基于DSP的随机振动控制器的研究与实现

发布时间：2017-05-22 16:16

  本文关键词：基于DSP的随机振动控制器的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：振动环境模拟试验在航空航天、电子、汽车和建筑等领域有着十分广阔的应用。目前国内使用的振动环境模拟试验控制系统主要依赖国外进口,开展振动环境模拟控制技术的研究十分重要,开发数字式振动控制器有较强的商业和应用价值。本文以作者在“江苏东华测试技术股份有限公司研究生工作站”所做课题“数字式随机振动控制器的研究与开发”为背景,着重对振动试验控制系统中的随机振动功率谱复现控制算法进行了分析和研究,并论述了采用高性能DSP芯片设计和实现振动控制器的方法。本文在理论和实际应用上都做了一些研究,主要工作包括以下几个方面：首先,分析了随机振动装置控制技术的国内外研究现状、目前已经取得的科研成果以及尚存在的不足之处。介绍了随机振动功率谱复现控制算法的基本原理,总结了控制算法各个关键环节的工程实现方法。其次,着重研究了控制算法中的频响函数估计方法和驱动谱修正方法。针对传统控制技术采用H1估计法估计系统频响函数误差较大,并且在整个试验过程中忽略系统频响函数的变化导致均衡速度慢的问题,提出基于Hv估计迭代修正频响函数的功率谱复现控制算法,提高了功率谱复现试验的调节速度和控制精度。针对在试验的全频段采用固定步长修正驱动谱均衡速度较慢的问题,提出利用预试验结果设置各频率点迭代步长的驱动谱分频变步长迭代算法,提高了驱动谱迭代修正的效率。在MATLAB中以某型振动台的频响函数模型对控制算法进行了功率谱复现试验仿真,结果表明上述控制算法在理论上优于传统算法。接着,完成了随机振动控制器的开发工作。在控制器硬件设计方面,选用高精度的DSP芯片TMS320C6713作为主控芯片、FPGA芯片EP1C3作为辅助芯片,详细介绍了控制器数据采样模块、数据发送模块、电源电路以及TMS320C6713外围电路模块的设计方法。在软件设计方面,论述了TMS320C6713中控制算法的整体实现过程以及各关键算法模块的实现流程；设计和验证了利用EP1C3内部空间设计软FIFO模块实时接收和发送数据的方法,减少了EP1C3对TMS320C6713的中断次数,提高了TMS320C6713的处理效率。最后,搭建试验平台对控制器样机及本文所提控制算法进行了实验验证。首先验证了样机产生的时域随机信号满足高斯分布的要求；其次分别采用传统控制算法和本文算法在试验平台上进行功率谱复现对比试验,结果验证了本文算法相对传统算法在工程实际应用中的改进,也验证了所设计控制器样机的有效性。
【关键词】：随机振动功率谱复现 频响函数估计 迭代修正 控制器 DSP
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题来源及研究的目的及意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究的目的及意义10-11
• 1.2 振动环境模拟试验与振动控制技术概述11
• 1.3 功率谱复现控制技术研究概况11-14
• 1.3.1 国外功率谱复现控制技术研究概况11-13
• 1.3.2 国内功率谱复现控制技术研究概况13-14
• 1.4 论文的主要内容和各章安排14-16
• 第二章 传统随机振动功率谱复现控制算法16-27
• 2.1 随机振动功率谱复现控制算法原理16
• 2.2 时域驱动信号的生成方法16-21
• 2.2.1 时域随机化法17-19
• 2.2.2 连续卷积法19-20
• 2.2.3 FIR滤波器法20
• 2.2.4 时域随机化法生成的随机信号仿真结果20-21
• 2.3 功率谱密度估计21-22
• 2.4 频响函数估计及阻抗计算22-23
• 2.4.1 频响函数估计22
• 2.4.2 阻抗计算22-23
• 2.5 驱动谱均衡修正算法23-26
• 2.5.1 均衡控制原理23-24
• 2.5.2 对数域积分控制24
• 2.5.3 线性域积分控制24-25
• 2.5.4 稳定性分析25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 基于H_v估计迭代修正的功率谱复现算法27-36
• 3.1 振动台系统真实模型27
• 3.2 频响函数估计方法研究27-29
• 3.2.1 H_1估计法27-28
• 3.2.2 H_2估计法28
• 3.2.3 改进的频响函数估计方法28-29
• 3.3 基于H_v估计的频响函数迭代修正算法29-30
• 3.4 驱动谱迭代修正算法30-31
• 3.5 随机振动功率谱复现算法的具体实现31-32
• 3.6 随机振动功率谱复现试验的仿真分析32-35
• 3.6.1 频响函数估计仿真32-33
• 3.6.2 功率谱复现仿真33-35
• 3.7 本章小结35-36
• 第四章 数字式随机振动控制器的软硬件设计36-54
• 4.1 控制器样机设计要求36-37
• 4.2 控制器硬件设计37-45
• 4.2.1 控制器硬件结构37-39
• 4.2.2 ADC数据采集电路的设计39-41
• 4.2.3 DAC数据发送电路的设计41-42
• 4.2.4 数字供电电路设计42-43
• 4.2.5 DSP外围电路扩展43-45
• 4.3 控制器软件设计45-52
• 4.3.1 控制软件整体功能45-46
• 4.3.2 功率谱复现控制算法流程46-47
• 4.3.3 关键算法的实现47-48
• 4.3.4 数据接收和数据发送的逻辑控制48-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 实验验证与结果分析54-60
• 5.1 功率谱复现试验系统试验环境54-55
• 5.1.1 试验方案54
• 5.1.2 试验设备选型54-55
• 5.1.3 监测软件55
• 5.2 控制器关键功能模块的检验与试验分析55-57
• 5.2.1 驱动信号的随机性检验55-57
• 5.2.2 振动试验系统的频响函数估计结果57
• 5.3 功率谱再现试验验证57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 总结和展望60-62
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研项目67-68

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本文编号：386215