基于感应线圈反馈控制的低频电磁振动台系统技术方案

本实用新型专利技术公开了基于感应线圈反馈控制的低频电磁振动台系统，其特征在于：低频电磁振动台系统包括信号发生器，速度反馈控制装置，功率放大器和低频电磁振动台；低频振动台的动圈上具有驱动线圈和感应线圈，速度反馈控制装置包括反馈部和控制部，感应线圈的感应电压输入反馈部，信号发生器输出的参考信号和反馈部输出的反馈信号分别输入控制部，控制部用参考信号和反馈信号形成控制信号输入驱动线圈。本实用新型专利技术在振动台动圈上加设感应线圈，通过检测感应线圈的感应电压实现振动台速度提取，而感应线圈的线径和匝数已知，感应线圈的等效电阻已知，无需直接检测驱动线圈的等效电阻，简化了速度提取装置的结构。

【技术实现步骤摘要】
基于感应线圈反馈控制的低频电磁振动台系统
本技术涉及一种低频电磁振动台系统。
技术介绍
电磁振动台具有频率范围宽、可控性好、输出波形精度高等优点，广泛应用于产品的模拟振动环境试验、测振传感器校准等领域。为了进一步改善振动台在低频范围输出波形的精度(降低失真度)，通常需构建负反馈控制系统。负反馈控制首先需要通过振动传感器(加速度、速度或者位移传感器)或其它运动量检测装置检测得到电磁振动台的输出振动信号，然后将此信号作为反馈信号，与输入信号求差，偏差信号经过控制器与功率放大器后激励振动台振动，最终完成闭环控制系统的构建，实现对振动台输出波形失真度的负反馈控制。中国专利201210544489.X提出了一种基于自主相对速度反馈控制装置的低频电磁振动台系统，该系统基于一种相对速度提取装置构建了负反馈控制系统。相对速度提取装置提取得到的信号经过低通滤波器及第一比例放大器后与信号发生器输出信号求差，偏差信号经过PID控制器调整后输入功率放大器，功率放大器的输出作为低频电磁振动台的驱动信号驱动振动台输出振动。该专利的缺点在于：1、由于振动台驱动线圈的等效直流电阻R无法准确测量，因此，相对速度提取装置中的参数K1的获取需经过较为复杂的调整过程，增加了系统的使用难度；2、该装置通过构建模拟电路网络提取振动台的运动量，由于要在驱动回路中串联电阻，因此热损耗较大，不适合于大加速度输出的振动台。此外，系统较复杂，模拟电路的低频噪声会使振动台在运动时产生低频漂移，降低了运动精度。3、相对速度提取装置的输出信号大小取决于驱动线圈的参数，由于驱动线圈的匝数受限，所以输出反映相对速度的电压大小较低，尤其在较低频段，从而影响了控制效果。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种运动控制精度高的低频电磁振动台系统。基于感应线圈反馈控制的低频电磁振动台系统，其特征在于：低频电磁振动台系统包括信号发生器，速度反馈控制装置，功率放大器和低频电磁振动台；低频振动台的动圈上具有驱动线圈和感应线圈，速度反馈控制装置包括反馈部和控制部，感应线圈的感应电压输入反馈部，信号发生器输出的参考信号和反馈部输出的反馈信号分别输入控制部，控制部用参考信号和反馈信号形成控制信号输入驱动线圈。进一步，所述感应线圈的直径远远小于驱动线圈的直径。从而增加了感应线圈的匝数及总长度，提高了感应线圈产生的感应电压的信噪比。进一步，感应线圈与分压单元并联，分压单元的分压电压输入反馈部，分压单元的输入阻抗趋于无穷大，同时，分压电阻也非常大，避免感应线圈内出现寄生电流，使驱动线圈内不耦合寄生电流，从而使流过感应线圈的感应电流尽可能接近0，避免了感应线圈的引入对驱动线圈中电流的干扰。进一步，速度反馈控制装置的反馈部包含信号修正模块，反馈信号调节模块，和滤波器；控制部包含减法器和比例调节器，感应线圈的感应电压经分压后输入信号修正模块、获得修正信号，修正信号输入反馈信号调节模块，反馈信号调节模块将修正信号依次进行分频段的相位补偿和幅值调整、形成系统反馈信号，系统反馈信号经滤波器作为减数输入减法器，信号发生器输出的信号作为被减数输入减法器，减法器的输出信号进入比例调节器，比例调节器的输出信号作为低频台的控制信号。进一步，反馈信号调节模块包含频率检测单元，可调移相器和可调放大器；频率检测单元由依次连接的比较器，计数器和频率控制器组成，修正信号和参考信号共同输入比较器，比较器输出由系统输入信号和参考信号形成的方波信号，方波信号与数字时钟脉冲信号共同输入计数器，计数器输出系统输入信号周期数Nf和数字时钟脉冲信号的周期数Ns，频率控制器计算获得方波信号的频率值ff，其中fs表示数字时钟脉冲信号的频率值，频率控制器输出移相控制脉冲和调幅控制脉冲；移相控制脉冲输入可调移相器；调幅控制脉冲输入可调放大器。进一步，可调移相器由两级全通滤波器串联构成，频率检测单元根据系统输入信号的频率值ff输出移相控制脉冲，移相控制脉冲控制可调移相器对反馈信号进行相位补偿，减小输入信号和反馈信号之间的相位差，改善反馈控制效果。可调移相器在不同频率段的移相值确定步骤如下：S1：工作频率范围内，对振动台输入不同频率的激励信号，并构建负反馈控制系统。在不同频率下，对反馈信号进行不同相位调整，并检测对应频率、对应反馈信号相位条件下振动台输出信号的精度特性，依据满足振动台精度要求的反馈信号相位可以得到反馈信号在不同频率下所需的移相值。将振动台的工作频率范围分为k-1段，表示为fn≤f＜fn+1,n＝1,2,3,...k-1，分段的标准为在本分段内的修正信号的移相值相同；此处的移相值相同指的是该频率分段内、每个频率的移相值之间的差在允许的偏差范围内；S2：依次对每一个频率分段，取该频率分段中、各频率的移相值的平均值作为该频率分段的移相值以作为fn频率分段的可调移相器的移相值；S3：对fn频率分段的移相值表达为：；其中：R2为第一级全通滤波器中的数字电位计的电阻值，R3为第二级全通滤波器中的数字电位计的电阻值；S4：令R2＝R3并结合步骤S2和S3，求得各频率分段所对应的R2、R3值，对每一个频率分段、以R2、R3值作为参考计算得到需要输入第一级全通滤波器中的数字电位计以及第二级全通滤波器中的数字电位计的移相控制脉冲个数，移相控制脉冲个数控制可调移相器产生的对应频率分段的移相值。进一步，修正信号输入可调移相器，可调移相器的输出端与可调放大器的输入端相连。或者，修正信号输入可调放大器，可调放大器的输出端与可调移相器的输入端相连。进一步，可调放大器由同相比例放大电路和分压电位计串联构成，用于实现反馈信号的放大或是衰减，获取合适的反馈深度。可调放大器在不同频率段的增益确定步骤如下：1)、在工作频率范围内，对振动台输入不同频率的激励信号，并构建负反馈控制系统。在不同频率下，对反馈信号幅值施加不同的增益，并检测对应频率、对应反馈信号增益条件下振动台输出信号的精度特性，依据满足振动台精度要求的反馈信号增益可以得到反馈信号在不同频率下所需的增益。将振动台的工作频率范围分为(k′-1)段，表示为：fm≤f＜fm+1,m＝1,2,3,...k′-1；2)、依次对每一个频率分段，取当前频率分段中、各频率的增益的平均值作为当前频率分段的增益值pm；3)、对每个频段的增益值表示为：其中，R6是同向比例放大电路中的反馈电阻的电阻值，R7是分压电位计的总电阻值，R7w是分压电位计的分压阻值；4)、确定同相比例放大电路的固定电阻的阻值R5，判断当前频率分段是需要将信号放大还是信号衰减，当需要将信号进行放大时取R7w＝R7，求得R6；以R6值和R7w作为参考、计算得到需要输入同向比例放大电路中反馈电阻的调幅控制脉冲个数和分压电位计的调幅控制脉冲个数，从而控制可调放大器实现对应频段的反馈信号幅值的调整；当需要将信号衰减时取R6＝0，求得所需的R7w；以R6值和R7w作为参考计算得到需要输入同向比例放大电路中反馈电阻的调幅控制脉冲个数和分压电位计的调幅控制脉冲个数，从而控制可调放大器实现对应频段的反馈信号幅值的调整。进一步，所述速度反馈控制装置还包括比例调节器，所述比例调节器设置在减法器与功率放大器之间。本技术的工作原理为：通过在运动部件处于均匀磁场中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于感应线圈反馈控制的低频电磁振动台系统，其特征在于：低频电磁振动台系统包括信号发生器，速度反馈控制装置，功率放大器和低频电磁振动台；低频振动台的动圈上具有驱动线圈和感应线圈，速度反馈控制装置包括反馈部和控制部，感应线圈的感应电压输入反馈部，信号发生器输出的参考信号和反馈部输出的反馈信号分别输入控制部，控制部用参考信号和反馈信号形成控制信号输入驱动线圈。

