残周期采样确定振动台振级的方法技术

本发明专利技术公开了残周期采样确定振动台振级的方法，对振动台输出波形采样获得采样数据，采样时长小于一个周期，由采样数据进行幅值估计、获得振动台的当前振级。本发明专利技术在振级测试时对振级进行残周期采样，利用采样数据快速估计超低频正弦信号幅值，获得当前振级，节约采样时间。

【技术实现步骤摘要】
残周期采样确定振动台振级的方法
本专利技术涉及一种对振动台振级的确定方法。
技术介绍
在测振传感器动态特性校准的众多方法中，单频稳态激励法具有校准精度高、校准频率范围宽、方便实现自动控制的优点，各国一般根据这一方法建设国家振动基准。单频稳态激励法一般是用电磁振动台产生振动源，同时检测事先安装在振动台台面上的传感器的输出电压信号，以及激光干涉仪输出信号(绝对法)或者标准传感器输出信号(相对法)，并通过计算机解算出传感器的相关参数。由于电磁振动台产生振动源指的是将电磁振动台驱动到指定频率下的指定振幅，且考虑到振动台瞬态响应及调节精度等原因，不能一步到位地调整到目标振级，而是应该逐渐控制激励加速度的幅值，直到振级满足要求。但是，对于超低频测振传感器的校准，信号周期比较长，振级调整的时间随着信号周期的加长而成倍加长，严重影响超低频测振传感器的校准效率。且在常规振级调整方法中振级的测试是先等待振级稳定，接着采用整周期测试方法进行测试，而在测试低频时，周期较长，整周期采样需要大量的时间，严重影响测试效率，降低测试人员的工作效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过对振动台输出信号进行残周期采样即可确定振级的方法。残周期采样确定振动台振级的方法，其特征在于：对振动台输出波形采样获得采样数据，采样时长小于一个周期，由采样数据进行幅值估计、获得振动台的当前振级。进一步，采用数据通过解矛盾方程组的方式估算出当前周期的幅值，得到当前振级。进一步，每次用于估算振级的采样数据占据的时长为振动周期的10％～30％。进一步，采样数据的位移信号为其中，c3＝d，x(k)为采样得到的位移波形，k表示第k个采样点，A为振动台的振动位移幅值，f为振动频率，fs为采样频率，为相位，d为直流量，设总采样点数为N，N<(fs/f)，k的取值范围为0,1,2,3,…,N-1，其中，x(k)序列为测试所得，fs和f为用户设定值，为已知量。基于振动台在超低频测试时引入了反馈控制技术，波形失真度很小，所以采样得到的位移信号(采样数据)可以看成残周期的正弦波形，假设为式中，x(k)为采样得到的位移波形；k表示第k个采样点；A为振动台的振动位移幅值；f为振动频率；fs为采样频率；为相位；d为直流量。设总采样点数为N，N<(fs/f)，k的取值范围为0,1,2,3,…,N-1。其中，x(k)序列为测试所得，fs和f为用户设定值，即为已知量，幅值A、相位和直流量d为待求量。将式(1)化成如下形式式中，c3＝d。将式(2)转换为矩阵形式得式中，频率f和采样率fs为已知量，即左边第一项为已知项，计为矩阵K；左边第二项为待求项，计为向量C；右边为采样得到的序列，亦为已知量,计为向量X，则可将上式简写为KC＝X,(4)由K为N行3列矩阵，不存在逆矩阵，可得C＝(KTK)-1KTX.(5)求得C后，便可求得A、和d分别为本专利技术在振级测试时对振级进行残周期采样，利用采样数据快速估计超低频正弦信号幅值，获得当前振级，节约采样时间。附图说明图1是不同周期比例下的估计误差。图2是不同波形失真度下的估计误差。图3是不同相位下的估计误差。图4是不同相对直流量下的估计误差。具体实施方式残周期采样确定振动台振级的方法，对振动台输出波形采样获得采样数据，采样时长小于一个周期，由采样数据进行幅值估计、获得振动台的当前振级。采用数据通过解矛盾方程组的方式估算出当前周期的最大幅值，该最大幅值为当前振级。每次用于估算振级的采样数据占据的时长为振动周期的10％～30％。采样数据的位移信号为其中，c3＝d，x(k)为采样得到的位移波形，k表示第k个采样点，A为振动台的振动位移幅值，f为振动频率，fs为采样频率，为相位，d为直流量，设总采样点数为N，N<(fs/f)，k的取值范围为0,1,2,3,…,N-1，其中，x(k)序列为测试所得，fs和f为用户设定值，为已知量。