论文摘要：多点激励随机振动控制技术研究

随着对产品环境适应性和可靠性要求的提高，世界发达国家的振动环境试验标准都推荐采用实测环境数据作为产品的振动试验条件，并在试验时尽量模拟产品的实际安装方式。在这种情况下，多点激励振动环境试验技术因能更真实地模拟产品在实际使用中所受振动的情况，成为一种热门的振动试验技术，引起人们的关注。多点激励随机振动试验的控制技术是多点激励振动环境试验技术系统中的核心技术，该技术的掌握对产品的可靠性和环境适应性考核有着重要的意义。本文在对国内外多点激励振动试验控制技术现状和发展趋势分析的基础上，围绕多点随机激励振动试验的控制问题，从多点随机振动试验条件、控制算法和控制系统设计等方面展开了研究。主要进行了如下的研究工作：1．全面研究了多点随机振动试验条件的描述和定义问题，给出了不同维数的空间谱密度矩阵的可实现性判据，提出了为已有试验规范补充互功率谱密度函数时所要遵循的能量准则，解释了空间谱密度矩阵定义中常相干函数和相角函数的物理意义。这些工作明确了试验控制系统所要实现的控制目标。2．采用状态空间分析法研究了随机振动试验控制的可控性和可观性问题，得到了系统可控性和可观性的度量方法，为试验前判定试验的可实施性及选择激励点和测量传感器的最优位置提供了理论依据。3．在综合分析现有振动控制算法的基础上，提出了基于频域解耦控制方法的多点激励振动控制系统设计框架，将系统分解为解耦及均衡控制器、谱矩阵估计器和激励向量发生器三个部分来研究和设计，明确了三者的交互关系，方便了性能分析和改进工作。4．通过数值仿真等手段详细研究了多点相干控制算法的特性，得到了功率谱平滑过程中遗忘因子与控制收敛性的关系，将控制量映射到对数空间，得到了一个合适的分析框架，进而给出了几种改进的功率谱矩阵对角项控制算法。5．为提高递推功率谱估计算法的估计精度，提出了基于小波阈值理论的非线性功率谱平滑算法框架，仿真结果表明，该方法可显著提高控制精度。6．设计了单轴两点激励随机振动试验控制系统原理样机。在硬件系统上，提出用总线模拟的体系结构设计方法，设计了基于CPLD的多模式同步采样子系统，设计了基于SCF的抗混叠滤波系统。在软件系统上，提出了基于实时内核uCOS-II的开放式算法开发平台设计方案。以上措施从体系结构上保证了系统的实时性和扩展性。综上所述，本文在航空重点预研项目的资助下，结合当前武器装备研制和生产阶段对多点随机振动试验技术及试验设备的需求，以线性系统理论和随机振动理论为依据，紧紧围绕多点激励随机振动控制问题展开了研究，依次回答了如下的重要问题：①多点激励振动控制系统的实现目标是什么？②这种目标在实际系统上是否能实现？③如何设计控制系统？④如何提高控制系统的性能？⑤如何实现控制系统？对以上问题的回答为多点随机振动控制系统的实现原理研究和相关试验设备的优化设计提供理论基础。论文给出的设计结果也展示了这些方法的实现途径。