[发明专利]自适应数字式正弦振动压缩控制器

说明书

本发明属非电变量的控制或调节系统，用于控制电动式振动台的振动过程，被控量可为加速度、速度和位移三者之一。采用自适应控制方案。

前人设计的正弦振动压缩控制器采用模拟控制技术，如我国西北机器厂生产的模拟式振动控制仪。其优点是结构简单，压缩速度快，可以改变其中压缩控制器的时间常数来实现不同的压缩速度的要求。但其中的压缩控制器仅采用一阶惯性平滑环节，所以难以保证系统的稳态误差为零;另外其中的模拟压缩器还存在线性度差的缺点;也不能实现更高级的控制方案，难以适应振动测试技术对其发展的要求。

随着数字控制技术和微处理机技术的发展，可以借助功能强、速度快的微处理机或单片机来实现数字式正弦振动压缩控制器，包括采用数字式压缩器。可以不仅兼容模拟式压缩控制器的优点，又可克服其缺点。可以保证压缩器有良好的线性度，易于实现高级算法，易于实现无静差的控制，为整机系统的计算机管理、数据处理和记录提供了方便。

本发明的任务是提供一种数字式压缩器的新结构，用以克服现有的模拟式压缩器的非线性缺点;利用微处理机技术和自适应控制理论，改进成自适应数字式正弦振动压缩控制器，实现对任意振动台体、任意负载均有良好的动态响应品质和适应性;并且压缩器和压缩控制器的数字式结构，能够便于实现整机系统的计算机管理和控制，修改控制方案比较方便，不需改动硬件电路，也易于实现更加完善的高级算法。

以下结合附图对发明内容进行描述。

图1是数字式正弦振动压缩控制器的原理框图。

图2是自适应数字式正弦振动压缩控制器的结构框图。

图3是自适应数字式正弦振动压缩控制器的被控对象部分所属各单元的框图。

图4是自适应数字式正弦振动压缩控制器的控制软件程序框图。

图5是数字式压缩器的硬件结构图。

图6是数字式压缩器的硬件电路图。

参照图1，图1是改进前现有的不具自适应能力的数字式正弦振动压缩控制器的原理框图。图中[1]为振级数字式设定单元，可为加速度A（单位为g）、速度V（cm/S）、位移D（mm）三者之一。[2]为数字式比较单元。[3]为数字式压缩控制器单元。[4]为数字式压缩器。[5]为正弦扫频信号单元。[6]为功率放大器。[7]的振动台。[8]为加速度计。[9]为电荷放大器，其输出为对应于振动台[7]的加速度A的电压信号。[10]和[11]均为积分器，输出分别为速度V和位移D。[12]为工况A/V/D切换单元。[13]为量程选择单元。[14]为峰值检测单元。[15]为有效值检测单元。[16]为平均值检测单元。[17]为检测电路切换单元。[18]为模拟/数字转换单元。图1中仅[1]、[2]、[3]、[4]、[18]为数字式部分。其工作过程如下：数字式比较单元[2]将数字式设定单元[1]的设定值与模拟/数字转换单元[18]的输出之间的误差输出给数字式压缩控制器单元[3]，得到数字表示的压缩控制量，该压缩控制量送给数字式压缩器[4]，实现对来自正弦扫频信号单元[5]的正弦扫频信号Vs的幅值压缩，同时得到一模拟信号，经功率放大器[6]去激励振动台[7]。加速度计[8]的输出经电荷放大器[9]放大后得到加速度A的信号。反馈部分可切换到加速度A、速度V、位移D三者之一的实际值，另外可切换到进行峰值、有效值、平均值三者之一的检测。

参照图2，图2是改进后的自适应数字式正弦振动压缩控制器的结构框图。其中[1]为振级数字式设定单元。[2]为数字式比较单元，计算出设定值G与被控对象[19]输出Ys（k）的差值ε₀（k）。[26]为数字式比例积分调节器，其输出为ρ（k）。[20]为自适应调节的参考模型。[21]为放大倍数可调单元。[19]为被控对象。参照图3，被控对象[19]包括[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]。认为这被控对象[19]为一随正弦扫频信号的频率而变的一阶惯性环节，所以取参考模型[20]为一常量Km。被控对象[19]的输出为Ys（k），送至数字式比较单元[2]与设定值G比较。同时送至数字式比较单元[22]与参考模型[20]的输出Ym（k）比较得误差ε（k）。[23]为积分自适应单元，[24]为平方非线性单元。[25]为求和器，其输出决定放大倍数可调单元[21]的放大倍数大小。

自适应数字式正弦振动压缩控制器的控制软件程序框图如图4所示。