一种输入与输出信号波形对比的测试平台动态性能评定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于动态性能测试领域，涉及一种可用于航空航天中测试平台动态性能的 评定方法。
【背景技术】
[0002] 国防及航空航天领域对测量精度的要求越来越高，这对测试系统的设计提出了新 的要求；在对测试平台中，传感器是关键部件，其性能的优劣直接影响到测量的精度，尤其 是其动态性能的优劣直接影响测量的准确性和控制的实时性。目前，国内外对力传感器的 静态特性研究较为深入，而对于动态特性的研究较少。随着近代高精密测试仪器的发展，静 态力值的测量手段与方法已日趋完善，计量精度也不断提高。对于动态力值则往往是"静标 动用"的方法进行，即仅依据传感器静态校准时的数据结果作为动态测试时的依据。随着技 术进步，人们对动态力测量精度的要求越来越高。为此，力传感器的使用者首先要对力传感 器进行动态标定，了解其动态特性。一个力传感器很可能在测量静态力工作状态良好，性能 可靠，但在测量动态力时却失真很大，甚至无法工作，所以对力传感器进行相应的动态标定 是非常必要的。火箭推进技术作为其中的核心技术，更是备受关注。火箭发动机推力的精 确控制对控制飞行器运行姿态、提高目标命中精度等具有重要意义，正是在此基础上一种 新的压电石英推力与推力矢量测试平台系统被开发研制出来，通过实验对测试平台进行动 态标定得到其动态性能，并寻找一种评定其动态性能好坏的方法具有重要的意义。
[0003] 传统的动态性能评定方法主要观察输入和输出波形图像是否一致，没有明确理论 方法来准确表达输入输出波形关系。因此设计一种输入与输出信号波形对比的测试平台动 态性能评定方法十分必要。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术难题是构建一种测试平台的动态标定实验装置，通过对测 试平台进行动态标定，得到其输入信号和输出信号波形曲线，并设计一种输入与输出波形 对比的测试平台动态性能评定方法，可以直观、简单、便捷的判断出测试平台的动态性能好 坏。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种输入与输出波形对比的测试平台动态性能评定 方法，该评定方法所用装置包括信号发生器、功率放大器、激振器、橡胶绳、顶杆、阻抗头、测 试台架、测试平台、电荷放大器、数据采集卡和计算机，测试平台是用于对火箭发动机推力 矢量进行测试的平台。信号发生器产生的激励信号经功率放大器放大后输入到激振器，激 振器通过顶杆与阻抗头相连；阻抗头固定在测试平台上，其所测得的动态力值信号分为两 路：一路经电荷放大器和数据采集卡直接输入到计算机中，采集到的信号波形为输入信号； 另一路先经过测试平台，再经电荷放大器和数据采集卡输入到计算机中，采集到的信号波 形为输出信号。通过信号发生器产生激励信号，经过一系列信号转化和采集，分别得到测试 平台的输入信号和输出信号的力一时间波形图；在同一个周期内，比较输入信号和输出信 号的力一时间波形图的纵坐标力值与横坐标时间积分的比值，该比值越接近1说明测试平 台的动态性能越好。
[0006] 本发明的显著效果是：所发明的一种输入与输出信号波形对比的测试平台动态性 能评定方法，其实验装置简单、操作便捷，评定方法直观、易懂，能够迅速的判断出测试平台 动态性能的好坏，可以应用于机械工程、航空航天等领域关于测试平台动态性能的评定中， 具有广阔的应用空间。
【附图说明】
[0007] 图1为测试平台动态性能标定实验装置图。
[0008] 图2为激振器的安装方式示意图。
[0009] 图3为标准梯形力信号时测得的动态力波形图。
[0010] 图4为三角波力信号时测得的动态力波形图。
[0011] 图5为方波力信号时测得的动态力波形图。
[0012] 图中：1测试台架；2测试平台；3阻抗头；4顶杆；5激振器；6橡胶绳；
[0013] 7输入波形；8输出波形。
【具体实施方式】
[0014] 结合技术方案和附图详细说明本发明的实施过程，如图1所示，选用电动力式激 振器5作为执行器，配以相应的激励信号发生器和功率放大器，来实现所需的动态力，并用 计算机数据采集系统来采集测试平台的输入力信号和输出力信号。
