关于0.1-2Hz（0.1-10Hz）电磁振动台负反馈控制的个人看法

labview

　　最近看到这样的一个帖子，许多朋友发帖给出了各自的看法和意见。在此，我想谈谈个人看法，由于个人专业能力和水平有限，如有不对的地方敬请朋友们批评指正。


　　问题：
　　“本人所在实验室是中国计量院振动实验室，现课题的主要任务是电磁标准振动台的负反馈控制，主要是为了改善低频振动时振动台输出波形的失真度。现在利用的是DSP2812作为控制器，利用简单的PID控制，可效果不明显，就是说改善效果不好。”
　　“补充说明，采用的是加速度传感器来反馈。”
　　要求：
　　“主要是0.1Hz到2Hz需要负反馈，2Hz以上开环运行的THD就能达到要求了。
　　反馈后的基本要求就是要保证2Hz以下运行时，振动台输出波形的失真度小于2%，”
　　摘自—— nim001
　　http://forum.vibunion.com/forum/thread-52736-1-1.html

　　我的看法：
　　A.产生谐波失真的原因
　　一个系统在纯正弦激励下，输出的响应为什么会产生谐波失真?
　　答案是：系统中一定包含有非线性的部件，所以导致产生了非线性失真，也就是人们常说的“谐波失真”。
　　因为我们不知道它的控制系统方框图或控制原理，所以我们只能从简单的、常规的方案去分析和讨论。
　　电动式振动台(没有负反馈控制时)应包括以下几个基本单元：
　　A1：信号发生器
　　A2：功率放大器
　　A3：振动台
　　A4：加速度传感器
　　从严谨的科学态度看，A1、A2、A3、A4在0.1-2Hz范围内都可能是导致非线性产生的部件。但我们可以采用分部件测试的方法，给予以充分地断定(我想问题的提出者对此应该是很清楚)。
　　从常规工程的角度看，A3：振动台，应该是导致非线性产生的主要部件(这里我们假定其它部件都是线性的)。
　　网友qionghua_2001
　　"也曾提到：“电动台低频失真主要是由于其低频时磁场不均匀以及与其悬挂系统共振频率接近引起的.”
　　所以我们假定非线性失真就是由此部份产生。"
　　这样的一个系统在没有反馈控制的条件下，通常可以看成是一个开环的随动系统。所以它的系统特性，取决于这个系统中各个单元的特性。当“A3：振动台”为一个非线性部件时，那么整个系统也就呈现出这样的特性了。
　　知道了产生谐波的来源，是否可以想办法减小它呢?
　　声明一下，对于台子的结构和电磁特性的改进这里不谈(我也不懂)。这里主要讨论如何设计控制系统来改善谐波影响的问题。
　　B.控制系统与控制对象
　　许多网友在讨论中对控制原理和控制方法给出了建议和意见，甚至是提出了自己的疑义。
　　——http://forum.vibunion.com/forum/thread-52736-2-1.html
　　Hcharlie谈到：
　　“所谓反馈有两种含义，一种像液压台，其输出位移信号直接与输入成正比，采用位移负反馈，可以改善波形;另一种是增益负反馈，像一般电动振动台，用加速度传感器测量，虽然其输出加速度的大小与输入成正比，但相位差很大，不能直接负反馈，一般采用自动增益控制，它只能控制振动大小，是不能改善波形的。”
　　wanyeqing2003谈到：
　　“有个疑问。电磁振动台的低频特性一般较差，能通过反馈调节改善吗?”
　　qionghua_2001谈到：
　　“但是电动台低频失真主要是由于其低频时磁场不均匀以及与其悬挂系统共振频率接近引起的.因此,采用位移反馈是否只是治标不治本呢?!”
　　B1.控制对象
　　实际上大家在讨论中都涉及到了一个关键的问题：这就是控制对象的问题。
　　通常电动式振动台的控制对象是加速度(或速度、位移)的幅度，要求振动台的定振幅度特性稳定、平坦。特别是要求在扫频状态下有较好的动态响应和跟踪能力。所以，无论采用什么控制原理和方法其目的都是如此。当然，目前的做法通常都可以满足对幅度的控制要求。换句话说，这些方法对幅度是有控制作用的，而对谐波失真没有多少改善作用。原因就是控制对象不同，控制信号中不包含对谐波分量的控制因素。即便是采样中包含了谐波的信息(即便是不对采样信号进行滤波)，但由于控制原理是针对幅度进行控制，所以也仅仅是谐波的幅度对基波幅度的影响关系。
　　通俗地讲，因为控制对象和控制方法是针对幅度的，而不是针对谐波分量的，所以显而易见，对谐波分量就不会有多大的控制作用或改善。这应该是比较好理解的问题。
　　B2. 控制系统
　　清楚了控制对象的问题，对控制系统就没什么好讲的了。因为控制对象为幅度，那么采用PID等任何控制原理，也就不会对谐波失真有什么大的改善作用。正像nim001所谈到的那样：
　　“是的，目前,实验室的振动台最大振幅为40mm，0.1Hz时的加速度值只有0.008m/s2左右，确实比较小。
　　可我现在是在2Hz的频率下用加速度做负反馈，在这个频率下，加速度基本达到3m/s2，还是比较大的，可为什么基本没有什么效果呢?”
　　关于传感器：
　　既然控制对象是幅度，那么使用什么传感器(加速度、速度、位移)也就基本是一样的了。所不同的就是能够获取信号的大小或灵敏的程度不一样。
　　关于负反馈：
　　我们知道负反馈可以改进放大器的特性，包括谐波失真特性。但前提是系统的开环增益要足够大。而在通常的振动台控制系统其开环增益是很小的，不足以减小谐波失真的影响。
　　C.如何能够减小振动台的低频失真
　　如何减小振动台的低频失真，我目前正在探讨，但从控制角度来讲，应该解决以下几个问题：
　　C1：能够对谐波失真进行取样，并将谐波失真信号分离出来，作为控制对象。
　　C2：将分离的谐波信号引入到控制系统中，对谐波分量进行控制，达到减小系统谐波失真的目的。
　　C3：采用前馈的控制方法，可能取得满意的效果。
　　:handshake

xingchen

值得学习！即已处理，我就不用再处理了！
欢迎到我们板块！
:handshake

nim001

对，位移负反馈,就只能改善振动台输出位移波形的失真度,但对由于振动台由于各种原因造成的加速度波形失真可能改善不明显,这个是肯定的。

目前,振动台在低频,甚至超低频反馈，好象都没有用加速度反馈的。因为加速度在低频时很小.

nim001

我做的试验有结果了，0.1HZ的试验频率，我开环运行，振动台最大位移输出时，位移波形的失真度即位移波形THD为1.5%左右，
我闭环运行，采用简单的PD控制，同样最大位移运行，振动台输出波形失真度减小到0.15%左右，
效果比较明显。
但位移波形有改善，具体加速度波形的THD改善了多少与否，我还在测。

labview

祝你好运！

继续努力！

[ 本帖最后由 Galaxy163 于 2007-10-17 20:33 编辑 ]