專利名稱：用于臂架振動特性測試的控制器、測試系統及測試方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域，具體地，涉及一種用于臂架振動特性測試的控制器、臂架振動特性測試系統及臂架振動特性測試方法。
背景技術：
具有臂架的工程機械(例如混凝土泵車)工作時臂架部分伸展較大，在力學上屬懸臂梁結構，受力比較復雜，容易產生振動。混凝土泵車臂架振動是影響泵車整車性能和施工質量的重要因素之一，振動過大會造成臂架末端的軟管無法精確定位，同時產生的動應力直接影響泵車的疲勞壽命。隨著高壓、大排量泵送和超長臂架技術的發展，臂架振動的問題越顯重要。現有技術中不存在系統地對臂架系統進行振動分析測試的方法及系統，而對臂架系統進行振動測試，并對采集的實驗數據進行分析，從而準確獲得臂架系統的振動特性，卻是臂架振動控制與系統動態參數優化的必要前提。

發明內容
本發明的目的在于針對現有技術中缺少對臂架振動特性進行測試的機制，而提供一種用于臂架振動特性測試的控制器、臂架振動特性測試系統以及測試方法。根據本發明的一方面，本發明提供一種用于臂架振動特性測試的控制器，包括:激振控制單元，用于發出激振信號以執行激振；信號采集單元，用于采集所述激振控制單元發出的所述激振信號以及以該激振信號對臂架進行激振所得到的臂架的振動信號，并將所述激振信號和所述振動信號對應存儲成一組振動數據；以及振動特性分析單元，用于調用信號采集單元存儲的振動數據并進行運算分析以獲得臂架的振動特性。根據本發明的另一方面，本發明還提供一種臂架振動特性測試系統，該系統包括:上述用于臂架振動特性測試的控制器；臂架振動監測單元，用于檢測臂架的振動情況，生成振動信號并輸出到所述用于臂架振動特性測試的控制器中的信號采集單元；激振作動機構，用于接收從所述用于臂架振動特性測試的控制器中的激振控制單元發出的激振信號并根據該激振信號進行激振。根據本發明的又一方面，本發明還提供一種臂架振動特性測試方法，該方法包括:激振步驟:發出激振信號以執行激振；信號采集步驟:采集所述激振信號以及以該激振信號對臂架進行激振所得到的臂架的振動信號，并將所述激振信號和所述振動信號對應存儲成一組振動數據；以及分析步驟:調用所述振動數據并進行運算分析以獲得臂架的振動特性。本發明通過發出激振信號給激振作動機構以實現對臂架的振動激勵，并獲取臂架在相應激振信號作用下臂架振動過程中的振動信號，通過將激振信號和振動信號分別作為臂架這個振動系統的激勵信號和響應信號，并對其進行運算分析，從而獲得臂架的各種振動特性。本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。


附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中:圖1為根據本發明提供的用于臂架振動特性測試的控制器的框圖；圖2為根據本發明提供的臂架振動特性測試系統的框圖；圖3為根據本發明提供的臂架振動監測單元的優選實施方式的結構示意圖；圖4為本發明提供的振動特性分析單元得到的幅頻特性曲線圖的示例；圖5為本發明提供的振動特性分析單元得到的相頻特性曲線圖的示例；圖6為根據本發明提供的臂架振動特性測試方法的流程圖。附圖標記說明
10 激振控制單元20 信號釆集單元
30 振動特性分析單元 100 用于臂架振動特性測試的控制器
200臂架振動監測單元 201 第一振動傳感器
202第二振動傳感器203 傾角傳感器
204安裝架205 保護罩
300激振作動機構400 臂架姿態監測單元
