本發(fā)明涉及隔振測(cè)試，尤其是涉及一種自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

1、隨著超精密加工、測(cè)量和制造設(shè)備的精度進(jìn)一步提高，精密設(shè)備對(duì)環(huán)境振動(dòng)愈發(fā)敏感。主動(dòng)隔振器以其在低頻段較好的隔振效果，通常被應(yīng)用在精密設(shè)備上，能夠隔離地面振動(dòng)等低頻振動(dòng)。

2、振動(dòng)傳遞率作為評(píng)估主動(dòng)隔振器的隔振性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，表明了其在不同頻率下的隔振性能。針對(duì)主動(dòng)隔振器的傳遞率測(cè)試通常采用激振器或錘擊法，需要外置激勵(lì)裝置和測(cè)試傳感器，面臨著測(cè)試復(fù)雜，成本高，耗時(shí)長(zhǎng)，效果不佳的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法；本發(fā)明針對(duì)主動(dòng)隔振器本身的特性，采用其本身內(nèi)置的作動(dòng)器和傳感器實(shí)現(xiàn)信號(hào)激勵(lì)與采集功能，在進(jìn)行閉環(huán)控制主動(dòng)減振的同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)傳遞率測(cè)試，在不引入額外成本的同時(shí)，測(cè)試耗時(shí)短效果好。本發(fā)明的技術(shù)方案具體介紹如下。

2、本發(fā)明提供的一種自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，包括以下步驟：

3、1)設(shè)計(jì)激勵(lì)信號(hào)x，采用主動(dòng)隔振器本身的激勵(lì)裝置對(duì)主動(dòng)隔振器進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)。

4、2)采用主動(dòng)隔振器本身的進(jìn)行信號(hào)采集，得到激勵(lì)信號(hào)下的主動(dòng)隔振器振動(dòng)信號(hào)y。

5、3)根據(jù)施加的激勵(lì)信號(hào)x以及激勵(lì)下采集到的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)信號(hào)y，采用傅里葉變換計(jì)算得到激勵(lì)信號(hào)的頻率響應(yīng)x和振動(dòng)信號(hào)的頻率響應(yīng)y。分別計(jì)算激勵(lì)信號(hào)的自功率譜密度sxx、振動(dòng)信號(hào)的自功率譜密度syy和兩者的交叉功率譜密度sxy，從而計(jì)算得到兩者相干性cxy，判斷本測(cè)試方法的可信度。如若出現(xiàn)相干性不佳的情況需要考慮增加激勵(lì)信號(hào)的幅值或者更換激勵(lì)信號(hào)的類型；

6、4)根據(jù)得到的激勵(lì)信號(hào)頻率響應(yīng)x和振動(dòng)信號(hào)的頻率響應(yīng)y，計(jì)算激勵(lì)信號(hào)到振動(dòng)信號(hào)的傳遞函數(shù)gxy。結(jié)合已知的力傳遞函數(shù)gf，解算得到主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率t。

7、進(jìn)一步的，上述步驟1)具體為：

8、11)根據(jù)測(cè)試的目標(biāo)頻段和響應(yīng)大小，設(shè)計(jì)能夠充分激發(fā)系統(tǒng)振動(dòng)的激勵(lì)信號(hào){x＝x(n)}，其中n＝0,1,…,n-1，n為信號(hào)序列長(zhǎng)度。測(cè)試系統(tǒng)的采樣頻率為fs，則激勵(lì)信號(hào)的時(shí)間t的表達(dá)式為t＝n/fs。

9、通常采用的激勵(lì)信號(hào)形式有高斯白噪聲信號(hào)，帶限白噪聲信號(hào)和掃頻正弦信號(hào)等。

10、12)在主動(dòng)隔振器的控制回路的作動(dòng)器信號(hào)輸入位置加入產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào){x＝x(n)}，進(jìn)一步的，上述步驟2)具體為：