基于振动台在超低频测试时引入了反馈控制技术，波形失真度很小，所以采样得到的位移信号(采样数据)可以看成残周期的正弦波形，假设为式中，x(k)为采样得到的位移波形；k表示第k个采样点；A为振动台的振动位移幅值；f为振动频率；fs为采样频率；为相位；d为直流量。设总采样点数为N，N<(fs/f)，k的取值范围为0,1,2,3,…,N-1。其中，x(k)序列为测试所得，fs和f为用户设定值，即为已知量，幅值A、相位和直流量d为待求量。将式(1)化成如下形式式中，c3＝d。将式(2)转换为矩阵形式得式中，频率f和采样率fs为已知量，即左边第一项为已知项，计为矩阵K；左边第二项为待求项，计为向量C；右边为采样得到的序列，亦为已知量,计为向量X，则可将上式简写为KC＝X,(4)由K为N行3列矩阵，不存在逆矩阵，可得C＝(KTK)-1KTX.(5)求得C后，便可求得A、和d分别为本专利技术在振级测试时不是消极盲目地等待振级稳定，而是对振级进行残周期采样，利用采样数据快速估计超低频正弦信号幅值，获得当前振级，节约采样时间。残周期超低频正弦信号幅值快速估计方法的仿真分析如下：基于解矛盾方程组的残周期超低频正弦信号幅值估计方法，可以用来估计不足一个周期采样时间的正弦信号的幅值等参数。为了验证这一方法的有效性，进行以下仿真分析。对于一段正弦波形，其波形长度、波形失真度、直流量和相位等均可能会对估计质量产生影响，这里的波形长度指的是时间长度，同样的时间长度对于不同频率信号而言周期数不同，比如10s时间长度对于0.01Hz信号仅仅是十分之一个周期，而对于0.1Hz信号则是一个周期，因此直接考察绝对时间长度对预测幅值的影响没有意义，应该用波形时间与整个周期时间的比来表示，称为周期比例，用百分数表示；波形失真度指的是总谐波失真度(THD，TotalHarmonicDistortion)，表示一个信号偏离单频正弦信号的程度，可用除了基波外所有谐波能量的和与基波能量的比值的平方根来计算，对于失真度的仿真本文通过在正弦信号中加入一定量的白噪声来实现，波形失真度也记为百分数；同样，直流量用绝对量来表示也没有实际意义，因此用直流量与实际幅值的比来表示，称为相对直流量。相位指的是待测波形的初相位，单位用度来表示。本实施例采用LabVIEW软件对该方法进行数值仿真，主要研究了周期比例、波形失真度、相位、相对直流量等因素对估计误差的影响，估计误差用解算出来的幅值与设定幅值之间的差与设定幅值的比值表示，并取百分数，其值越接近“0”表示解算越准确。(1)周期比例首先仿真周期比例对估计精度的影响，采用控制变量法，保持其他参数不变，即波形失真度取0.05％，相位取60°，相对直流量取10％，只改变周期比例，然后记录误差的变化。由于本文主要针对一个周期时间以下正弦信号的幅值测试，因此周期比例取0～100％，仿真结果如图1所示。从图中可以看出，波形的周期比例对估计误差有明显影响，特别在周期比例小于10％时，计算出的误差较大；当周期比例达到10％时，误差在1％以内，可以满足快速测试的精度要求。(2)波形失真度研究波形失真度对估计精度的影响，采用控制变量法，保持其他参数不变，即周期比例取10％，相位取60°，相对直流量取10％，只改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.残周期采样确定振动台振级的方法，其特征在于：对振动台波形采样获得采样数据，采样时长小于一个周期，由采样数据进行幅值估计、获得振动台的当前振级。

【技术特征摘要】
1.残周期采样确定振动台振级的方法，其特征在于：对振动台波形采样获得采样数据，采样时长小于一个周期，由采样数据进行幅值估计、获得振动台的当前振级。2.如权利要求1所述的残周期采样确定振动台振级的方法，其特征在于：采用数据通过解矛盾方程组的方式估算出当前周期的最大幅值，该最大幅值为当前振级。3.如权利要求1或2所述的残周期采样确定振动台振级的方法，其特征在于：采样时长大于振动周期的10...

【专利技术属性】
技术研发人员：何闻，钟俊杰，杨争雄，贾叔仕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33