經典沖擊測試(又經典沖擊控制)是指輸出一系列的脈沖來激勵結構。在結構的一個或者多個位置測量其響應,通過頻譜分析識別出結構的共振特性。這種脈沖響應與脈沖響應函數(其傅里葉變換等效于系統的頻響函數)相似。傅里葉變換的脈沖響應是該系統的頻率響應函數(FRF)。

沖擊控制過程本質上是時域波形復制過程,它使用基于FFT的算法來為測試系統動力學做更正。算法類似于隨機控制用的算法。不同之處在于測試目標譜是如何定義的:在隨機控制里,它是定義在頻域;在沖擊控制里,它是定義在時域。

假定振動測試系統是線性的,這意味著它的任何輸入的響應可以從它的頻率響應函數進行預測。在控制過程中,該頻響不斷估計和更新,并用來計算所述輸出驅動信號。該輸出波形應導致測試系統中一個的控制信號的測試信息相匹配的方式作出反應。

經典沖擊測試 1

控制系統的數學原理

系統輸出y(t)可以被計算為系統輸入,X(T)和系統的脈沖響應h(t)之間的卷積。

y(t) = h(t) * x(t)

然而,卷積是棘手的計算,并且可能無法完全確定的脈沖響應。幸運的是,此卷積等效于在頻域相乘。系統輸出y(t)被置換為輸出頻譜Y(f)中,輸入值x(t)被替換為X(f)和所述脈沖響應h(t)被置換的頻率響應函數H(六)。計算傅立葉變換Y(f)和X(f)是簡單的,并且確定H(f)為不是H(F)要容易得多。

控制器計算由所需的測試系統輸入值x(t)的:

? x(t) = IFFT( X(f) ) = IFFT( R(f)/H(f) )

?? ? ?? = IFFT( FFT( r(t) ) / H(f) )

其中R(f)為在頻域中的測試信息和IFFT是逆FFT(對于傅里葉變換的算法)。測試信息是由用戶為r(t)的規定,在時域,然后被變換成R(六)在測試開始之前。

在經典沖擊試驗,R(t)可以是一個半正弦,鋸齒,三角形,矩形,梯形,或具有正弦形狀。

脈沖形狀可以為半正弦、鋸齒、三角、矩形、梯形或者半正矢。脈沖本身一般都是單邊——位移只在一個方向。這些脈沖將導致振動臺一個方向上產生極大的動圈偏移。要保持動圈的中心位置,每個脈沖必須要零平均位移。這就需要對脈沖添加一個前尾部和后尾部的補償。

波形補償

在每個脈沖輸出的盡頭,振動臺必須返回到它的初始位置。然而,用在經典沖擊測試里的脈沖形狀是單邊的,意味著如果不使用波形補償,振動臺動圈會產生剩余的位移和速度。連續的幾個脈沖后動圈將運動至位移極限,無法再輸出脈沖。

補償是修正控制信號使得脈沖的終止位移和速度為零的方法。它涉及到在主脈沖之前和之后添加較小的脈沖。

經典沖擊測試 2

單一矩形脈沖的加速度,速度,位移響應

給定一個主脈沖形狀,有不同的補償算法來產生優化主脈沖波形。主脈沖能添加前和/或后補償。

一些別的文獻用調節代替補償。補償的目的是確保終止的速度和位移為零。下圖顯示一個在加速度半正弦脈沖添加前和后補償后的脈沖波形。

經典沖擊測試 3

沖擊脈沖補償

當產生目標譜波形時,很重要的一點就是不要超過振動臺的限制。這些限制包括驅動系統的電源的電壓和電流能力,和系統產生峰值加速度,力,速度,和位移量級。

安全特點

在正弦模式下,有一些安全功能,有助于防止損壞振動臺和相關設備。在沖擊模式下,振動控制系統有多種安全特點,以防止振動臺和相關設備損壞。在振動臺測試系統中,有3種不同類型的檢測,任何一種檢測失敗,系統就會觸發一個事件。這些事件的響應活動可以在事件觸發規則中自定義。3種檢測分別為:

  1. 最大振動臺驅動電壓限制
  2. 通道過載或檢測丟失
  3. 沖擊中止限制

當輸入通道過載或因傳感器故障、意外網絡中斷引起信號丟失時,Spider 振動控制器會自動檢測并終止測試。

如果發生意外網絡中斷或電源丟失時,Spider(如Spider-81)能夠把測試數據和狀態信息存入至閃存中,防止數據丟失。內部的備用電池可以供電8分鐘。對于網絡中斷,Spider 振動控制儀即能在黑盒模式下繼續運行,也能保存所有數據并執行正常關機。