11、21)在振動(dòng)激勵(lì)的過(guò)程中，采用主動(dòng)隔振器控制回路中的傳感器采集主動(dòng)隔振器的振動(dòng)信號(hào){y＝y(tǒng)(n)}，其中n＝0,1,…,n-1，n為信號(hào)長(zhǎng)度。實(shí)時(shí)記錄當(dāng)前時(shí)刻激勵(lì)信號(hào)值與當(dāng)前時(shí)刻的振動(dòng)信號(hào)值，即第i時(shí)刻，激勵(lì)信號(hào)為x(i)，其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)為y(i)。

12、進(jìn)一步的，上述步驟3)具體為：

13、31)根據(jù)施加的激勵(lì)信號(hào){x＝x(n)}與采集得到的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)信號(hào){y＝y(tǒng)(n)}，采用離散傅里葉變換得到激勵(lì)信號(hào)的頻率響應(yīng)x(f)和振動(dòng)信號(hào)的頻率響應(yīng)y(f)，公式如下：

14、

15、

16、32)根據(jù)得到的激勵(lì)信號(hào)的頻率響應(yīng)x(f)和振動(dòng)信號(hào)的頻率響應(yīng)y(f)，分別計(jì)算激勵(lì)信號(hào)的自功率譜密度sxx(f)、振動(dòng)信號(hào)和自功率譜密度syy(f)和兩者的交叉功率譜密度sxy(f)，公式如下：

17、

18、

19、

20、33)根據(jù)得到的激勵(lì)信號(hào)的自功率譜密度sxx(f)、振動(dòng)信號(hào)和自功率譜密度syy(f)和兩者的交叉功率譜密度sxy(f)，即可計(jì)算兩者相干性cxy(f)，判斷本測(cè)試方法的可信度，公式如下：

21、

22、cxy(f)的取值范圍在0到1之間，通常相干性超過(guò)0.95，認(rèn)為該頻點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)可信。

23、進(jìn)一步的，上述步驟4)具體為：

24、41)根據(jù)計(jì)算得到的激勵(lì)信號(hào)頻率響應(yīng)x(s)和振動(dòng)信號(hào)的頻率響應(yīng)y(s)，可以得到激勵(lì)信號(hào)到振動(dòng)信號(hào)的傳遞函數(shù)gxy(s)。公式如下：

25、

26、42)對(duì)于一個(gè)常見(jiàn)的隔振器的傳遞函數(shù)模型gplant(s)，其定義為施加在隔振器上的力信號(hào)的頻率響應(yīng)f(s)與其上振動(dòng)加速度信號(hào)的頻率響應(yīng)aplant(s)的比值，通常采用二階彈簧阻尼模型，其中系統(tǒng)質(zhì)量m，系統(tǒng)阻尼系數(shù)c，系統(tǒng)剛度系數(shù)k均為已知量，其表達(dá)式如下：

27、

28、則力傳遞函數(shù)gf(s)的表達(dá)式如下：

29、

30、43)振動(dòng)傳遞率t(s)通常定義為地面振動(dòng)位移信號(hào)的頻率響應(yīng)xground(s)與臺(tái)面振動(dòng)位移信號(hào)的頻率響應(yīng)xplant(s)的比值。其也可以表示為地面振動(dòng)加速度信號(hào)的頻率響應(yīng)accground(s)和臺(tái)面振動(dòng)加速度信號(hào)的頻率響應(yīng)accplant(s)的比值。作動(dòng)器的將激勵(lì)信號(hào)的電壓輸出量u(s)轉(zhuǎn)化成作用力f(s)施加在隔振器上，通常將作動(dòng)器的傳遞函數(shù)視為一個(gè)常數(shù)比例增益k0，即作動(dòng)器傳遞函數(shù)gv(s)＝k0。則振動(dòng)傳遞率t(s)的表達(dá)式如下：

