[发明专利]一种基于步进电机的反馈控制振动台

说明书

本发明公开了一种基于步进电机的反馈控制振动台，该振动台包括振动台机体和控制器，振动台机体由步进电机、联轴器、定导轨、振动台面、正交解码器和基座组成，控制系统由单片机和解调器组成。该振动台采用步进电机驱动，控制系统采用反馈控制调节，克服了现有振动台体积大、初始化校准复杂、升级成本高等问题。

技术领域

本发明属于振动测试技术领域，具体涉及一种基于步进电机的反馈控制振动台,其适用于振动检测及仪器标定中进行的振动检测和测试。

背景技术

在振动检测及仪器标定领域中，常需要振动台作为振动试验或仪器校准的振源。比如在一些振动试验中，需要使用振动台产生指定的振动信号，如地震波信号，以确定试验对象在该激励下的响应，进而确定试验对象的参数。振动台也常应用于仪器校准，比如，在拾振器校准时，振动台产生振动激励信号输入给拾振器的传感器，通过测量传感器的输入与输出，得到传感器的参数。目前振动台振动控制多采用气浮导轨配合激光调节技术，该技术存在以下问题：

1.体积大，气浮导轨由于结构复杂，制造精度要求高，导致仪器投影面积大，占用空间偏大；

2.仪器初始化校准工作繁琐，气浮导轨在不平顺的作用下，加速度传感器幅频曲线将偏离理论上的平直线，沿频率降低方向，出现上翘或下跌现象，严重降低振动校准精度，故需在使用前用直线光栅尺测量导轨平顺情况，对导轨不平顺造成的影响进行补偿；

3.维护、使用成本高，气浮导轨采用空气作为润滑介质，由于空气具有可压缩性，相比其他介质的导轨，其承载力、压力分布、运动阻尼等更易受到内外因素等影响，故而气浮导轨振动台对储存及使用环境、性能维护的要求都很高；

4.功能升级成本高，气浮导轨振动台受结构局限，100-500Hz中高频范围内振动精度高，而低频范围内振动精度大大降低；若要实现低频振动，需改动气浮导轨结构及振动方式，即硬件需随之更换。

上述问题的存在，大大制约了振动台的利用率和应用范围，随着振动检测技术的普及，适用性强、使用及维护成本低、升级及操作便捷的振动检测仪器的需求越来越高。

发明内容

基于现实和生产实践的需要，本申请人投入大量资金及长期研究，提供了一种基于步进电机的反馈控制振动台，本发明的基于步进电机的反馈控制振动台不仅克服了现有技术存在的上述不足，并且体积小，初始化简单，维护成本低，仪器升级便捷。

依据本发明的技术方案，提供一种基于步进电机的反馈控制振动台，其包括振动台机体和控制器；其中振动台机体由步进电机、联轴器、丝杠、振动台面、正交解码器和基座组成，控制器由控制系统和解调器组成；控制器用于产生控制电机运动的脉冲波形；步进电机固定于振动台基座上，用于驱动丝杠产生振动，基座自重不小于100kg；联轴器固定在基座上，用于匹配转速稳定输出；丝杠通过联轴器与电机连接，用于为振动台面提供振动轨迹；台面通过台面支架与丝杠和丝杠辅助架相连，用于承载被测装置；振动台面行程可达500mm(毫米)以上，振动台低频段输出频率能够达上百秒。

其中，丝杠顶端加装正交解码器，用于捕获振动台振动速度，并反馈至控制器中的单片机且形成反馈调节。单片机中PWM调制算法采用双定时器调制，双定时器分别用于细分电机步数和改变速率。控制器中的AD采集功能中采用直接内存存取(DMA)，不占用CPU中断。用步进电机功率为260W，步进电机细分步数可达2x10⁶步/圈，所选丝杠间距为5mm，则步进电机单步脉冲分辨率为2.5x10^-6mm/步。振动台面采用抱夹式固定结构，由对称安装的两个可滑动T字形抱持架组成，调节T字形抱持架的位置，将被测仪器夹紧在两个抱持架中间。

进一步地，所述反馈调节使用回采滤波方法，即实时回传振动台监测数据，利用Goertzel变换或短时傅里叶变换滤掉谐振和横振噪声，保证振动台输出精度。所述振动台面采用栅格结构，增强台面可承受的正应力。