摘要： 提出一種主從分布式振動試驗方法，建立了連續(xù)振動載荷在線復(fù)現(xiàn)控制技術(shù)，研制了系統(tǒng)樣機(jī)。其中，提出一種信號分幀處理與重構(gòu)技術(shù)，解決了長時連續(xù)振動載荷的在線波形復(fù)現(xiàn)難題；提出一種基于多量級樣本庫構(gòu)建與加權(quán)平均的傳遞函數(shù)動態(tài)估計方法，抑制了系統(tǒng)非線性對控制精度的影響；采用譜誤差反饋修正方法，改善了系統(tǒng)的頻域控制精度。開展了“1主2從”聯(lián)臺試驗，結(jié)果表明：時域和頻域控制精度良好，整體延遲時間在亞秒量級，全程總均方根值誤差在1%以內(nèi)，為主從分布式振動試驗提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞： 主從分布式振動試驗； 振動控制； 在線波形復(fù)現(xiàn)； 傳遞函數(shù)； 分幀與重構(gòu)； 多量級隨機(jī)信號驅(qū)動

中圖分類號： O324；TB535 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1004-4523（2024）10-1679-09

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2024.10.005

1 概 述

振動試驗是研究、驗證、考核產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性和可靠性的重要手段，在工程中應(yīng)用廣泛并受到高度重視［1?3］。在工程實踐中，經(jīng)常會遇到復(fù)雜產(chǎn)品中含多種相互影響的危險品，從而不允許或不便于將所有組件集成為整機(jī)進(jìn)行環(huán)境激勵并同時進(jìn)行性能考核的情況，最典型的就是常規(guī)武器戰(zhàn)斗部的引信、炸藥以及其他危險品。對此，傳統(tǒng)的做法是：采用代用品制成模擬組件進(jìn)行集成試驗，在此基礎(chǔ)上對真實組件進(jìn)行單獨(dú)試驗。由此帶來三個方面的問題：一是試驗串行開展，效率低，周期長；二是真實組件的載荷條件往往通過頻譜包絡(luò)而成，一定程度上造成試驗量級提高和譜形改變，有損真實性；三是當(dāng)各組件間有電氣聯(lián)系和耦合時，串行試驗無法在振動環(huán)境下實現(xiàn)全系統(tǒng)性能聯(lián)試和考核。

為了解決上述問題，本文提出一種主從分布式振動試驗方法，如圖1所示。該方法在整機(jī)中安裝模擬組件以代替危險組件，施加既定振動載荷條件開展整機(jī)試驗；測量各模擬組件上測點的響應(yīng)，通過信號采集和傳輸，輸入到振動載荷復(fù)現(xiàn)控制系統(tǒng)，作為真實組件的載荷條件，進(jìn)行振動載荷在線復(fù)現(xiàn)控制，從而達(dá)到一次性考核真實組件的目的；同時，整機(jī)系統(tǒng)、真實組件的電氣信號直接或間接交互，完成功能性能聯(lián)試。上述整機(jī)試驗系統(tǒng)定義為主振系統(tǒng)，真實組件試驗系統(tǒng)定義為從振系統(tǒng)（或子振系統(tǒng)），一個主振系統(tǒng)與若干子振系統(tǒng)構(gòu)成主從分布式試驗系統(tǒng)。

由此可見，該方法通過信號采集與傳輸，高保真地給出組件的振動環(huán)境條件并在線地實施加載，進(jìn)行功能性能聯(lián)試，在振動環(huán)境激勵下完成功能性能考核。相比傳統(tǒng)振動試驗，該方法對組件施加的載荷條件更加真實，功能性能考核也更加全面，試驗效率更高，展示性更強(qiáng)。

