一种抗倾覆高稳定的六自由度振动试验系统和试验方法技术方案

本发明专利技术提出一种抗倾覆高稳定的六自由度振动试验系统，属于测量测试技术领域，包括六自由度振动台、多维振动控制仪和测量系统；六自由度振动台包括加载台面、液压球头、台面稳定系统、振动台基座、底板、振动台功放和七个电动振动台；测量系统包括加速度传感器、信号适调仪和信号隔离器；加速度传感器共有七个，用于进行六自由度振动控制；加速度传感器的信号经过信号适调仪调理后进入多维振动控制仪，作为控制输入信号；多维振动控制仪的控制输出信号经过信号隔离器后进入振动台功放。本发明专利技术同时还提出了试验方法，解决了现有加载台面抗倾覆能力不足、静态位置偏移、控制稳定性差的问题，提升了力学环境试验实施的精细化水平。提升了力学环境试验实施的精细化水平。提升了力学环境试验实施的精细化水平。

【技术实现步骤摘要】
一种抗倾覆高稳定的六自由度振动试验系统和试验方法


[0001]本专利技术属于测量测试
，具体涉及一种抗倾覆高稳定的六自由度振动试验系统和试验方法，用于振动环境试验。

技术介绍

[0002]六自由度振动试验旨在更逼真地模拟产品的预期使用振动环境，试验系统通常模拟产品所安装的平台产生的基础运动激励。六自由度振动台可以控制三个正交方向的线振动和三个正交的角振动，能够完整模拟试件的振动环境。六自由度振动台的组成一般为，将多个振动台按照一定的空间布局方式连接到一个具有一定刚度的台面上，通过控制各个振动台的运动使得台面产生规定的平面或空间运动，从而对固定在台面上的试验件施加规定的基础运动激励。
[0003]传统的六自由度振动试验系统中，台面通过液压球头与振动台连接，液压球头具有5个运动自由度，只能传递沿振动台轴向的运动。液压球头灵活的运动特性导致台面的抗倾覆能力不高，且台面的静态位置不能很好地保持，容易在振动后发生偏移，造成试验安全风险或振动控制的超差。另外，当试验条件以六自由度随机振动功率谱密度形式给出时，往往需要对试验条件进行一定简化，难以精确复现规定的六自由度振动环境。
[0004]另外，如何使用线振动加速度传感器实现角振动试验条件的控制是六自由度振动试验方法中的难点，现有技术更多关注六自由度试验系统的组建方法，对试验的实施方法涉及很少。
[0005]综上，现有六自由度试验系统存在加载台面抗倾覆能力不足、静态位置偏移、控制稳定性差等问题，力学环境试验实施的精细化水平低，需要进行改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种抗倾覆高稳定的六自由度振动试验系统和试验方法，目的是解决现有六自由度试验系统的加载台面抗倾覆能力不足、静态位置偏移、控制稳定性差等问题，以及使用加速度传感器进行六自由度时间历程或功率谱密度矩阵控制的问题，提升力学环境试验实施的精细化水平。
[0007]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0008]一种抗倾覆高稳定的六自由度振动试验系统，包括六自由度振动台、多维振动控制仪和测量系统；六自由度振动台包括加载台面、液压球头、台面稳定系统、振动台基座、底板、振动台功放和七个电动振动台；测量系统包括加速度传感器、信号适调仪和信号隔离器；加速度传感器共有七个，用于进行六自由度振动控制，加速度传感器均设置在加载台面的上表面，分别位于七个电动振动台的运动轴线上，每个电动振动台对应一个加速度传感器；加速度传感器的信号经过信号适调仪调理后进入多维振动控制仪，作为控制输入信号；多维振动控制仪的控制输出信号经过信号隔离器后进入振动台功放；加载台面为等截面的拉伸六面体，六自由度振动台包括七个电动振动台；其中四个电动振动台位于加载台面下