【技术特征摘要】
1.基于感应线圈反馈控制的低频电磁振动台系统，其特征在于：低频电磁振动台系统包括信号发生器，速度反馈控制装置，功率放大器和低频电磁振动台；低频振动台的动圈上具有驱动线圈和感应线圈，速度反馈控制装置包括反馈部和控制部，感应线圈的感应电压输入反馈部，信号发生器输出的参考信号和反馈部输出的反馈信号分别输入控制部，控制部用参考信号和反馈信号形成控制信号输入驱动线圈。2.根据权利要求1所述的基于感应线圈反馈控制的低频电磁振动台系统，其特征在于：所述感应线圈的直径远远小于驱动线圈的直径。3.根据权利要求2所述的基于感应线圈反馈控制的低频电磁振动台系统，其特征在于：感应线圈与分压单元并联，分压单元的分压电压输入反馈部，分压单元的输入阻抗接近无穷大。4.根据权利要求3所述的基于感应线圈反馈控制的低频电磁振动台系统，其特征在于：速度反馈控制装置的反馈部包含信号修正模块，反馈信号调节模块，和滤波器；控制部包含减法器和比例调节器，感应线圈的感应电压经分压后输入信号修正模块、获得修正信号，修正信号输入反馈信号调节模块，反馈信号调节模块将修正信号依次进行分频段的相位补偿和幅值调整、形成系统反馈信号，系统反馈信号经滤波器作为减数输入减法器，信号发生器输出的信号作为被减数输入减法器，减法器的输出信号进入比例调节器，比例调节器的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：何闻，高宇，张旭飞，贾叔仕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33