环境振动试验传感器布置优化方法研究

    随着大推力电动振动台的出现，使得电子设备整机振动环境模拟试验得以实现。在试验过程中，整机夹具的尺寸有时远大于振动台台面尺寸，这将会导致试品振动输入各点响应加速度均方根值偏离设置的参考谱值，同时也会出现控制超差现象，严重情况甚至出现试验中断。为了解决这些问题，试验人员常采用多点布置控制传感器的方法，虽有学者胡小弟、周桐等［1 －2］在试验和研究过程中发现通过改变控制传感器不同位置，可以改善夹具传递特性和控制特性，但未提出一套可行性的理论。美军标 MIL-STD －810G［3］振动环境的产生和测量精度在很大程度上取决于夹具及试验样品的固定、测量系统和激励器控制策略，细致的设计试验、夹具、传感器安放位置在振动试验控制中是有必要的。同时，提出在振动试验的传统方法———输入控制中，控制加速度计安放在夹具与试品的连接点上，激励器的运动由控制加速度计的反馈来控制，在可行的情况下，控制信号可以是一个以上的试验样品/夹具传感器信号的平均值。但在实际试验过程中，虽然控制谱与输入的参考谱一致，但各控制点加速度均方根值相差很大，最大和最小的比值有时能达到 2 倍以上，这就出现试验输入严重不均匀和偏离设置参考谱的加速度均方根值的现象。

    为了解决这种输入严重不均匀和偏离设置的参考谱加速度均方根值的现象，本文首先分析电动振动台多点控制原理和夹具传递函数特性，建立了在多点控制情况下基于响应加速度均方偏离度最小的传感器布置位置优化计算模型，然后，依据 Patran 和 Nastran 有限元软件计算某试品夹具的传递函数，通过 Matlab 仿真寻找传感器最优布置点，最后通过某试品夹具在控制传感器优化布置和传统布置二种情况下振动试验，比较二种传感器布置模式下试品与夹具连接点处响应均方加速度偏离度，从而证明本文所提传感器布置优化方法是实用和可行的。

    1 数学模型的建立

    1. 1 电动振动台振动控制理论

    如图 1 所示，振动试验是一种反馈控制的试验。当功放给定的推力与传感器检测到加速度信号满足试验需求时，即控制响应谱( 加速度谱密度测量值) 和参考谱( 加速度谱密度设定值) 一致时试验处于平衡状态，即: ( f)参考谱= c( f)控制响应谱，振动试验得以正常运行。

    当在多点控制时，一般振动控制信号有三种设置方式: 平均控制、最大值控制、最小值控制，通常采用平均控制方式，即:

    式中: ck( fp) 为各控制传感器 ck在频率 fp上响应加速度谱密度测量值，k 为控制点个数。