PIND用冲击闭环控制系统的仿真建模与实现

发布时间：2019-11-05 13:37

【摘要】：颗粒碰撞噪声检测(Particle Impact Noise Detection,PIND)试验是进行多余物检测的有效手段,对提高国防电子系统的可靠性有重要意义。冲击闭环控制系统是PIND系统的重要组成部分,能模拟真实环境中脉冲激励,激活束缚在被测试件腔体内部的多余物颗粒并使之游离,可有效提升PIND系统的检测能力。针对PIND方法中冲击加速度强度不高、峰值稳定性差和冲击校准试验不易收敛、收敛速度慢等问题,本文对PIND检测设备中冲击闭环控制系统进行了深入研究。首先,本文提出冲击闭环控制系统的总体方案设计。依据PIND方法中的冲击试验规范,提出冲击试验条件;基于系统暂态和稳态特性分析,提出冲击闭环控制系统的性能指标;依据自动控制理论,制定冲击闭环控制系统的总体方案,分别提出硬件方案设计和软件方案设计。其次,建立电动振动台的数学模型并辨识模型参数。通过分析电动振动台的机械机构和工作原理,基于质量-弹簧力学系统建立电动振动台冲击过程模型,确定冲击加速度峰值与工作台速度间的关系;基于电磁理论和动力学理论,建立电动振动台的数学模型,采用系统辨识的方法估计电动振动台模型参数,确定振动台输入电压与工作台加速度间的关系。通过工作台的速度与加速度间的微积分关系,建立振动台输入电压与冲击加速度峰值间的联系。然后,建立基于PID控制的冲击闭环控制系统仿真模型并优化模型参数。依据PID控制原理及其性能指标,设计PID控制器;应用Simulink工具,建立冲击闭环控制系统仿真模型;基于系统暂态响应特性,确定PID控制器模型参数;建立系统反馈信号模型,分析影响系统偏差的关键因素,寻找最优控制策略,确定系统给定输入与工作台速度间的关系。仿真实验结果表明:基于速度反馈的冲击闭环控制系统对工作台速度的控制误差保持在5%以内。最后,搭建冲击闭环控制系统的软硬件实验平台。分别设计冲击闭环电路、加速度采集电路、主控电路和功率放大电路等电路,实现系统的硬件环境;针对冲击校准试验不易收敛、收敛速度慢等问题,提出基于迭代学习控制算法的校准控制方法。实验结果表明,冲击闭环控制系统实现了对冲击加速度峰值的精确控制,峰值误差保持在5%以内,最大峰值从2000g(1g=9.8m/s2)提高到2500g,带载能力达到0.1Kg;冲击校准稳定收敛,校准次数保持在10次以下。
【图文】：

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图 4-7 冲击闭环系统的 Simulink 仿真模型图 4-7 中的反馈环节是根据实际的加速度传感器参数和加速度信号采集系统参数的真实值设定的。给定速度是由脉冲发生器产生的 50ms、200mV 负值矩形波，，经过 PID 整定后，送入到振动台模型中，其中我们只研究时刻 50ms之前的振动台运动规律。

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不同目标加速度下振动台输入电压实测波形
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN606;TP273

【引证文献】