方，分布在加载台面的四角；三个电动振动台位于加载台面侧向，沿对角线分布在加载台面的其中三个转角处；侧向对面放置的两个电动振动台的振动轴向平行且设置有轴间距；每个电动振动台配置一个液压球头，七个电动振动台分别通过液压球头与加载台面连接；台面稳定系统设置在加载台面下方，包括对称分布的四组支撑单元；支撑单元包括支撑底板、空气弹簧、空气弹簧底座和限位杆；支撑底板连接在加载台面下方相邻的两个电动振动台的台体支架上；空气弹簧沿竖直方向设置，两端分别连接加载台面底部和空气弹簧底座，空气弹簧底座沿竖直方向设置，可拆卸固定在支撑底板上；限位杆沿竖直方向设置，下端连接在支撑底板上，轴向长度可调；侧向的三个电动振动台分别配置一个振动台基座，振动台基座包括两层，下层为固定基座，上层为可拆卸座，固定基座和可拆卸座之间通过螺栓连接；电动振动台可拆卸连接在振动台基座上，振动台基座可拆卸连接在底板上。
[0009]作为优选方案，加载台面的截面为边长1.2米正方形，四角均设置有倒角。
[0010]作为优选方案，六自由度振动台包括七个电动振动台，分别为第一电动振动台、第二电动振动台、第三电动振动台、第四电动振动台、第五电动振动台、第六电动振动台和第七电动振动台；其中第一电动振动台、第二电动振动台、第三电动振动台和第四电动振动台设置在加载台面的下方，分布在加载台面的四个转角下方；第五电动振动台、第六电动振动台和第七电动振动台设置加载台面的侧向，分布在加载台面的3个转角处；第一电动振动台和第三电动振动台对角放置；第二电动振动台和第四电动振动台对角放置；第六电动振动台侧向居中放置；侧向对面放置的第五电动振动台和第七电动振动台的振动轴向平行，轴间距为0.3米。
[0011]作为优选方案，加速度传感器采用线振动加速度传感器。
[0012]作为优选方案，限位杆包括限位螺杆和限位螺母，限位螺杆沿竖直方向设置，下端连接在支撑底板上，限位螺母与限位螺杆螺接。
[0013]作为优选方案，固定基座采用钢架结构，包括四条支撑腿，固定基座的四周还设置有吊耳。
[0014]基于相同的技术构思，本专利技术同时还提出一种六自由度振动试验方法，采用上述六自由度振动试验系统，包括如下步骤：
[0015]S1、试验系统准备；
[0016]S1.1、在加载台面上布置加速度传感器，每个电动振动台对应一个加速度传感器；
[0017]S1.2、测量并记录各个传感器的位置与方向；
[0018]S1.3、连接测量线路和控制线路，进行线路导通；
[0019]加速度传感器的信号经过信号适调仪的调理后进入多维振动控制仪；连接控制线路，多维振动控制仪的控制输出信号经过信号隔离器后进入振动台功放；
[0020]S1.4、将空气弹簧进行充气，使加载台面脱离限位杆并保持安全距离；
[0021]S2、试验条件转换；
[0022]S2.1、给出六自由度随机振动试验条件；
[0023]给出的六自由度随机振动试验条件包括X向、Y向、Z向线振动试验条件和绕X轴、绕Y轴、绕Z轴角振动试验条件，各个自由度之间互不相干，互功率谱为0，写出六自由度振动功率谱密度矩阵G0(f)，按照加速度传感器的布置位置和方向，写出变换矩阵
[0024]S2.2、将六自由度振动试验条件变换成七个试验控制点的功率谱密度矩阵；
[0025]将加载台面上七个加速度传感器作为控制传感器，将六自由度振动试验条件中给出的加速度时间历程a0(t)或功率谱密度矩阵G0(f)变换成七个试验控制点的加速度时间历程a
n
(t)或功率谱密度矩阵G
a
(f)：
[0026][0027][0028]式中，变换矩阵的维数取决于各个控制点的位置和方向；
[0029]S2.3、对计算得到的功率谱密度矩阵G
a
(f)进行正定性检查；
[0030]谱密度矩阵为正定或半正定矩阵，通过对矩阵G
a
(f)在每个频率点上进行Cholesky分解来判断；若功率谱密度矩阵G
a
(f)不满足正定性要求，更改控制传感器位置，重新进行步骤S1～S2，直至满足正定性要求为止；
