CN105320057B - 基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法 - Google Patents

基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法。该方法包括将双振动台上控制传感器的线性测量转换为相应的平动和转动两个自由度的构建输入坐标转换矩阵步骤；将多输入多输出控制***输出的信号转换为实际输入给双振动台功放的驱动信号的构建输出坐标转换矩阵步骤；以及同步控制二自由度运动，同步控制二自由度运动步骤为多输入多输出控制***根据设置的平动自由度参考试验量级、转动自由度参考试验量级、***的传递函数及测量的二自由度响应进行闭环控制，从而实现双振动台运动保持同步。本发明的基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法控制精度高，较好地解决了双振动台同步运动控制技术问题。

Description

基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法
技术领域
本发明属于航天器力学环境试验领域，具体涉及一种基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法。
背景技术
双振动台同步运动激励试验***目前主要有两种控制方式。一种是基于双振动台动圈电流反馈的力同步控制方法；一种是基于双振动台上两个控制点的标准方阵控制方法。双振动台基于动圈电流反馈的力同步控制方法通常利用相位控制器根据两个功放反馈信号的相位差来调节输入给功放的驱动信号，协调两个振动台运动同步；而基于双振动台上两个控制点的标准方阵控制方法则根据两个控制点相同的参考试验条件利用多输入多输出控制***直接进行标准方阵控制，使两个振动台运动同步。当前基于双振动台动圈电流反馈的力同步控制方法需要单轴振动控制器结合相位控制器进行双振台运动同步控制，***复杂；且该方法与基于双振动台上两个控制点的标准方阵控制方法两者均存在控制精度不高的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法以使控制精度高，并能较好地解决双振动台同步运动控制技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于坐标转换矩阵的双振动台同步控制方法，包括以下步骤：
(1)构建输入坐标转换矩阵，所述构建输入坐标转换矩阵步骤包括根据双振动台上两个控制传感器之间的距离确定输入坐标转换矩阵，输入坐标转换矩阵的作用为将双振动台上控制传感器的线性测量转换为相应的平动和转动两个自由度；
(2)构建输出坐标转换矩阵，所述构建输出坐标转换矩阵步骤包括根据双振动台激励之间的距离确定输出坐标转换矩阵，输出坐标转换矩阵的作用为将多输入多输出控制***输出的信号转换为实际输入给双振动台功放的驱动信号；
(3)二自由度运动同步控制，所述二自由度运动同步控制步骤具体为多输入多输出控制***先发送两路低量级的白噪声随机信号，该白噪声随机信号经过输出坐标转换矩阵后进入功率放大器并驱动双振动台运动；双振动台上两个测量点的响应经过输入坐标转换矩阵后进入多输入多输出控制***，控制***根据输入和输出信号计算整个***的传递函数；随后多输入多输出控制***根据设置的平动自由度参考试验量级、转动自由度参考试验量级、***的传递函数计算初始的两路驱动信号，该两路驱动信号经过输出坐标转换矩阵后进入功率放大器并驱动双振动台运动；多输入多输出控制***根据测量的二自由度响应量级与平动和转动二自由度参考试验量级进行比较并计算误差，实时修正发送的两路驱动信号，从而实现双振动台运动同步控制。
本发明提供的基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法根据两个振动台上的控制传感器线性测量转换为相应的平动和转动两个自由度，平动自由度的试验量级与标准方振控制试验量级相同，转动自由度的试验量级则设置为一个相对平动自由度较低的数值，平动自由度通过多输入多输出控制***进行实现，而转动自由度通过多输入多输出控制***进行抑制，从而实现双振动台运动同步。本发明的控制方法与双振台电流反馈同步控制和直接标准方阵控制相比，控制精度更高，较好地解决了双振动台同步运动控制技术问题。
附图说明
图1为本发明的双振动台同步控制响应几何布局图；
其中，1－第一加速度传感器、2－第二加速度传感器、3－双振台几何中心。
图2为本发明的双振动台同步控制激励几何布局图；
其中，4－第一振动台激励、5－第二振动台激励。
图3为本发明的输入坐标转换矩阵构建图。
图4为本发明的输出坐标转换矩阵构建图。