[0015] 本发明的实验过程如下：按照图1所示将各种设备安装连接，采用橡胶绳6将激 振器5悬挂在台架上，激振器5通过顶杆4与阻抗头3相连，并与待标定的推力矢量测试平 台的连接法兰相连。激励信号由信号发生器产生后经功率放大器放大后输入到激振器5。 激振器5在激励信号作用下输出的动态力值由阻抗头3得到。阻抗头3固定在测试平台2 上，其所测得的信号分为两路：一路信号经电荷放大器和数据采集卡直接输入到计算机中， 由测试软件采集得到信号波形，为测试平台的输入信号；另一路信号先经过测试平台后，再 经电荷放大器和数据采集卡输入到计算机中，由测试软件采集得到信号波形，为测试平台 的输出信号，最后对采集到的输入、输出信号进行处理。
[0016] 如图2所示，激振器5的安装方式采用悬挂式水平激振的方式，在这种情况下，为 能对试件产生一定的预压力，悬挂时常要倾斜一定的角度，这种方式要求激振器5与橡胶 绳6所形成的悬挂系统的共振频率远小于工作频率。实验时可调节橡胶绳6长度，使其处 于最小刚度段工作，此时橡胶绳6的相对伸长约30-40%左右，而整个悬挂系统的固有频率 可达0. 6-0. 8Hz左右，这种安装方法较为简单。
[0017] 本实验中采用的信号发生器以单片机作为核心部件，通过D/A转换器等相关数字 电路来实现所需的激励信号，分别施加周期为20ms的标准梯形动态力，上升沿/下降沿各 为3ms、周期为20ms的三角波动态力，占空比为35%、周期为20ms的方波动态力，作为激励 信号驱动激振器工作，得到的在不同激励信号下，输入和输出的动态力曲线分别为图3、4、5 所示。
[0018] 根据实验得到的三种情况下，分别计算每种情况下，在同一个周期内，输出波形纵 坐标力值对横坐标时间积分与输入波形纵坐标力值对横坐标时间积分的比值。
[0019] 艮 P
[0021] 其中，M5P t2分别为一个周期的起止时间，F1U)为输入信号中力值对时间的函 数，F2(t)为输出信号中力值对时间的函数，在本次实验中Vt1= 0.02s。根据计算得到的 r值，若r越接近1，说明在相应波形下测试平台的动态性能越好；否则，说明在相应波形下 测试平台的动态性能较差。
[0022] 本发明的一种输入与输出信号波形对比的测试平台动态性能评定方法，其实验装 置简单、操作便捷，评定方法直观、易懂，能够迅速的判断出测试平台动态性能的好坏，可以 应用于机械工程、航空航天等领域关于测试平台动态性能的评定中，具有广阔的应用空间。
[0023] 虽然本发明以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施 例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明所给出的技术特征和范围的 情况下，对技术所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种输入与输出波形对比的测试平台动态性能评定方法，其特征在于，该评定方法 所用装置包括信号发生器、功率放大器、激振器、橡胶绳、顶杆、阻抗头、测试台架、测试平 台、电荷放大器、数据采集卡和计算机；测试平台是用于对火箭发动机推力矢量进行测试的 平台；信号发生器产生的激励信号经功率放大器放大后输入到激振器，激振器通过顶杆与 阻抗头相连；阻抗头固定在测试平台上，其所测得的动态力值信号分为两路：一路经电荷 放大器和数据采集卡直接输入到计算机中，采集到的信号波形为输入信号；另一路先经过 测试平台，再经电荷放大器和数据采集卡输入到计算机中，采集到的信号波形为输出信号； 通过信号发生器产生激励信号，经过一系列信号转化和采集，分别得到测试平台的输入信 号和输出信号的力一时间波形图；在同一个周期内，比较输入信号和输出信号的力一时间 波形图的纵坐标力值与横坐标时间积分的比值，该比值越接近1说明测试平台的动态性能 越好。
【专利摘要】本发明一种输入与输出波形对比的测试平台动态性能评定方法，属于动态性能测试领域，可应用于机械工程、航空航天等领域对测试平台动态性能进行评定。其实验装置由信号发生器、功率放大器、橡胶绳、激振器、顶杆、阻抗头、测试台架、测试平台、电荷放大器、数据采集卡和计算机等组成；评定方法是在同一个周期内，比较输出波形纵坐标力值对横坐标时间积分与输入波形纵坐标力值对横坐标时间积分的比值，该比值越接近1说明测试平台的动态性能越好。该实验装置简单、操作便捷，评定方法直观、易懂，能够迅速的判断出测试平台动态性能的好坏，具有广阔的应用空间。
【IPC分类】G01L25/00
【公开号】CN105181239
【申请号】CN201510408976
【发明人】张军, 贾振元, 任宗金, 纪维磊, 刘巍, 王福吉
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年7月13日