單軸振動試驗廣泛用于評估UUT的力學性能，如果UUT通過試驗則說明UUT滿足試驗結構的持續性和耐久性。有時需要多方向激勵試驗來評估UUT的魯棒性，這讓多輸入多輸出（MIMO）試驗得到廣泛應用。確保振動臺允許在單軸、雙軸和三軸等各種配置下進行試驗就非常重要。然而涉及到振動臺配置、滑臺、驅動桿、夾具等部件的安裝，需要耗費大量的工作量。

晶鉆儀器提供獨特的解決方案。晶鉆儀器多輸入多輸出隨機振動控制軟件提供振動抑制（Control Null）功能，用戶只需在軟件里做簡單的設置，就可以在三軸振動臺上做單軸或兩軸振動控制試驗。用戶可以選擇在三個方向上的任意方向做振動試驗。通過這個功能，軟件抑制某個方向上的振動，并且仍對另外的方向進行振動控制。

通過振動抑制（Control Null）功能，“Control Null”通道的振動目標量級將最小化。這讓用戶實現了在三軸振動配置中只做一個方向的振動，而另外兩個方向抑制振動。經過DSP計算的抑制方向驅動信號實現抑制方向最低可能響應。當主導方向做振動控制時，抑制方向的響應顯著降低。

我們用案例來說明這個功能的作用。我們分別用每個方向推力20kN的三軸振動臺和小型三軸振動臺來演示這一功能。

圖1 ?20kN三軸電動振動臺

圖2 小型三軸振動臺

Spider-80M是晶鉆儀器公司研發的專門用于MIMO振動試驗的振動控制器，最多支持8個輸出。硬件搭配晶鉆儀器的EDM MIMO VCS軟件，為隨機振動試驗提供精確、實時、多通道控制。

圖3 晶鉆儀器Spider-80M MIMO振動控制器

試驗細節：

1.縮放NAVMAT目標譜RMS量級為1g，用于隨機振動控制試驗；

圖4 NAVMAT目標譜

 

2.首先，運行一個X方向的單軸振動控制試驗，測量另外兩個方向Y向和Z向的響應。振動控制試驗在三軸電動振動系統上進行。

圖5 ?X方向單軸隨機振動控制試驗，不啟用Control Null

 

3.用相同的目標譜在三軸電動振動系統上做試驗，X向做振動控制，Y和Z向啟用Control Null

圖6 ??三軸隨機振動控制試驗，Y向和Z向啟用Control Null

 

4.下表比較了單軸試驗和啟用Control Null的三軸試驗結果，我們發現啟用Control Null后，非主要方向Y和Z向的RMS幾乎是沒啟用Control Null時的四分之一。

 

方向	未啟用Control Null（單軸試驗）的RMS值	啟用Control Null（三軸試驗）的RMS值	區別
X（控制）	9.75m/s2	9.73m/s2	N/A
Y	2.89m/s2	0.74m/s2	抑制74.4%
Z	2.91m/s2	0.81m/s2	抑制72.2%

表1 ??啟用和未啟用Control Null振動控制試驗的RMS值比較

 

對于單軸振動控制試驗，非主導方向（Y和Z）的RMS值是主導方向（Z）的30%。對于啟用Control Null功能后的三軸試驗，非主導方向（Y和Z）的RMS值是主導方向（Z）的8%。這說明Control Null功能能夠有效抑制非主導方向的振動。

5.我們在小型三軸振動臺上做類似的試驗。X向和Y向啟用Control Null功能，Z向即垂直方向做振動控制。

圖7 ?三軸隨機振動控制，X和Y啟用Control Null

 

X，Y和Z向的APS和塊信號說明了X向和Y向的振動被抑制，而Z向仍然做振動控制。

試驗結果驗證了晶鉆儀器公司MIMO振動控制系統的有效性和可靠性。