[0031]S3、小量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗倾覆高稳定的六自由度振动试验系统，其特征在于，包括六自由度振动台(1)、多维振动控制仪和测量系统；六自由度振动台(1)包括加载台面(3)、液压球头(4)、台面稳定系统、振动台基座(5)、底板(6)、振动台功放和七个电动振动台；测量系统包括加速度传感器(2)、信号适调仪和信号隔离器；所述加速度传感器(2)共有七个，用于进行六自由度振动控制，所述加速度传感器(2)均设置在加载台面(3)的上表面，分别位于七个电动振动台的运动轴线上，每个电动振动台对应一个加速度传感器(2)；加速度感传器(2)的信号经过信号适调仪调理后进入多维振动控制仪，作为控制输入信号；多维振动控制仪的控制输出信号经过信号隔离器后进入振动台功放；所述加载台面(3)为等截面的拉伸六面体，六自由度振动台(1)包括七个电动振动台；其中四个电动振动台位于加载台面(3)下方，分布在加载台面(3)的四角；三个电动振动台位于加载台面(3)侧向，沿对角线分布在加载台面(3)的其中三个转角处；侧向对面放置的两个电动振动台的振动轴向平行且设置有轴间距；每个电动振动台配置一个液压球头(4)，七个电动振动台分别通过液压球头(4)与加载台面(3)连接；所述台面稳定系统设置在加载台面(3)下方，包括对称分布的四组支撑单元(14)；支撑单元(14)包括支撑底板(15)、空气弹簧(16)、空气弹簧底座(17)和限位杆；支撑底板(15)连接在加载台面(3)下方相邻的两个电动振动台的台体支架上；空气弹簧(16)沿竖直方向设置，两端分别连接加载台面(3)底部和空气弹簧底座(17)，空气弹簧底座(17)沿竖直方向设置，可拆卸固定在支撑底板(15)上；限位杆沿竖直方向设置，下端连接在支撑底板(15)上，轴向长度可调；侧向的三个电动振动台分别配置一个振动台基座(5)，振动台基座(5)包括两层，下层为固定基座(20)，上层为可拆卸座(21)，固定基座(20)和可拆卸座(21)之间通过螺栓连接；电动振动台可拆卸连接在振动台基座(5)上，振动台基座(5)可拆卸连接在底板(6)上。2.根据权利要求1所述的六自由度振动试验系统，其特征在于，所述加载台面(3)的截面为边长1.2米正方形，四角均设置有倒角。3.根据权利要求2所述的六自由度振动试验系统，其特征在于，所述六自由度振动台(1)包括七个电动振动台，分别为第一电动振动台(7)、第二电动振动台(8)、第三电动振动台(9)、第四电动振动台(10)、第五电动振动台(11)、第六电动振动台(12)和第七电动振动台(13)；其中第一电动振动台(7)、第二电动振动台(8)、第三电动振动台(9)和第四电动振动台(10)设置在加载台面(3)的下方，分布在加载台面(3)的四个转角下方；第五电动振动台(11)、第六电动振动台(12)和第七电动振动台(13)设置加载台面(3)的侧向，分布在加载台面(3)的3个转角处；第一电动振动台(7)和第三电动振动台(9)对角放置；第二电动振动台(8)和第四电动振动台(10)对角放置；第六电动振动台(12)侧向居中放置；侧向对面放置的第五电动振动台(11)和第七电动振动台(13)的振动轴向平行，轴间距为0.3米。4.根据权利要求1所述的六自由度振动试验系统，其特征在于，所述加速度传感器(2)采用线振动加速度传感器。5.根据权利要求1～4其中任意一项所述的六自由度振动试验系统，其特征在于，所述限位杆包括限位螺杆(18)和限位螺母(19)，限位螺杆(18)沿竖直方向设置，下端连接在支撑底板(15)上，限位螺母(19)与限位螺杆(18)螺接。
6.根据权利要求2～4其中任意一项所述的六自由度振动试验系统，其特征在于，所述固定基座(20)采用钢架结构，包括四条支撑腿，固定基座(20)的四周还设置有吊耳。7.一种六自由度振动试验方法，其特征在于，采用权利要求1～6其中任意一项所述的六自由度振动试验系统，包括如下步骤：S1、试验系统准备；S1.1、在加载台面(3)上布置加速度传感器(2)，每个电动振动台对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏飞，陈贵龄，李亚男，丁富海，苏华昌，任海臣，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，
类型：发明
国别省市：