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。如圖1所示，其中標號100的方框中為本發明提供的用于臂架振動特性測試的控制器(以下簡稱為“控制器100”)，該控制器100包括:激振控制單元10，用于發出激振信號以執行激振；信號采集單元20，用于采集所述激振控制單元10發出的所述激振信號以及以該激振信號對臂架進行激振所得到的臂架的振動信號，并將所述激振信號和所述振動信號對應存儲成一組振動數據；以及振動特性分析單元30，用于調用信號采集單元20存儲的振動數據并進行運算分析以獲得臂架的振動特性。其中，所述激振控制單元10所發出激振信號被傳送給激振作動機構300(圖2中示出)，例如可以為泵送油缸或臂節油缸，泵送油缸、臂節油缸的有桿腔或無桿腔的電磁閥可以根據激振信號(電流信號)的大小來調整開度，以控制有桿腔和無桿腔中的液壓油的流量變化，從而驅動激振作動機構300進行激振作動，實現對臂架系統的振動激勵。其中激振信號可以為電流信號或者電壓信號。優選情況下，所述激振控制單元10還可以根據不同激振方式發出相應的激振信號給激振作動機構300。如上所言，影響臂架的振動的主要激振作動機構有臂節油缸和泵送油缸，所以，根據所要激勵的對象的不同，激振方式可以為:臂節油缸激勵和/或泵送油缸激勵，也就是僅對臂節油缸激勵、僅對泵送油缸激勵或者對臂節油缸及泵送油缸雙重激勵，其中臂節油缸激勵又可以包括單臂節油缸激勵和多臂節油缸激勵，即可以選擇臂架中其中一節或幾節臂架的油缸進行激勵。另外，優選情況下，針對每種激振方式，都包括三種激勵模式，分別為:正弦掃頻模式、正弦激勵模式和脈沖激勵模式。這幾種激勵模式均是振動試驗中常用的激勵模式，本領域普通技術人員均知曉如何進行這幾種激勵模式。例如，正弦掃頻模式需要設置掃描激振電流或電壓的幅值、相位、起始頻率、終止頻率、頻率步長等參數；正弦激勵模式需要設置激振電流或電壓的頻率、幅值、相位等參數；脈沖激勵模式需要設置脈沖寬度、強度等參數。所述信號采集單元20采集激振控制單元10所發出的激振信號以及以該激振信號對臂架進行激振所得到的臂架的振動信號。其中所謂振動信號是指能夠表征臂架振動情況的信號，包括但不限于位移信號、速度信號、加速度信號、傾角信號等振動信號，只要是能夠表征振動的信號均可以。在本發明中，對于臂架這個振動系統而言，激振信號可以看作是激勵信號，而振動信號可以看作是響應信號，因此信號采集單元20即是用來采集激勵信號和響應信號，然后將這兩者對應存儲成一組振動數據，以供數據分析。這里，振動數據包括激振信號和振動信號。可以反復執行激振過程并采集信號，以得到多組振動數據，以供振動特性分析單元30調用。另外，優選情況下，當如上所述選用不同的激振方式或激勵模式時，還應將激振方式和激勵模式的各參數對應于該組振動數據一同存儲，以便于分析每種激振情況下所得到的不同的振動數據。所述信號采集單元20可以采集的是給定方向上臂架的振動信號，用以分析給定方向的振動情況，其中該給定方向可以是任意方向，例如重力加速度方向或水平方向。根據優選實施方式，所述信號采集單元20采集的臂架的振動信號可以為傾角信號和不同方向的振動信號(例如正交方向)，并根據傾角信號將振動信號轉換成給定方向上的振動信號。所述振動特性分析單元30用于批量調用信號采集單元20存儲的振動數據進行各種運算分析以獲得臂架的各種振動特性，例如頻率響應特性(包括幅頻響應特性和相頻響應特性)、相干函數、固有頻率、阻尼比等等，以用于對臂架振動特性的分析。另外，振動特性分析單元30還可以生成臂架振動特性的曲線圖。除了振動數據之外，優選情況下，振動特性分析單元30還可以接收臂架的姿態信號，并將姿態信號與臂架的振動特性對應存儲，以供振動特性分析時參考，這樣能夠記錄相應姿態下臂架的振動特性，在進行振動控制時可以根據臂架的姿態來相應獲取臂架的振動特性。所述姿態信號可以包括各臂節相對于水平面的傾角和/或臂架相對于回轉臺軸線的回轉角度。下面分別以頻率響應特性和相干函數的計算為例說明振動特性分析單元30的計算和分析過程，但需要說明的是，這兩個示例并不是用于限制振動特性分析單元30的應用，事實上各種關于臂架振動特性的運算分析均可以在振動特性分析單元30中進行，只要根據運算分析的原理設定相應的程序即可。1、頻率響應特性的計算頻率響應特性(包括幅頻響應特性和相頻響應特性)用于反映振動系統的激勵和響應的輸入輸出關系。振動特性分析單元30將調用的振動數據中的激振信號作為振動系統的激勵信號X(t)，將振動信號作為響應信號y(t)，按照公式⑴或公式⑵計算頻響函數Η(ω)。