在上述試驗方法中，振動載荷的在線復(fù)現(xiàn)（即時域波形復(fù)現(xiàn)）是關(guān)鍵。當(dāng)前關(guān)于時域波形復(fù)現(xiàn)的研究較多，主要集中在以下幾類。第一類是短時的時域波形復(fù)現(xiàn)，如嚴(yán)俠等［4］、許國山等［5］、Shen等［6］、Guan等［7］、Sheng等［8］、Guo等［9?10］對地震加速度信號的波形復(fù)現(xiàn)，波形時長在1～10 s量級；Allen［11］以沖擊響應(yīng)譜（Shock Response Spectrum，SRS）為目標(biāo)的短時時域波形復(fù)現(xiàn)，波形時長在0.1～1 s量級；高大威等［12］對路譜的時域波形復(fù)現(xiàn)，波形時長在100 s量級；廖洋等［13］對某些產(chǎn)品可靠性試驗的振動載荷時域波形復(fù)現(xiàn)，波形時長在10 s量級；Roos等［14］對收割機(jī)振動載荷的時域波形復(fù)現(xiàn)，波形時長在10 s量級。上述波形復(fù)現(xiàn)的特點是時間較短，最長的也只有100 s量級，振動載荷時域信號可以一體發(fā)送、一體控制，通過離線迭代修正等方法達(dá)到需要精度。第二類是長時周期性時域波形，如Hachisuka等［15］對非正弦周期信號的復(fù)現(xiàn)，這一類波形雖然時間較長，但因為是周期性的，對未來的信號可預(yù)知，控制難度相對較小。第三類是長時非周期性時域波形，因為時間太長，以至于不能以整個目標(biāo)信號為試驗周期進(jìn)行迭代、加載，必須采用分段或分幀并進(jìn)行搭接的技術(shù)來實現(xiàn)。其中，根據(jù)具體的情況有不同的做法，如陳家焱等［16］是對信號分段，分別迭代形成驅(qū)動信號，然后再對驅(qū)動信號進(jìn)行搭接，形成整體驅(qū)動信號，一體發(fā)送實現(xiàn)波形復(fù)現(xiàn)；鄧婷等［17］針對功率譜密度（Power Spectra Density，PSD）譜形不變、量級變化的長時非平穩(wěn)隨機(jī)振動載荷，采用分幀和幀搭接方法，對載荷邊控制邊處理（控制譜形、調(diào)整量級），最終完成整體波形復(fù)現(xiàn)。

綜上所述，對于傳統(tǒng)時域波形復(fù)現(xiàn)的目標(biāo)載荷，無論是短時的還是長時的，其特點都是事先已知的，均可通過離線的反復(fù)迭代修正達(dá)到一定精度后再實施復(fù)現(xiàn)。而本文所述的振動載荷復(fù)現(xiàn)，針對的是在線測得的、事先未知的長時連續(xù)振動載荷，無法通過事前離線迭代修正獲得高的復(fù)現(xiàn)精度。

為此，本文在已有研究［18?19］的基礎(chǔ)上，提出信號分幀處理與重構(gòu)方法、傳遞函數(shù)動態(tài)估計方法，采用譜誤差反饋修正技術(shù)，建立了集在線測量、在線通信、在線控制于一體的振動載荷在線復(fù)現(xiàn)控制技術(shù)，并研制了樣機(jī)系統(tǒng)，為主從分布式振動試驗提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。該技術(shù)無需預(yù)試驗、無需逐級加載即可直接啟動滿量級載荷復(fù)現(xiàn)，具有在線性、快速性、連續(xù)性的特點。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

振動載荷在線復(fù)現(xiàn)控制系統(tǒng)由3個部分組成，如圖2所示。具體如下：

（1）測試機(jī)：用于采集主振系統(tǒng)中組件相關(guān)測點的加速度響應(yīng)信號，作為待復(fù)現(xiàn)目標(biāo)載荷，通過光纖實時傳輸給復(fù)現(xiàn)控制機(jī)。

（2）控制機(jī)：用于接收測試機(jī)傳來的待復(fù)現(xiàn)目標(biāo)載荷，同時采集子振系統(tǒng)控制點信號，通過分幀與幀搭接、FFT濾波處理、目標(biāo)譜計算、驅(qū)動幀信號計算與加窗、驅(qū)動幀信號拼接與輸出等處理，在線循環(huán)完成目標(biāo)載荷的復(fù)現(xiàn)控制。

