一种集成式振动试验系统及其能耗管理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种集成式振动试验系统及其能耗管理方法。该系统包括：振动执行机构，用于对试验产品进行振动激励，振动执行机构至少包括励磁部件及动圈单元；冷却装置，与振动执行机构相连，用于对振动执行机构进行冷却；励磁电源，与振动执行机构相连，用于驱动振动执行机构；功率放大器，连接于励磁电源与振动执行机构之间，用于对励磁电源的功率进行放大，以驱动振动执行机构；控制模块，包括：冷却功率控制单元，用于控制冷却装置的输出功率；温差压力信号采集单元，用于测定冷却装置输出温度与周边环境的温度差；功率放大器温度调节单元，用于调节功率放大器的温度；励磁功率控制单元，用于调节励磁电源的输出功率。

Integrated vibration test system and energy consumption management method thereof

The invention discloses an integrated vibration test system and an energy consumption management method thereof. The system includes: a vibration actuator for vibration test of products, vibration actuator includes at least the excitation component and moving coil unit; cooling device is connected with the vibration actuator for cooling vibration actuator; excitation power supply, connected with the vibration actuator, actuator for driving vibration; power amplifier. Connected to the excitation power and vibration actuator for power amplification of excitation power, to drive the vibration actuator; control module, which comprises a cooling power control unit for controlling the output power of the cooling device; the pressure difference signal acquisition unit for measuring cooling device output temperature and the temperature of the surrounding environment; power amplifier the temperature adjusting unit for adjusting the power amplifier temperature; excitation power control unit, with the To adjust the output power of the excitation power supply.