權利要求
1.一種用于臂架振動特性測試的控制器，該控制器(100)包括: 激振控制單元(10)，用于發出激振信號以執行激振； 信號采集單元(20)，用于采集所述激振控制單元(10)發出的所述激振信號以及以該激振信號對臂架進行激振所得到的臂架的振動信號，并將所述激振信號和所述振動信號對應存儲成一組振動數據；以及 振動特性分析單元(30)，用于調用信號采集單元(20)存儲的振動數據并進行運算分析以獲得臂架的振動特性。
2.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述激振控制單元(10)根據不同激振方式發出相應的激振信號，所述激振方式為:臂節油缸激勵和/或泵送油缸激勵。
3.根據權利要求2所述的控制器，其中，所述信號采集單元(20)還將激振方式和激勵模式的各參數對應于振動數據一同存儲。
4.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述信號采集單元(20)采集的臂架的振動信號是選定方向上的振動信號。
5.根據權利要求4所述的控制器，其中，所述信號采集單元(20)采集的臂架的振動信號為傾角信號和不同方向的振動信號，并根據傾角信號將振動信號轉換成給定方向上的振動信號。
6.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述振動特性分析單元(30)用于獲得臂架的頻率響應特性、相干函數、固有頻率、阻尼比中的至少一者。
7.根據權利要求6所述的控制器，其中，所述振動特性分析單元(30)用于將調用的振動數據中的激振 信 號作為振動系統的激勵信號x(t)，將振動信號作為響應信號y(t)，按照公式⑴或公式(2)計算頻響函數Η(ω):
8.根據權利要求6所述的控制器，其中，所述振動特性分析單元(30)將調用的振動數據中的激振信號作為振動系統的激勵信號X (t)，將振動信號作為響應信號y (t)，按照公式(3)計算相干函數7^(0):
9.根據權利要求8所述的控制器，其中，所述振動特性分析單元(30)還用于將相干函數(O的值與一判斷閾值進行比較，當相干函數ri (O的值大于或等于該判斷閾值時，則判斷振動數據的質量合格，而當相干函數；^ (O的值小于該判斷閾值時，則判斷振動數據的質量不合格。
10.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述振動特性分析單元(30)還接收臂架的姿態信號，并將姿態信號與臂架的振動特性對應存儲。
11.一種臂架振動特性測試系統，該系統包括: 根據權利要求1-10中任一項權利要求所述的用于臂架振動特性測試的控制器(100)； 臂架振動監測單元(200)，用于檢測臂架的振動情況，生成振動信號并輸出到所述用于臂架振動特性測試的控制器(100)中的信號采集單元(20);以及 激振作動機構(300)，用于接收從所述用于臂架振動特性測試的控制器(100)中的激振控制單元(10)發出的激振信號并根據該激振信號進行激振。
12.根據權利要求11所述的系統，其中，所述臂架振動監測單元(200)包括第一振動傳感器(201)、第二振動傳感器(202)和傾角傳感器(203)，其中第一振動傳感器(201)與第二振動傳感器(202)的檢測方向彼此正交，傾角傳感器(203)用于檢測臂架與水平面之間的夾角。