31、

32、以上，本發(fā)明提出的一種自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法需要設(shè)計(jì)激勵(lì)信號(hào)，采用主動(dòng)隔振器本身的作動(dòng)器進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)。在振動(dòng)激勵(lì)的同時(shí)，采用主動(dòng)隔振器本身的傳感器進(jìn)行隔振器振動(dòng)信號(hào)的采集。完成一次測(cè)試后即可得到一串離散的激勵(lì)信號(hào)以及其對(duì)應(yīng)時(shí)刻的隔振器振動(dòng)信號(hào)。對(duì)激勵(lì)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換得到兩者頻率響應(yīng)，計(jì)算兩者的自功率譜密度和互功率譜密度，進(jìn)一步計(jì)算得到兩者的相干性。通過(guò)相干性即可判斷本次測(cè)試的可信度。在本次測(cè)試可信的基礎(chǔ)上，根據(jù)激勵(lì)信號(hào)的頻率響應(yīng)和振動(dòng)信號(hào)的頻率響應(yīng)，計(jì)算得到激勵(lì)信號(hào)到振動(dòng)信號(hào)的傳遞函數(shù)。通過(guò)已知的作動(dòng)器傳遞函數(shù)以及力傳遞函數(shù)，即可計(jì)算得到振動(dòng)傳遞率。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

33、本發(fā)明提出的一種自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，采用主動(dòng)隔振器本身的作動(dòng)器作為振動(dòng)激發(fā)裝置，采用主動(dòng)隔振器本身的傳感器作為振動(dòng)信號(hào)采集裝置。傳統(tǒng)的振動(dòng)傳遞率測(cè)試通常采用激振器或錘擊法。由于需要外置激勵(lì)裝置和測(cè)試傳感器，進(jìn)行多點(diǎn)分布式測(cè)試，測(cè)試過(guò)程復(fù)雜，測(cè)試成本高，耗時(shí)長(zhǎng)，測(cè)試得到的相干性不佳等問(wèn)題。本發(fā)明提出的一種自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，無(wú)需額外裝置，測(cè)試成本小。僅需要完成一輪激勵(lì)信號(hào)的輸入與振動(dòng)信號(hào)的采集，測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)便，耗時(shí)短，測(cè)試得到的相干性好。本發(fā)明采用主動(dòng)隔振器本身的作動(dòng)器和傳感器完成振動(dòng)傳遞率的測(cè)試，思路清晰，實(shí)現(xiàn)方便，測(cè)試耗時(shí)短效果好，具有通用性和普適性。

技術(shù)特征：

1.一種自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，其特征在于，步驟1)中，激勵(lì)信號(hào)形式為高斯白噪聲信號(hào)，帶限白噪聲信號(hào)或者掃頻正弦信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，其特征在于，所述的步驟1)具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，其特征在于，步驟2)具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，其特征在于，步驟3)具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，其特征在于，步驟4)具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法，其特征在于，采用二階彈簧阻尼傳遞函數(shù)模型作為傳遞函數(shù)模型gplant(s)，則有：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于隔振測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種自主激勵(lì)的主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法；該方法包括激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生與輸入，振動(dòng)信號(hào)采集，信號(hào)相干性分析與振動(dòng)傳遞率計(jì)算。由于超精密設(shè)備對(duì)環(huán)境振動(dòng)較為敏感，其在使用時(shí)通常需要采用主動(dòng)隔振器，對(duì)地面振動(dòng)等低頻振動(dòng)進(jìn)行隔振。為了評(píng)估主動(dòng)隔振器的隔振性能，需要針對(duì)主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率進(jìn)行測(cè)試分析。本發(fā)明采用的測(cè)試方法采用主動(dòng)隔振器本身的作動(dòng)器與傳感器，無(wú)需額外的激勵(lì)裝置與測(cè)試傳感器。本發(fā)明提出的方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，耗時(shí)短，測(cè)試效果好，能夠解決測(cè)試主動(dòng)隔振器的振動(dòng)傳遞率的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：孫煜,俞開(kāi)程,于健博,康華洲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：復(fù)旦大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2