（3）上位機(jī)：用于安裝振動載荷在線復(fù)現(xiàn)控制軟件，通過以太網(wǎng)通信對控制機(jī)進(jìn)行控制。

由此可見，振動載荷在線復(fù)現(xiàn)控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)類似，獨(dú)立于振動臺及功放、試驗件、測試傳感器及二次儀表之外，可作為相對獨(dú)立、通用的設(shè)備，將主振系統(tǒng)上特定位置的實測載荷在線地復(fù)現(xiàn)到子振系統(tǒng)中。需要強(qiáng)調(diào)的是，本文研究的是子振系統(tǒng)的控制問題，并且按照前文設(shè)計，每一子振系統(tǒng)由一套載荷復(fù)現(xiàn)控制系統(tǒng)控制，因此后文相關(guān)討論均是針對某一子振系統(tǒng)的載荷復(fù)現(xiàn)控制。

3 載荷復(fù)現(xiàn)算法與流程

基于上述載荷復(fù)現(xiàn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和控制需求，需要在算法設(shè)計中解決以下兩個方面的問題［18］。一是長時連續(xù)振動信號因數(shù)據(jù)量過大，無法像地震載荷等短時波形復(fù)現(xiàn)那樣被一次性地處理［4?10］，也無法像路譜載荷等離線長時波形復(fù)現(xiàn)那樣進(jìn)行離線迭代處理，生成驅(qū)動信號拼接發(fā)送［16］。對此，本文提出一種信號分幀處理與重構(gòu)技術(shù)，將在線測得的長時連續(xù)振動信號截斷為一定長度的短信號（幀），通過幀搭接等處理和轉(zhuǎn)換，重構(gòu)為長時連續(xù)驅(qū)動信號。二是控制精度問題，提出一種基于多量級樣本庫加權(quán)的傳遞函數(shù)動態(tài)估計方法，抑制了系統(tǒng)非線性的影響；采用譜誤差反饋修正方法，改善了載荷的頻域控制精度。

3.1 信號分幀處理與重構(gòu)

如圖3所示，將測試機(jī)采集的連續(xù)振動加速度信號實時傳輸至控制機(jī)，以當(dāng)前幀（第k幀）為研究對象，連同其前1幀（第k-1幀）和后0.5幀（第k+0.5幀），組成2.5幀信號進(jìn)行FFT濾波（即頻域加矩形窗處理），剔除帶外信號，形成目標(biāo)載荷。然后，采用與目標(biāo)幀載荷量級對應(yīng)的動態(tài)傳遞函數(shù)將這2.5幀載荷信號轉(zhuǎn)化為驅(qū)動信號，取其中第k幀作為驅(qū)動幀信號進(jìn)行重構(gòu)并發(fā)送。如此循環(huán)，便形成了連續(xù)的驅(qū)動信號。由圖3易見，由于濾波的邊緣效應(yīng)，其起始部分和結(jié)尾部分均會有一定程度的失真，只有中間部分保真度較高，這就是采用2.5幀信號搭接處理并取中間幀作為驅(qū)動信號的原因。對第k幀信號，需要采集完第k+0.5幀信號后才能完成搭接、濾波等處理，然后再轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號并發(fā)送。因此，在不考慮其他延時因素的情況下，僅分幀處理與重構(gòu)算法帶來的延遲就是1.5幀。設(shè)幀長度為L（采樣點數(shù)），采樣頻率為fs，則算法延時為1.5L/fs。

3.2 基于多量級樣本庫加權(quán)的傳遞函數(shù)動態(tài)估計

實際的振動系統(tǒng)或多或少存在一定的非線性，其傳遞函數(shù)將隨載荷量級的變化而變化。因此，為準(zhǔn)確估計系統(tǒng)傳遞函數(shù)，本文提出一種基于多量級樣本庫構(gòu)建與加權(quán)平均的傳遞函數(shù)動態(tài)估計方法。該方法具體分為兩個部分，第一是建立對應(yīng)不同載荷量級的傳遞函數(shù)樣本庫，第二是根據(jù)目標(biāo)幀載荷具體量級，由樣本庫中各量級傳遞函數(shù)加權(quán)平均，得到相應(yīng)的動態(tài)傳遞函數(shù)。