图5为本发明的双振动台二自由度运动同步控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法作进一步的说明。
图1为本发明的双振动台同步控制响应几何布局图。如图1所示，振动台上放置的第一加速度传感器1和第二加速度传感器2之间的距离为2r。第一加速度传感器1和第二加速度传感器2离双振动台几何中心3的距离均为r。下面将描述如何将两个垂直向的线性加速度测量通过输入坐标转换矩阵转换为试件的平动自由度T和转动自由度R。
对于平动而言，第一加速度传感器1、第二加速度传感器2需在同一个方向运动，可以采用数学平均方法计算，即：
Tcontrol＝0.5A1+0.5A2..................................(1)
其中A1表示第一加速度传感器的响应；A2表示第二加速度传感器的响应；Tcontrol表示平动自由度控制量级。
对于转动而言，第一加速度传感器1、第二加速度传感器2需运动方向相反，也可以采用数学平均方法来计算，将线性加速度转换成旋转加速度时需考虑重力加速度常量G的影响。即：
将上两公式转换成矩阵形式，则有：
输入坐标转换矩阵表达如下：
图2为本发明的双振动台同步控制激励几何布局图。如图2所示，对于输出坐标转换矩阵，可以用观察的方法将输出自由度转换为线性激励信号。假设第一振动台激励4、第二振动台激励5距双振台几何中心3的距离均为r～。利用输入转换矩阵推导方法，可以得出激励自由度与线性激励输出的关系如下：
其中D1表示第一振动台激励4的驱动信号；D2表示第二振动台激励5的驱动信号；Tdrive表示平动自由度驱动量级；Rdrive表示转动自由度驱动量级。
因此实际的激励信号通过对上式矩阵求逆得到，即：
最后得出输出线性激励信号与激励自由度的关系如下：
输出坐标矩阵表达如下：
基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法包括如下步骤：
(1)构建输入坐标转换矩阵。具体地，构建输入坐标转换矩阵包括根据双振动台上两个控制传感器之间的距离确定输入坐标转换矩阵(参见公式4)(如图3所示)。输入坐标转换矩阵的作用为将双振动台上控制传感器的线性测量转换为相应的平动和转动两个自由度。
(2)构建输出坐标转换矩阵。具体地，构建输出坐标转换矩阵包括根据双振动台激励之间的距离确定输出坐标转换矩阵(参见公式8)(如图4所示)。输出坐标转换矩阵的作用为将多输入多输出控制***输出的信号转换为实际输入给双振动台功放的驱动信号。
(3)二自由度运动同步控制。具体地，二自由度运动同步控制为多输入多输出控制***先发送两路低量级的白噪声随机信号，该白噪声随机信号经过输出坐标转换矩阵后进入功率放大器并驱动双振动台运动；双振动台上两个测量点的响应经过输入坐标转换矩阵后进入多输入多输出控制***，控制***根据输入和输出信号计算整个***的传递函数；随后多输入多输出控制***根据设置的平动自由度参考试验量级、转动自由度参考试验量级(转动自由度参考试验量级要求为平动自由度试验量级的10-3倍以下)、***的传递函数计算初始的两路输出信号，该两路输出信号经过输出坐标转换矩阵后进入功率放大器并驱动双振动台运动；多输入多输出控制***根据测量的二自由度响应量级与平动和转动二自由度参考试验量级进行比较并计算误差，实时修正发送的两路驱动信号，从而实现双振动台运动同步控制(如图5所示)。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法，包括如下三个步骤：
(1)构建输入坐标转换矩阵，所述构建输入坐标转换矩阵步骤包括根据双振动台上两个控制传感器之间的距离确定输入坐标转换矩阵，输入坐标转换矩阵的作用为将双振动台上控制传感器的线性测量转换为相应的平动和转动两个自由度；
(2)构建输出坐标转换矩阵，所述构建输出坐标转换矩阵步骤包括根据双振动台激励之间的距离确定输出坐标转换矩阵，输出坐标转换矩阵的作用为将多输入多输出控制***输出的信号转换为实际输入给双振动台功放的驱动信号；
(3)二自由度运动同步控制，所述二自由度运动同步控制步骤具体为多输入多输出控制***先发送两路低量级的白噪声随机信号，该白噪声随机信号经过输出坐标转换矩阵后进入功率放大器并驱动双振动台运动；双振动台上两个测量点的响应经过输入坐标转换矩阵后进入多输入多输出控制***，控制***根据输入和输出信号计算整个***的传递函数；随后多输入多输出控制***根据设置的平动自由度参考试验量级、转动自由度参考试验量级、***的传递函数计算初始的两路输出信号，该两路输出信号经过输出坐标转换矩阵后进入功率放大器并驱动双振动台运动；多输入多输出控制***根据测量的二自由度响应量级与平动和转动二自由度参考试验量级进行比较并计算误差，实时修正发送的两路驱动信号，从而实现双振动台运动同步控制。