13.根據權利要求11所述的系統，其中，該系統還包括臂架姿態監測單元(400)，用于檢測臂架的姿態，生成姿態信號并輸出到所述用于臂架振動特性測試的控制器(100)中的振動特性分析單兀(30)。
14.根據權利要求13所述的系統，其中，所述姿態信號包括各臂節相對于水平面的傾角和/或臂架相對于回轉臺軸線的回轉角度。
15.一種臂架振動特性測試方法，該方法包括: 激振步驟:發出激振信號以執行激振； 信號采集步驟:采集所述激振信號以及以該激振信號對臂架進行激振所得到的臂架的振動信號，并將所述激振信號和所述振動信號對應存儲成一組振動數據；以及 分析步驟:調用所述振動數據并進行運算分析以獲得臂架的振動特性。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述激振步驟根據不同激振方式發出相應的激振信號，所述激振方式為:臂節油缸激勵和/或泵送油缸激勵。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，信號采集步驟還將激振方式和激勵模式的各參數對應于振動數據一同存儲。
18.根據權利要求15所述的方法，其中，所述信號采集步驟采集的臂架的振動信號是選定方向上的振動信號。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述信號采集步驟采集的臂架的振動信號為傾角信號和不同方向的振動信號，并根據傾角信號將振動信號轉換成給定方向上的振動信號。
20.根據權利要求15所述的方法，其中，反復執行激振步驟和信號采集步驟以得到多組振動數據。
21.根據權利要求15所述的方法，其中，所述分析步驟用于獲得臂架的頻率響應特性、相干函數、固有頻率、阻尼比中的至少一者。
22.根據權利要求21所述的方法，其中，所述分析步驟包括: 將調用的振動數據中的激振信號作為振動系統的激勵信號x(t)，將振動信號作為響應信號y(t)，按照公式(I)或公式(2)計算頻響函數Η(ω):
23.根據權利要求21所述的方法，其中，所述分析步驟包括:將調用的振動數據中的激振信號作為振動系統的激勵信號X(t)，將振動信號作為響應信號y(t)，按照公式(3)計算相干函數 :
24.根據權利要求23所述的方法，其中，所述分析步驟還包括:將相干函數的值與一判斷閾值進行比較，當相干函數7^(0的值大于或等于該判斷閾值時，則判斷振動數據的質量合格，而當相干函數；岣的值小于該判斷閾值時，則判斷振動數據的質量不合格。
25.根據權利要求15所述的方法，其中，所述分析步驟還包括: 接收臂架的姿態信號，并將姿態信號與臂架的振動特性對應存儲。
26.根據權利要求25所述的方 法，其中，所述姿態信號包括各臂節相對于水平面的傾角和/或臂架相對于回轉臺軸線的回轉角度。
全文摘要
本發明公開了一種用于臂架振動特性測試的控制器、測試系統及測試方法，其中所述用于臂架振動特性測試的控制器(100)包括激振控制單元(10)，用于發出激振信號以執行激振；信號采集單元(20)，用于采集所述激振控制單元(10)發出的所述激振信號以及以該激振信號對臂架進行激振所得到的臂架的振動信號，并將所述激振信號和所述振動信號對應存儲成一組振動數據；以及振動特性分析單元(30)，用于調用信號采集單元(20)存儲的振動數據并進行運算分析以獲得臂架的振動特性。本發明通過將激振信號和振動信號分別作為臂架這個振動系統的激勵信號和響應信號，并對其進行運算分析，從而獲得臂架的各種振動特性。
文檔編號G01M7/02GK103105278SQ201210004599
公開日2013年5月15日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者黃毅, 吳斌興 申請人:中聯重科股份有限公司