調節時增益有幾倍的差異，且差異與振級有關)，多變量緊耦合(例如控制加速度時，加速度不僅與重塊的偏心距有關，更與頻率的平方有關)；從振動測量來說，振動臺一般采用壓電式加速度傳感器，為此后續需要采用高輸入阻抗的電荷放大器，這是一種阻抗高達100MΩ的輸入電路，而為了控制振動臺頻率，需采用變頻器，然而它所產生的輻射干擾和傳輸干擾將嚴重影響測量結果。最后從計算機控制技術，要實現從振動測量到控制，從定頻振動到掃頻振動，從定位移到定加速度控制并實現無擾切換，平滑交越，并實現準確的失真度分析，頻譜分析，自動搜索試品的固有頻率并實現自動跟蹤，必須開發專用的測控軟件及管理軟件。
權利要求
1.全自動機械振動臺控制系統，它由計算控制單元、傳感單元、執行單元和機械振動試驗臺組成，其特征是計算控制單元的輸入端與傳感單元連接，計算控制單元的輸出端與執行單元連接，傳感單元與執行單元與機械振動試驗臺連接構成閉合控制回路；依據這樣的控制回路，根據振動公式a＝0.004Af2，計算控制單元控制械振動試驗臺振動；在上式中，式中 a-振動加速度(g)A-位移幅值(mm)f-振動頻率(Hz)上述的機械振動試驗臺振動試驗過程包括保持機械振動試驗臺位移幅值不變，使其在設定的頻率范圍內振動；保持機械振動試驗臺振動加速度不變，使其在設定的頻率范圍內振動；保持機械振動試驗臺位移幅值不變，使其在設定的頻率范圍按線性掃頻振動；保持機械振動試驗臺振動加速度不變，使其在設定的頻率范圍按線性掃頻振動；保持機械振動試驗臺位移幅值不變，使其在設定的頻率范圍按指數掃頻振動；保持機械振動加速度不變，使其在設定的頻率范圍按指數掃頻振動；使振動試驗臺在設定的頻率范圍內振動，檢測幅值變化，并依據幅值變化，檢測共振頻率。
2.根據權利要求1所述的全自動機械振動臺控制系統，其特征是所述的振動試驗臺通過組合上述振動，保持加速度或幅值不變，在某一頻率振動。
3.根據權利要求1所述的全自動機械振動臺控制系統，其特征是所述的傳感單元是由振動加速度傳感器和提供頻率信息的碼盤構成。
4.根據權利要求1所述的全自動機械振動臺控制系統，其特征是所述的機械振動試驗臺由臺面、底座、臺面支撐機構、導向機構、激振機構、傳動裝置、液壓控制裝置組成，臺面與底座之間由臺面支撐機構支撐，并由導向機構固定，臺面支撐機構由四個空氣彈簧支撐機構組成，四個空氣彈簧支撐機構分布在臺面下面四周；激振機構由四個回轉油缸、液控單向閥連接組成，每個回轉油缸分別連通一個液控單向閥，液控單向閥另一端與液壓控制裝置連接，回轉油缸的活塞是偏心質量塊，通過液壓控制裝置輸入的液壓油改變偏心質量塊的位移；從而改變振動臺面的振動幅值；四個回轉油缸通過柔性聯軸器與傳動裝置相連接；由傳動裝置帶動四個回轉油缸按設定方向轉動，回轉油缸偏心塊旋轉時產生的離心力在振動方向上按設定相位合成，形成以正弦頻率變化的激振力，改變活塞的相對位置可以使振動方向在垂直或水平方向轉換。
5.根據權利要求1所述的全自動機械振動臺控制系統，其特征是所述的計算控制單元是由計算機和與其I/O口電連接的控制電路組成，控制電路是由兩路輸入電路、兩路輸出電路組成，其中第一路輸入電路是由電荷放大器、濾波器、可變增益放大器、A/D轉換器、采樣存貯器組成；第二路是由頻率測量電路組成；第一路輸入電路的輸入端與振動加速度傳感器連接，接收振動加速度傳感器信號，由第一路輸入電路處理后，輸入到計算機的I/O；第二路輸入電路的輸入端與一碼盤電連接，將碼盤產生的脈沖電信號處理成振動體的頻率信號輸入到計算機的I/O；兩路輸出電路是由兩路D/A轉換器和執行器、變頻器組成，計算機的數據總線及I/O口分別接兩路D/A轉換器，D/A轉換器一路接執行器到機械振動試驗臺的偏心塊，D/A轉換器第二路接變頻器到機械振動試驗臺的電機；完成振動頻率控制和振動幅值控制。
全文摘要
本發明是全自動機械振動臺控制系統，它由計算控制單元、傳感單元、執行單元和機械振動試驗臺組成，其特征是計算控制單元的輸入端與傳感單元連接，計算控制單元的輸出端與執行單元電連接，傳感單元與執行單元與機械振動試驗臺連接構成閉合控制回路；機械振動試驗臺振動過程包括保持機械振動試驗臺位移幅值、加速度不變，使其在設定的頻率范圍內振動，按線性掃頻振動；保持機械振動試驗臺振動加速度不變，使其在設定的頻率范圍按線性掃頻振動。這種全自動機械振動臺控制系統，它完成振動試驗臺頻率、位移、速度、加速度和失真度等重要參數的可靠測量。
文檔編號G05D19/00GK1700126SQ20041002605
公開日2005年11月23日 申請日期2004年5月21日 優先權日2004年5月21日
發明者王之均, 沈曉媛 申請人:西安光麒科技有限公司