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三轴电动振动台动圈是如何产生的?

文章来源:苏州市利邦振动科技有限公司公司网址:发表时间:2017-5-28
核心提示:在位移及速度区域,因动圈运动而引起缸体的反向运动。动圈漂移的危害,使动圈的有效行程减小,例如:行程为51mm峰—峰值的振动台,在连续扫频时,其有效行程仅为38mm。质量大的试验产品,容易引起过位移,严重时,损坏动圈甚至损坏产品。振动台动圈产生的推力减小,或者达到额定的推力时,电流超过额定值,动圈发热冷却恶化,甚至烧坏动圈。随着科学技术的发展,对产品的振动试验要求越来越严酷,要求振动台的位移达到100mm,甚至200mm,速度超过4m/s。由于动圈漂移,严重制约了振动台指标的提高。

动圈漂移的原因、危害及传统的预防措施,三轴电动振动台工作时,动圈的平衡位置会发生变化即漂移。漂移分静态和动态两种。
1、动圈偏移的原因
2、静态漂移的原因
A.功率放大器输出端的直流电压发生漂移;
B.承载空气弹簧由于温度变化引起空气体积变化;
C.气路发生泄露;
D.试验产品的质量发生变化。
E.动态漂移的原因
F.放大器输出波形失真比如正弦波正负半波不对称,出现直流电压。
G.动生电势。在位移及速度区域,振动台动圈骨架的加强环部分在磁场中运动,产生速度电势(俗称发电效应),经骨架形成回路,而产生一种阻碍动圈运动的力。在振动台动圈运动过程中,该力大小表现为动圈骨架进入磁场气隙的数值大于动圈骨架离开气隙磁场的数值,其外在表现为:动圈在速度和位移区,动圈骨架向离开气隙的方向漂移。位移和速度越大,频率越高,漂移越严重。
H.感生电势。在速度区域及靠近速度区域的加速度区域,动圈骨架的加强环部分被流过振动台动圈的电流产生的交变磁场感应,产生感应电势,经骨架形成回路而产生一种阻碍动圈运动的力。该力对动圈漂移方向的影响表现为随机性,与动圈振动加速度的大小、频率、试验产品的重力、动圈(机械和电气)阻尼有关,例如:定速度或定加速度扫频时,某个临界频率以上,向上(下)漂移,某个临界频率以下,向下(上)漂移;又如:定频工作时,每次开机,漂移方向都不相同,表现为很大的随机性,动圈电流越大,频率越高,漂移越严重。
磁路系统产生工作气隙磁通密度的非线性、非对称性。
在位移及速度区域,因动圈运动而引起缸体的反向运动。动圈漂移的危害,使动圈的有效行程减小,例如:行程为51mm峰—峰值的振动台,在连续扫频时,其有效行程仅为38mm。质量大的试验产品,容易引起过位移,严重时,损坏动圈甚至损坏产品。振动台动圈产生的推力减小,或者达到额定的推力时,电流超过额定值,动圈发热冷却恶化,甚至烧坏动圈。随着科学技术的发展,对产品的振动试验要求越来越严酷,要求振动台的位移达到100mm,甚至200mm,速度超过4m/s。由于动圈漂移,严重制约了振动台指标的提高。
欲从根本上解决振动台动圈漂移问题,除了上述措施以外,还必须采用连续的闭环控制技术。设想在放大器和振动台之间引入位置控制装置,通过在振动台上加装位移传感器检测到动圈的位置,将位置信号回馈到放大器,给振动台动圈一个直流电流,使动圈在平位置悬浮。这样就从根本上解决了动圈漂移及上述弊端。整个控制装置框图如图1所示。其中位置给定环节决定振动台动圈的位置,该位置可与动圈平衡位置重合,也可以不重合,由位置给定环节决定。位移传感器检测到动圈的位置信号,该信号里含有交流及直流信号,交流信号的大小反映了动圈的振动位移幅度,可用于指示动圈位移量;直流信号的大小反映了动圈的位置,需要控制的是位置信号也就是直流信号,将振动台幅度信号(交流信号)去除,所以引入一个滤波环节。对位移传感器输出信号进行滤波,剔除无用的交流信号,保留有用的直流信号。将滤波环节的输出与位置给定环节进行比较,得到一个误差,该误差反映了动圈偏离给定位置的大小。由于动圈近似一个惯性(机械的、电磁的)环节,它的运动与给定信号存在幅值及相位差(滞后),为使系统具有最佳的品质,故引入一个调节器,该调节器对动态信号的放大倍数进行限制,而对静态信号进行较大的放大以及所谓的“预前”控制,从而使振动台动圈由滞顿变得敏捷。
与垂直方向有一定角度的被测目标块,刚性地安装在振动台动圈上,动圈上下运动时,目标也随着运动,其斜面在水平方向与位移传感器的距离也发生变化,可以推导。设垂直方向的运动位移为△y,斜面在水平方向的位移为△x,则△x=ab△y;设计合理的ab的值,则可用较小量程的位移传感器测量较大的位移。
位移控制装置的工作过程为:假定位移给定环节输出不变,当振动台动圈因工作状态、支撑负载等外界因素发生变化而导致动圈平衡点发生变化(假定向上漂移)时,位移传感器检测到其输出变化为+△y,经滤波环节低通滤波后与给定环节求和,误差△d上升,经放大后直流电压u上升,振动台动圈流入反向抑制直流电流;动圈位移△y下降,动圈回到平衡位置。如果动圈朝下偏离平衡位置,则上述调节过程朝相反方向变化,最终使动圈向上回升到平衡位置。本位移控制装置适应于所有的电动振动台,在使用中只需对调节器的参数作相应的调整即可。

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