【技术实现步骤摘要】
一种集成式振动试验系统及其能耗管理方法
本专利技术涉及一种振动试验设备，特别涉及一种集成式振动试验系统及其能耗管理方法，属于环境试验

技术介绍
振动试验系统在工作中，随着试验量级的增加，能量的消耗越大。传统振动试验系统通常基于以下4部分组成：振动执行机构、功率放大器、振动控制器及冷却系统组成。但是传统振动试验系统存在以下问题：1、未形成有效的能耗估算机制，在不同的工作条件下到底需求多少能耗没有详细的评估；2、不同振动试验条件下，系统噪声的声压级不可控，特别是冷却系统的噪声，始终伴随整个系统的工作历程，对用户环境造成声污染；3、在不同量级的振动试验中，系统功耗不可控，导致系统耗能高，直接导致整个系统的使用成本居高不下。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种集成式振动试验系统及其能耗管理方法。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种集成式振动试验系统，其包括：振动执行机构，用于对试验产品进行振动激励，所述振动执行机构至少包括励磁部件及动圈单元；冷却装置，与振动执行机构相连，用于对振动执行机构进行冷却；励磁电源，为振动执行机构提供磁场；功率放大器，连接于振动控制器与振动执行机构之间，用于对控制信号进行功率放大，以驱动振动执行机构；控制模块，包括：冷却功率控制单元，用于控制冷却装置的输出功率；温差压力信号采集单元，用于测定冷却装置输出温度与周边环境的温度差；功率放大器温度调节单元，用于调节功率放大器的温度；励磁功率控制单元，用于调节励磁电源的输出功率。作为本专利技术的进一步改进，所述温差压力信号采集单元上集成有气流传感器单元。作为本专利技术的进一步改进，所述冷却装置为冷却风机。作为本专利技术的进一步改进，所述冷却装置上设有消音装置。相应地，本专利技术实施例还提供了一种集成式振动试验系统的能耗管理方法，其包括以下步骤：1)根据试验参数预判所需的动圈驱动电流，计算出振动所需的推力，并确定系统最优励磁电流；2)计算需求的励磁控制参数，并确定冷却装置的参数；3)通过温差压力信号采集单元测出冷却装置的出口温度，判断冷却装置的出口温度是否在预设范围内，若是，则执行步骤4)，若否，重新确定冷却装置的参数；4)计算集成式振动试验系统的总能耗Ptotal＝Pf+Pd+Pb，其中，Pf为励磁部件能耗，Pd为动圈单元能耗，Pb为冷却装置能耗，通过控制动圈驱动电流、励磁电流、励磁控制参数中的一种或多种以使总能耗Ptotal在预设范围内。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤4)中励磁部件能耗的计算方法包括：根据安培定律计算满足振动执行机构工作时励磁电源的最优励磁电流If；通过温差压力信号采集单元测出冷却装置的输出温度Tf、周边环境的温度Tf0；根据公式计算励磁部件能耗能耗，其中Rf0分别为励磁部件的等效阻抗系数，Cf为励磁部件的温度系数。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤4)中动圈单元能耗的计算方法包括：根据安培定律计算满足振动执行机构工作时励磁电源的动圈驱动电流Id；通过温差压力信号采集单元测出冷却装置的输出温度Td、周边环境的温度Td0；根据公式Pd＝Rd0×[1+Cd×(Td-Td0)]×Id2计算动圈单元能耗，其中Rd0分别为动圈单元的等效阻抗系数，Cd为动圈单元的温度系数。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2)中冷却装置为冷却风机，冷却装置的参数包括冷却风机的风速。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤4)还包括：当集成式振动试验系统的总能耗Ptotal在预设范围内时，记录当前动圈驱动电流、励磁电流、励磁控制参数、以及励磁部件能耗、动圈单元能耗、冷却装置能耗的值。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1.本专利技术的集成式振动试验系统及其能耗管理方法，明显的降低了系统功耗，提高了设备工作效率，同时减少了环境噪声污染；2.本专利技术的集成式振动试验系统及其能耗管理方法，大大避免了资源浪费，降低了生产成本，为企业带来巨大的经济收益。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案之中集成式振动试验系统的构成示意图；图2是本专利技术一典型实施方案之中集成式振动试验系统的原理框图；图3是本专利技术一典型实施方案之中集成式振动试验系统的激振力一定时，励磁线圈中磁场随电流的变化关系图；图4是本专利技术一典型实施方案之中集成式振动试验系统的能耗管理方法流程图；图5a是采用传统振动试验系统的能耗图；图5b是采用本专利技术一典型实施方案之中的能耗图；附图标记说明：1—振动执行机构；2—冷却装置；3—功率放大器；4—控制模块；5—励磁电源；41—冷却功率控制单元；42—温差压力信号采集单元；43—功率放大器温度调节单元；4—励磁功率控制单元。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。参图1、图2所示，本专利技术一典型实施方案中的集成式振动试验系统，该系统包括：振动执行机构1，用于对试验产品进行振动激励，振动执行机构至少包括励磁部件及动圈单元；冷却装置2，与振动执行机构相连，用于对振动执行机构进行冷却；励磁电源5，与振动执行机构相连，用于驱动振动执行机构；功率放大器3，连接于励磁电源与振动执行机构之间，用于对励磁电源的功率进行放大，以驱动振动执行机构；控制模块4，包括：冷却功率控制单元41，用于控制冷却装置的输出功率；温差压力信号采集单元42，用于测定冷却装置输出温度与周边环境的温度差；功率放大器温度调节单元43，用于调节功率放大器的温度；励磁功率控制单元44，用于调节励磁电源的输出功率。在一些实施方案之中，温差压力信号采集单元上集成有气流传感器单元。在一些实施方案之中，冷却装置为冷却风机，当然，在其他实施方案中也可以采用其他冷却装置对振动执行机构1进行冷却。在一些更为具体的实施方案之中，所述冷却风机上还设有消音装置。参图4所示，本专利技术还提供了一种所述集成式振动试验系统的能耗管理方法，包括以下步骤：1)根据试验参数预判所需的动圈驱动电流，计算出振动所需的推力，并确定系统最优励磁电流；2)计算需求的励磁控制参数，并确定冷却装置的参数；3)通过温差压力信号采集单元测出冷却装置的出口温度，判断冷却装置的出口温度是否在预设范围内，若是，则执行步骤4)，若否，重新确定冷却装置的参数；4)计算集成式振动试验系统的总能耗Ptotal＝Pf+Pd+Pb，其中，Pf为励磁部件能耗，Pd为动圈单元能耗，Pb为冷却装置能耗，通过控制动圈驱动电流、励磁电流、励磁控制参数中的一种或多种以使总能耗Ptotal在预设范围内。集成式振动试验系统的总能耗Ptotal＝Pf+Pd+Pb，其中，Pf为励磁部件能耗，Pd为动圈单元能耗，Pb为冷却装置能耗，集成式振动试验系统分别估算以上3部分的能耗,根据实际推力需求，统一制定最佳控制策略。根据实际工作工况的要求，观察在一定激振力(即推力)F1下,励磁线圈的电流If与所产生的磁场B[T]的关系可以由下述曲线拟化，得到一个近似计算值(以1T振动试验系统为例)。根据图3所示的励磁电流与饱和磁密关系图，可知,当需要不同的推力时，没有必要满励磁功率条件下工作，可以根据F＝B*Id*L计算出所需的励磁电流，使励磁工作在最节能的条件下。在一些较为具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成式振动试验系统，其特征在于包括：振动执行机构，用于对试验产品进行振动激励，所述振动执行机构至少包括励磁部件及动圈单元；冷却装置，用于对振动执行机构进行冷却；励磁电源，为振动执行机构提供磁场；功率放大器，连接于振动控制器与振动执行机构之间，用于对控制信号进行功率放大，以驱动振动执行机构；控制模块，包括：冷却功率控制单元，用于控制冷却装置的输出功率；温差压力信号采集单元，用于测定冷却装置输出温度与周边环境的温度差；功率放大器温度调节单元，用于调节功率放大器的温度；励磁功率控制单元，用于调节励磁电源的输出功率。

【技术特征摘要】
1.一种集成式振动试验系统，其特征在于包括：振动执行机构，用于对试验产品进行振动激励，所述振动执行机构至少包括励磁部件及动圈单元；冷却装置，用于对振动执行机构进行冷却；励磁电源，为振动执行机构提供磁场；功率放大器，连接于振动控制器与振动执行机构之间，用于对控制信号进行功率放大，以驱动振动执行机构；控制模块，包括：冷却功率控制单元，用于控制冷却装置的输出功率；温差压力信号采集单元，用于测定冷却装置输出温度与周边环境的温度差；功率放大器温度调节单元，用于调节功率放大器的温度；励磁功率控制单元，用于调节励磁电源的输出功率。2.根据权利要求1所述的集成式振动试验系统，其特征在于，所述温差压力信号采集单元上集成有气流传感器单元。3.根据权利要求1所述的集成式振动试验系统，其特征在于，所述冷却装置为冷却风机。4.根据权利要求1或3所述的集成式振动试验系统，其特征在于，所述冷却装置上设有消音装置。5.一种集成式振动试验系统的能耗管理方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据试验参数预判所需的动圈驱动电流，计算出振动所需的推力，并确定系统最优励磁电流；2)计算需求的励磁控制参数，并确定冷却装置的参数；3)通过温差压力信号采集单元测出冷却装置的出口温度，判断冷却装置的出口温度是否在预设范围内，若是，则执行步骤4)，若否，重新确定冷却装置的参数；4)计算集成式振动试验系统的总能耗Ptotal＝Pf+Pd+Pb，其中，Pf为励磁部件能耗，Pd为动圈单元能耗，Pb为冷却装置能耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈蜀光，李一鹏，陈俊，
申请(专利权)人：脉创测控装备科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32