3.2.1 多量級傳遞函數(shù)樣本庫構(gòu)建

試驗前，通過主振系統(tǒng)預(yù)試驗或預(yù)判可以獲得最大響應(yīng)信號均方根值。以此為基準(zhǔn)，按照-6，-5，-4，-3，-2，-1，0 dB量級分別進(jìn)行傳遞函數(shù)估計。具體地，采用7組不同量級隨機(jī)驅(qū)動信號激勵子振系統(tǒng)，同步采集控制點加速度響應(yīng)信號，則可獲得7組相對應(yīng)的驅(qū)動信號xi（t）（i=0，1，…，6）、響應(yīng)信號以及響應(yīng)信號均方根（Root Mean Square，RMS）值：

（1）

式中 Ng為采樣點數(shù)，此處具體指第i組響應(yīng)數(shù)據(jù)的點數(shù)。這里，隨機(jī)驅(qū)動信號也用頻譜表征（單位為V2/Hz），其譜線形狀（而非量值）與待復(fù)現(xiàn)載荷參考譜（單位為g2/Hz）一致。

根據(jù)7組驅(qū)動信號和響應(yīng)信號，得到7個傳遞函數(shù)樣本，形成樣本庫：

（2）

式中 表示載荷量級系數(shù)，約定：時載荷量級為0 dB，時載荷量級為-1 dB，…，時載荷量級為-6 dB；為第i個載荷量級下的系統(tǒng)輸入；為第i個載荷量級下的系統(tǒng)輸出。

3.2.2 傳遞函數(shù)動態(tài)估計

前文所述傳遞函數(shù)樣本庫中只有7個載荷量級對應(yīng)的樣本，無法對應(yīng)到任意載荷量級。對此，采用樣本庫加權(quán)平均的思想來估計任意載荷量級對應(yīng)的動態(tài)傳遞函數(shù)，其權(quán)值由載荷量級接近程度確定，接近的權(quán)值取大一些，遠(yuǎn)離的權(quán)值取小一些，即采用“載荷量級越接近，傳遞函數(shù)樣本貢獻(xiàn)越大”的原則來估計當(dāng)前目標(biāo)幀的動態(tài)傳遞函數(shù)，從而減少系統(tǒng)非線性的影響。由此，構(gòu)建動態(tài)傳遞函數(shù)計算公式如下：

（3）

有必要指出，對于動態(tài)傳遞函數(shù)計算而言，式（3）只是滿足“載荷量級越接近，傳遞函數(shù)樣本貢獻(xiàn)越大”原則的表達(dá)式之一，并非是唯一表達(dá)式。式（3）中各權(quán)系數(shù)ri（i=0，1，…，6）由當(dāng)前幀目標(biāo)均方根與樣本庫構(gòu)建時0 dB響應(yīng)均方根值的關(guān)系確定。這里目標(biāo)均方根的表達(dá)式同式（1），只是采樣點數(shù)Ng變?yōu)镹f，即第k幀響應(yīng)數(shù)據(jù)的點數(shù)。

則構(gòu)建各權(quán)系數(shù)計算公式為：

（1）當(dāng)-0.5 dB<20lg（Rref（k）/）≤0.5 dB時，?。狠d荷量級系數(shù)（載荷量級0 dB）；主權(quán)系數(shù)；次權(quán)系數(shù)；次次權(quán)系數(shù)；再次權(quán)系數(shù)。

（2）當(dāng)時，取：載荷量級系數(shù)（載荷量級-1 dB）；主權(quán)系數(shù)；次權(quán)系數(shù)；次次權(quán)系數(shù)；再次權(quán)系數(shù)。

（3）當(dāng)時，取：載荷量級系數(shù)（載荷量級-2 dB）；主權(quán)系數(shù)；次權(quán)系數(shù)；次次權(quán)系數(shù)；再次權(quán)系數(shù)。

（4）當(dāng)時，?。狠d荷量級系數(shù)（載荷量級-3 dB）；主權(quán)系數(shù)；次權(quán)系數(shù)；次次權(quán)系數(shù)；再次權(quán)系數(shù)。

（5）當(dāng)時，?。狠d荷量級系數(shù)（載荷量級-4 dB）；主權(quán)系數(shù)；次權(quán)系數(shù)；次次權(quán)系數(shù)；再次權(quán)系數(shù)。

（6）當(dāng)時，取：載荷量級系數(shù)（載荷量級-5 dB）；主權(quán)系數(shù)；次權(quán)系數(shù)=（4/13）；次次權(quán)系數(shù)；再次權(quán)系數(shù)。