2.如权利要求1所述的基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法，其特征在于，所述输入坐标转换矩阵和所述输出坐标转换矩阵均为2×2的方阵。
3.如权利要求1所述的基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法，其特征在于，转动自由度试验量级要求为平动自由度试验量级的10-3倍以下。
4.如权利要求1所述的基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法，其特征在于，所述输入坐标转换矩阵为：
其中，G为重力加速度常量，第一加速度传感器和第二加速度传感器之间的距离为2r，且第一加速度传感器和第二加速度传感器离双振动台几何中心的距离均为r。
5.如权利要求1所述的基于坐标转换矩阵的双振动台同步运动控制方法，其特征在于，所述输出坐标转换矩阵为：
其中，G为重力加速度常量，第一振动台激励、第二振动台激励距双振台几何中心的距离均为
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106248327A (zh) * 2016-07-11 2016-12-21 北京强度环境研究所 一种发射箱运输振动试验装置和方法
CN107543671B (zh) * 2016-07-15 2019-02-19 北京卫星环境工程研究所 多台并激振动控制器与数字相位同步控制器匹配方法
CN108254145B (zh) * 2017-12-29 2020-06-26 苏州东菱智能减振降噪技术有限公司 一种实现多振动台同步振动的控制方法
CN112629833B (zh) * 2019-09-25 2024-04-19 上海汽车集团股份有限公司 一种载荷采集方法及装置
CN112444367B (zh) * 2020-12-18 2022-11-15 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种多振动台并推单轴振动试验控制方法
CN114646440B (zh) * 2022-03-16 2023-06-20 北京卫星环境工程研究所 三轴六自由度振动控制输入输出坐标转换矩阵构建方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101173876A (zh) * 2007-11-30 2008-05-07 哈尔滨工业大学 基于运动学的三轴六自由度液压振动台控制方法
CN101196429A (zh) * 2007-12-07 2008-06-11 哈尔滨工业大学 驱动冗余六自由度振动台内力解耦控制方法
CN104133479A (zh) * 2014-08-08 2014-11-05 上海新跃仪表厂 一种采用单轴气浮台模拟挠性卫星三轴姿态耦合运动的测试***及其方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4257416B2 (ja) * 2003-10-14 2009-04-22 独立行政法人産業技術総合研究所 力センサの動的マトリックス感度計測法とその装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101173876A (zh) * 2007-11-30 2008-05-07 哈尔滨工业大学 基于运动学的三轴六自由度液压振动台控制方法
CN101196429A (zh) * 2007-12-07 2008-06-11 哈尔滨工业大学 驱动冗余六自由度振动台内力解耦控制方法
CN104133479A (zh) * 2014-08-08 2014-11-05 上海新跃仪表厂 一种采用单轴气浮台模拟挠性卫星三轴姿态耦合运动的测试***及其方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Analysis of large-scale shaking table test of dynamic soil-subway station interaction;Chen G,Zhuang H,Du X等;《EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION》;20070430;第27卷(第2期);483-490 *
双振动台正弦振动同步控制新方法研究;邱汉平等;《航天器环境工程》;20061230;第23卷(第6期);355-358 *
多维动力学环境模拟试验技术研究;樊世超等;《航天器环境工程》;20060228;第23卷(第1期);23-28 *

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