[发明专利]一种适用于摇摆试验台的多功能控制方法及控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种适用于模拟海洋运输环境的单轴或多轴摇摆试验台的多功能控制方法及控制装置。

背景技术

舰载武器是各类水面舰艇重要组成部分，是形成水面舰艇作战和防御能力的核心力量，舰载武器性能的好坏直接影响舰艇的作战效能和作战能力。随着国际形式的变化，海洋作战在现代战争中越来越重要，这就对舰载武器系统的质量水平提出了更严格的要求。舰载武器系统因受到风、浪、流、潮以及舰船本身固有的摇摆，不可避免地产生晃动、旋转等摇摆运动。这种摇摆运动将对舰载武器系统造成一定影响，甚至损伤。为了保证舰载武器系统在海洋环境中正常发挥其效用，对舰载武器系统进行摇摆环境适应性考核试验是必要和有效的手段。通常的摇摆试验台以两轴或三轴摇摆为主，也有基于stewart结构的多自由度运动仿真平台，其摇摆试验一般以横摇、纵摇及首摇为主，GJB150.23A-2009也规定了军用装备摇摆试验条件及严酷等级。

目前，对摇摆试验台运动的控制主要采用正弦摇摆控制。例如天津福云天翼、哈尔滨海军工程大学研制的多自由度摇摆试验台，该类摇摆试验台使用液压或电机驱动，控制策略采用位置、速度、电流三闭环伺服控制方式，实现正弦摇摆控制。另外，武汉光电研究国家试验室研发的三轴摇摆试验台，该摇摆试验台也使用电机驱动，控制策略采用基于查询方式的模糊控制方法，可实现摇摆试验台正弦波和三角波运动。但随着对舰载武器性能要求的不断提高，单纯的正弦或三角摇摆试验已不能满足考核目标，需要对实际海洋运输环境工况进行更加真实地模拟和全面考核，涉及的控制方式包括正弦定频、正弦扫频、随机、时域跟踪等多种方式。正弦扫频摇摆试验能实现对试件不同摇摆周期的全覆盖考核；随机摇摆试验可以模拟长时间海洋运输环境下的随机统计特征量的近似模拟；时域跟踪则针对实际的摇摆工况按照环境参量的时间历程信号进行跟踪控制，以便达到更加真实模拟海洋运输环境的效果。为了实现这些复杂的摇摆控制功能，通常简单的摇摆控制器或信号发生器已不能满足试验需求，需要开发出一套具备正弦定频、正弦扫频、随机、时域跟踪多种控制功能的摇摆控制装置。目前市场上并没有专业用于摇摆试验台的摇摆控制装置，只有振动控制器或信号发生器。振动控制器能实现正弦、随机、波形再现等振动控制，虽然在控制方式上与摇摆控制类似，但其在控制对象和控制原理上均有较大区别。振动控制器控制对象是电动或电液振动台，实现频域谱的控制，控制频率范围在0.5Hz以上。而摇摆控制装置的控制对象是摇摆试验台，控制周期大于3s。振动控制器技术参数不能满足摇摆控制的需求，不适用于摇摆试验台的控制。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种适用于摇摆试验台的多功能控制方法及控制装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种适用于摇摆试验台的多功能控制方法，包括正弦定频摇摆控制方法、正弦扫频摇摆控制方法、随机摇摆控制方法和时域跟踪摇摆控制方法，

所述正弦定频摇摆控制方法包括以下步骤：进行系统辨识后发送启频信号，当摇摆量级达到定频设定量级值时，定频摇摆开始，整周期采集摇摆试验台的角位移信号，识别采集信号幅值，并与设定值对比，修正驱动信号幅值后，发送新的驱动信号至摇摆试验台；

所述正弦扫频摇摆控制方法包括以下步骤：进行系统辨识后发送启频信号，当摇摆量级达到设定的周期摇摆谱初始量级时，扫频摇摆开始，引入传递函数增益，修正驱动信号幅值，根据周期摇摆谱当前时刻周期与修正后的驱动信号幅值组成新的驱动信号，发送新的驱动信号至摇摆试验台；

所述随机摇摆控制方法包括以下步骤：进行系统辨识后生产初始随机信号，并进行滤波处理后发送给摇摆试验台，采集摇摆试验台的角位移信号，统计角位移信号的均方根值，引入传递比后修正驱动信号，生产新的随机驱动信号，滤波处理后发送至摇摆试验台；

所述时域跟踪摇摆控制方法包括以下步骤：进行系统辨识后，发送启频信号，当摇摆量级达到初始时域跟踪信号时，时域跟踪摇摆开始，引入最小方差预测器，解算出一步超前驱动，将驱动发送至摇摆试验台。

具体地，所述正弦扫频摇摆控制方法中的所述摇摆试验台在不同周期下的所述传递函数增益利用节点频率的系统增益辨识方法计算得出，并进行全频带的增益线性拟合，用以补偿在正弦扫频过程中的驱动幅值，并引入在环的幅值反馈补偿对驱动信号的幅值进行修正。

具体地，所述随机摇摆控制方法利用全频带的带宽随机信号辨识系统增益，补偿驱动信号均方根。