（7）當(dāng)時，?。狠d荷量級系數(shù)（載荷量級-6 dB）；主權(quán)系數(shù)；次權(quán)系數(shù)；次次權(quán)系數(shù)；再次權(quán)系數(shù)。

需要注意的是，上述權(quán)系數(shù)構(gòu)建也是對“載荷量級越接近，傳遞函數(shù)樣本貢獻(xiàn)越大”原則的進(jìn)一步貫徹，其表達(dá)式也并非是唯一的。本文在構(gòu)建過程中主權(quán)系數(shù)取得較高，為0.6～0.8，其余基本按載荷每差一量級、權(quán)系數(shù)遞減50%考慮，最終保證每一載荷量級的權(quán)系數(shù)（乘以使用次數(shù)）之和為1即可。

3.3 驅(qū)動幀計算與頻域加窗修正

根據(jù)動態(tài)傳遞函數(shù)和目標(biāo)載荷，可以計算得到振動驅(qū)動信號Dk（t）。為提高控制譜精度，采用在頻域加誤差窗函數(shù)［20］的方法進(jìn)行修正。誤差窗函數(shù)的計算公式為：

（4）

式中 為目標(biāo)譜；為控制譜（系統(tǒng)輸出）；為修正因子，。則修正后的驅(qū)動信號為：

（5）

3.4 算法流程

根據(jù)上述算法要點，設(shè)計了如圖4所示的連續(xù)振動載荷在線復(fù)現(xiàn)控制算法流程，其主要步驟如下：

（1）試驗準(zhǔn)備：包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、傳遞函數(shù)樣本庫構(gòu)建等。

（2）信號采集：測試機(jī)連續(xù)采集主振系統(tǒng)相關(guān)測點的振動加速度信號，并實時傳輸至控制機(jī)。

（3）信號處理：由控制機(jī)對信號分幀并進(jìn)行幀搭接，對當(dāng)前幀及其前1幀和后0.5幀信號進(jìn)行FFT濾波處理，剔除帶外信號，則經(jīng)濾波后的2.5幀信號為目標(biāo)載荷。

（4）驅(qū)動幀信號計算與加窗：利用動態(tài)傳遞函數(shù)將目標(biāo)載荷轉(zhuǎn)化為目標(biāo)譜，再通過加誤差窗函數(shù)處理，得到2.5幀驅(qū)動信號。

（5）驅(qū)動幀信號拼接與輸出：將計算得到的2.5幀驅(qū)動信號剔除前1幀和后0.5幀，取當(dāng)前幀精確、定時地嚴(yán)格連續(xù)輸出至子振系統(tǒng)。

4 聯(lián)臺試驗

4.1 試驗方法

采用如圖5所示的“1主2從”聯(lián)臺試驗方法，通過傳統(tǒng)振動控制器對振動臺0上的某整機(jī)產(chǎn)品（由外殼和組件1、組件2構(gòu)成）施加10～2000 Hz的振動載荷；通過復(fù)現(xiàn)控制系統(tǒng)1將振動臺0上的目標(biāo)載荷1復(fù)現(xiàn)到振動臺1的組件1上的對應(yīng)點，同時將振動臺0上的目標(biāo)載荷2復(fù)現(xiàn)到組件2上的對應(yīng)點。其中測試機(jī)與控制機(jī)之間的光纖長度約為70 m。

