[发明专利]一种三维空间运动轨迹振动合成方法

说明书

本发明公开了一种三维空间运动轨迹振动合成方法，属于振动校准领域，该方法包括理想空间运动轨迹的空间姿态和轨迹形状的描述、目标的X、Y、Z轴向幅值和相位的计算、振动控制器、三轴向振动台、X、Y、Z轴向正弦振动的生成、三维空间运动轨迹的合成。任意幅值和相位的X、Y、Z轴向正弦振动合成空间直线、空间圆形和空间椭圆三种类型的三维空间运动轨迹。通过正交矩阵和长短轴分别描述空间椭圆运动轨迹的空间姿态和轨迹形状。根据空间椭圆的姿态和形状计算目标的X、Y、Z轴向幅值和相位，通过迭代控制算法修正驱动信号，控制三轴向振动台合成所需的空间运动轨迹。本发明可以通过X、Y、Z轴向幅值和相位自由调整三维空间运动轨迹的姿态和形状。

技术领域

本发明属于振动校准领域，尤其适用于正弦振动的三维空间运动轨迹合成方法。

背景技术

振动传感器广泛应用在航空航天、动力机械、交通运输、军械兵器、能源工业、土木建筑、电子工业以及环境保护等各领域。振动传感器的校准技术是保障测量有效性和可靠性的必要途径。随着高灵敏度、宽频率范围等振动传感器的发展以及工业上日益增长的高精度振动测量需求，振动传感器的校准技术正变得越加重要。

传统单轴向振动台生成正弦振动合成一条单方向的直线轨迹，两轴向振动系统生成任意相对幅值和相位的正弦振动将合成平面内的椭圆轨迹，其中直线轨迹(相位相同，幅值任意)和圆形轨迹(相位正交，幅值相等)可认为是椭圆轨迹的特例。单向直线轨迹和平面椭圆轨迹都无法为传感器提供空间振动激励，只能通过重新安装来获得传感器的空间响应特性，这样不仅耗时较长，而且还会引入一定的安装误差。三轴向振动台能够生成三维空间的运动轨迹，提供更接近实际环境的振动激励。随着多分量加速度计和地震计等应用的日益增多，对多分量振动校准技术提出了迫切需求。因此有必要提出三维空间运动轨迹振动合成方法，支撑三轴向振动校准方法的建立，促进我国振动计量向更接近实际测量环境的计量体系发展，满足各应用领域对高性能振动计量的需求，支承我国先进制造业的升级与进步。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多分量振动校准的三维空间运动轨迹的合成方法。鉴于已有单轴向运动轨迹和平面内运动轨迹的不足，本发明将基于三轴向振动台来实现三维空间运动轨迹振动合成的目标。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于振动校准的三维空间运动轨迹振动合成方法，包括：理想空间运动轨迹的空间姿态和轨迹形状1的描述、目标的X轴向幅值和相位2的计算、目标的Y轴向幅值和相位3的计算、目标的Z轴向幅值和相位4的计算、振动控制器5、三轴向振动台6、X轴向正弦振动7的生成、Y轴向正弦振动8的生成、Z轴向正弦振动9的生成、三维空间运动轨迹10的合成。

通过三轴向振动台生成相互正交的X轴向正弦振动7、Y轴向正弦振动8、Z轴向正弦振动9，任意幅值和相位的X、Y、Z轴向正弦振动合成空间直线15、空间圆形和空间椭圆14三种类型的三维空间运动轨迹。其中空间直线15和空间圆形被认为是空间椭圆14的两个特例。

通过正交矩阵来描述空间椭圆运动轨迹的空间姿态，正交矩阵的前两个列向量分别平行于椭圆的长轴和短轴，第三个列向量垂直于椭圆平面；通过长轴和短轴的长度来描述空间运动轨迹的轨迹形状。

根据空间椭圆的姿态和形状计算目标的目标的X轴向幅值和相位2、目标的Y轴向幅值和相位3、目标的Z轴向幅值和相位4。振动控制器5通过反复迭代修正驱动频谱19，使反馈的响应频谱20达到理想的参考频谱21，控制三轴向振动台6生成特定幅值和相位的X轴向正弦振7、Y轴向正弦振8、Z轴向正弦振动9。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

⑴本发明振动合成方法给出了任意幅值和相位的X、Y、Z轴向正弦振动所合成的三维空间运动轨迹的类型、形状以及空间姿态。

⑵本发明振动合成方法可以通过X、Y、Z轴向正弦振动的幅值和相位调整三维空间运动轨迹的空间姿态和轨迹形状。