惯导测试设备构件动态参数识别

　　一、背景

　　每测试设备和运动模拟设备通常是机、电、光、液、气、计算机等各种高技术综合的产品。机械结构是设备的基础。在工作中，我们曾多次遇到控制系统频率特性的中频段中有某些较大的峰值影响系统调试.经分析研究发现，这些峰值是与结构固有频率有关。为此，希望在系统设计阶段就知道结构特性参数，以便在系统调试时采取措施满足系统特性要求。同时更希望按控制系统要求的结构特性设计结构，例如，机械结构的一阶固有频率希望是系统带宽的5一10倍。

　　传统的以静载方式为基础的设计方法已不能适应当前的需要。近年来发展了两种有效的考虑动载荷的方法，即有限元计算方法和试验模态分析方法.在国内外，这两种方法已普遍应用于航空、航天、航海、机械工程、汽车、桥梁等领域及各种工程中。然而，在惯导测试设备和运动模拟设备行业中，尚未见到应用试验模态分析法解决结构动态参数识别问题的资料。

　　过去对结构动态特性的研究重视不够，当系统调试发现问题时，结构已定型，要修改结构已为时过晚。为避免这种现象的复现，我们对惯导设备的某些关键件，如框型件、叉型件等用模态分析法对其在不同边界条件下的动态参数(频率、阻尼、振型)进行了识别，这就为系统调试提供了试验依据.与此同时，还发现了结构设计中的问题，为改进结构设计指出了方向。

　　二、模态试验

　　1.试脸原理粤

　　试验棋态分析法是通过试碑方法激励结构，并采集激励和响应信号，通过对所采信号的傅式变换得到其频域表示形式一傅式谱，再由此得到响应与激励谱之比，即传递函数(频率响应函数)，它含有结构动态特性的信息.据此，可利用各种识别方法从传递函数中求得被测结果的模态参数(频率、阻尼及振型).实现模态分析有两种手段:一种是全硬件化的专用结构分析仪，另一种是软、硬件的以微机为中心的模态分析系统。

　　出于经济考虑，我们采用以徽机为中心的模态分析系统，以识别惯导设备框型件和叉型件的结构动态今数，其工作原理如图l所示。

　　2.几何模型的建立诊

　　在进行模态分析前，首先要将构件或机械系统简化成几何模型，向计算机输入几何模型的结构形状、尺寸大小、座标系及侧t点的数据，作为采集数据和模态分析的原始参数.框型件和叉型件的几何模型如图2、图3所示。

　　3.试验分析方法

　　我们采用的数据采集系统是双通道动态数据采集系统，故用单点激振、单点响应的办法采集信号。具体做法是，每次重复用力锤敲击构件上的某一固定点来激励构件，同时依次按几何模型所确定的测量点1、2、3.··…的顺序，将加速度计逐点固定在构件的测量点上。在每个测t点上，改变加速度计敏感轴的方向，分别测量该测量点沿x、y、z三个座标轴方向各次激励的加速度响应值.将每次的力(激励)和相应的加速度(响应)信号输入双通道动态数据采集及分析系统中进行FFT分析，并求出传递函数。取三次激励和响应的均值作为每一测量方向上传递函数的原始参数。用单自由度或多自由度拟合方法识别出模态参数。通过活化软件程序，在计算机屏幕上形象地显示出构件的振动情况。测量点数及位置视构件大小、形状及振形要求凭经验确定。