4.2 試驗結(jié)果與討論

圖6為振動臺1的復(fù)現(xiàn)結(jié)果。其中，圖6（a）為實測的子振系統(tǒng)1的傳遞函數(shù)樣本，可見不同載荷量級對應(yīng)的傳遞函數(shù)有所不同，這說明考慮系統(tǒng)非線性是必要的；但其隨載荷量級變化的規(guī)律性不夠明顯，這是由系統(tǒng)非線性及測試、計算等誤差綜合所致，與實際工程中現(xiàn)象一致。圖6（b）為目標(biāo)載荷與復(fù)現(xiàn)載荷的時域加速度波形對比及其局部放大情況；圖6（c）為對應(yīng)于圖6（b）局部放大圖所在時間段的PSD譜對比情況。易見，時域加速度波形曲線吻合較好，頻域PSD譜幅值誤差也較小，振動載荷復(fù)現(xiàn)精度較高。此外，還統(tǒng)計了均方根值復(fù)現(xiàn)誤差，這里均方根計算方法有兩種，一種是時域法（由時間歷程曲線直接統(tǒng)計計算），如式（1）所示，另一種是頻域法（由PSD譜計算）。圖6（d）給出了由兩種方法計算的均方根加速度時間歷程對比情況。易見，無論是時域法還是頻域法，得到的復(fù)現(xiàn)載荷與目標(biāo)載荷均方根加速度全程都吻合較好，特別是載荷相對穩(wěn)定時段（t=90～200 s），前者偏差在2%以內(nèi)，后者偏差在4%以內(nèi)。值得關(guān)注的是，時域法和頻域法得到的均方根加速度時間歷程具有一定區(qū)別，前者變化陡峭，后者變化平緩。這是因為前者直接由加速度時間歷程曲線按幀統(tǒng)計得到，而后者由PSD譜計算得到，不僅當(dāng)前幀數(shù)據(jù)有貢獻(xiàn)，并且當(dāng)前幀之前的數(shù)據(jù)也有一定權(quán)重的貢獻(xiàn)，均方根加速度曲線具有類似“移動平均”的特點，因此變化更加平緩。

另經(jīng)統(tǒng)計，復(fù)現(xiàn)載荷的全程總均方根誤差E為0.050%，其計算公式如下式所示：

（6）

式中 NT為全程采樣點數(shù)；resj為復(fù)現(xiàn)載荷的第j個數(shù)據(jù)；refj為目標(biāo)載荷的第j個數(shù)據(jù)。全程總均方根值誤差之所以比圖6（d）所示均方根值誤差要小一些，是因為在整個時間歷程內(nèi)進(jìn)行了平均。

振動臺2的復(fù)現(xiàn)結(jié)果如圖7所示。總的說來，由于組件2較組件1結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，因此其振動響應(yīng)也更加復(fù)雜，這就導(dǎo)致圖7所示結(jié)果較圖6有較大變化。具體地，圖7（a）所示系統(tǒng)傳遞函數(shù)在頻域上呈現(xiàn)出更多的波動，不同載荷量級對應(yīng)的傳遞函數(shù)差異也更大；圖7（b）所示加速度時間歷程也呈現(xiàn)出更多的高階諧波響應(yīng)，復(fù)現(xiàn)效果稍遜于前者；圖7（c）所示PSD譜復(fù)現(xiàn)效果也稍遜于前者；圖7（d）中，采用兩種方法計算的t=90～200 s時段的均方根復(fù)現(xiàn)誤差分別在6%和10%以內(nèi)。經(jīng)統(tǒng)計，振動臺2復(fù)現(xiàn)載荷的總均方根誤差為0.22%，仍然較小，但大于振動臺1的復(fù)現(xiàn)誤差。由此可見，受結(jié)構(gòu)特性的影響，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)局部載荷的復(fù)現(xiàn)難度要大一些，精度要低一些。

表1給出了兩組復(fù)現(xiàn)載荷的延遲時間。根據(jù)第3節(jié)所述的載荷復(fù)現(xiàn)控制算法，算法固有延遲時間為1.5幀，試驗中單幀設(shè)置為6000采樣點，采樣頻率為10 kHz，則1幀時長為6000×10-4 s=0.6 s，固有延遲時間為1.5×0.6 s=0.9 s；實測其他（如系統(tǒng)響應(yīng)、信號傳輸?shù)龋┭舆t在400個采樣點左右，則響應(yīng)延遲時間約為400×10-4 s=0.04 s（該時間可能隨系統(tǒng)的變化而有少許變化，前期空臺測試大多在0.02 s左右）。綜上，聯(lián)臺實測振動載荷復(fù)現(xiàn)的總延遲時間約為0.94 s。

以上兩組振動載荷復(fù)現(xiàn)結(jié)果表明，與目標(biāo)載荷相比，復(fù)現(xiàn)載荷的加速度時間歷程、PSD譜、均方根加速度時間歷程以及全程總均方根值都具有較高的精度，延遲時間在亞秒量級。

此外，安裝在一起的兩個組件，理論上具有一定的相關(guān)性，但本文復(fù)現(xiàn)載荷所用兩套控制系統(tǒng)并未建立相關(guān)性。這是因為在試驗設(shè)計中，組件的夾具要通過等效設(shè)計，使組件在整機(jī)中和夾具上的振動載荷及其邊界條件都有一定等效性，這就保證了一定的相關(guān)性。再者，本案例未涉及電氣性能的耦合，事實上，若組件1、組件2及整機(jī)之間有電氣方面的聯(lián)系，但在整機(jī)中又不便一起安裝、一起聯(lián)試（如點火系統(tǒng)與雷管、炸藥等），則分布式振動試驗就可以實現(xiàn)振動條件下的電氣功能耦合考核，更顯該試驗方法的優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

本文針對某些復(fù)雜產(chǎn)品含有多種相互影響的危險品，不能按真實狀態(tài)開展集成振動試驗的一類情況，提出了一種主從分布式振動試驗方法，建立了其中最關(guān)鍵的連續(xù)振動載荷在線復(fù)現(xiàn)控制技術(shù)，并完成了控制系統(tǒng)樣機(jī)集成，取得了較好的復(fù)現(xiàn)控制效果。這些工作不僅為主從分布式振動試驗提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，也為其他領(lǐng)域的振動載荷波形復(fù)現(xiàn)控制提供了參考。

進(jìn)一步地，為更好地實現(xiàn)工程應(yīng)用，本文工作還可在以下兩個方面進(jìn)一步深入。一是縮短延遲時間。前述0.94 s左右的延遲時間，可以實現(xiàn)一般情況下的振動載荷在線復(fù)現(xiàn)加載、功能性能在線聯(lián)試；但對于產(chǎn)品功能性能時變性強(qiáng)、對同步性要求高的情況，延遲時間必須進(jìn)一步縮短。根據(jù)本文算法，如果將單幀數(shù)據(jù)采樣點數(shù)減少，可有效縮短延遲時間，但這又會犧牲一定的控制精度。因此，未來需要根據(jù)試驗需求（特別是功能性能耦合考核的同步性需求）做整體性的優(yōu)化。二是進(jìn)一步提高傳遞函數(shù)的“動態(tài)性”。本文算法中的“動態(tài)”傳遞函數(shù)，是指根據(jù)當(dāng)前幀的載荷量級從傳遞函數(shù)樣本庫中讀取數(shù)據(jù)并自動進(jìn)行加權(quán)平均；但樣本庫本身是不變的，這對動力學(xué)特性比較穩(wěn)定的產(chǎn)品是適用的，但對產(chǎn)品動力學(xué)特性容易變化且需進(jìn)行長時間試驗的情況，就需要在試驗進(jìn)程中實時辨識、更新傳遞函數(shù)庫，進(jìn)一步提高傳遞函數(shù)的“動態(tài)性”。

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Online replication control technique for continuous vibration loads

YAN Xia，WANG Jun?ping，MAO Yong?jian，DENG Ting

（Institute of Systems Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang 621999，China）

Abstract： A novel vibration method，the master-slave distributed vibration test method，was proposed. Aiming at its control requirements，an online waveform replication technique for vibration loads was developed and an integrative prototype system with measuring and controlling functions was constructed. Therein，a signal processing method of frame segmentation and reconstruction was proposed for solve the problem that time waveform replication for long-duration continuous vibration loads. A method for dynamic transfer function estimation based on sample database construction and weighted average was proposed to reduce the influence of nonlinear property on control precision. A spectrum correction method was introduced to improve the frequency domain control accuracy. A test with 1 master vibrator and 2 slave vibrators was performed using the developed online vibration load replication control technique，and the results show that the technique has a high replication precision in both time domain and frequency domain，has a subsecond overall delay time，and has a subpercent overall root-mean-square error. The technique can provide a key technique for supporting online distributed vibration tests.

Key words： master?slave distributed vibration test；vibration control；online waveform replication；transfer function；frame segmentation and reconstruction；multi?level random signal driving

作者簡介： 嚴(yán) 俠（1977―），男，碩士，高級工程師。E?mail： yanx@caep.cn。

通訊作者： 毛勇建（1976―），男，博士，研究員。E?mail： maoyj@caep.cn。