CN101968398B - 移动质量简支梁动态特性试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动质量简支梁动态特性试验平台，其特征是：在平板的两端分别设置一支撑件，简支梁的两端分别安装在两端的支承件上；在简支梁上放置可在简支梁上移动的质量块；在质量块的径向对称位置上固定连接有两端拉索，一端拉索是由步进电机驱动、由同步带轮及传动轴传动、由主动卷筒卷绕的主动端；另一端拉索为被动端；在简支梁的底部沿质量块的移动方向均匀设置振动加速度传感器。本发明可以用于测试简支梁在质量变化、质量块在不同速度移动下以及质量块在不同空间位置下的动态特性参数，用于模拟参数时变系统，检验时变参数的辨识方法，也可进一步用于简支梁振动的主动控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种由激励发生装置作用下的移动质量简支梁动态特性试验平台，更具体涉及到一种在自身激励、锤击或振动台激励作用下的质量变化的简支梁动态特性试验平台。
背景技术
参数时变的结构系统在现实工程中有很多典型例子，如列车或车辆过桥形成的车-桥系统，火箭发射过程燃料消耗形成的参数变化系统，建筑工地上重物移动时的吊塔系统等。这些系统的惯性参数、模态参数、载荷、内部应力等动力学数据是随时间变化的。为了掌握这些系统的状态以及对它们进行控制，需要实时获得其变化的动力学参数。可以通过采集这些系统的振动激励和响应数据并通过一定的算法来获得其变化的动力学参数。为了验证时变参数辨识算法的准确性和有效性，需要有一个参数变化可调的时变系统实验平台来进行验证，该系统的时变的动力学参数必须要有理论解，才可以和算法的计算结果进行对比，从而能够验证时变参数辨识算法的可行性和有效性。并且该实验平台最好能够尽可能多的提供时变参数的变化形式，比如参数慢变形式、参数快变形式、参数瞬变形式等。迄今没有相关的实验平台的公开报导。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种质量大小可以变化、质量移动的速度以及方向可以调节的基于移动质量简支梁动态特性试验平台，用于测量质量移动时简支梁的激励力以及梁上各测定点的振动加速度响应，以供时变参数辨识算法进行计算，并与理论值比较，满足检验算法的可行性和有效性的需要，作为高校专业课教学以及科研的实验平台。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明移动质量简支梁动态特性试验平台的结构特点是：
在平板的两端分别设置一支撑件，简支梁的两端分别安装在两端的支承件上；在简支梁上放置可在简支梁上移动的质量块，质量块的叠放数量可以调节；在质量块的径向对称位置上固定连接有两端拉索，一端拉索是由步进电机驱动、由同步带轮及传动轴传动、由主动卷筒卷绕的主动端；另一端拉索为被动端；
在简支梁的底部沿质量块的移动方向均匀设置振动加速度传感器，由振动信号采集调理模块、单片机和振动加速度传感器构成信号检测单元，单片机通过振动信号采集调理模块获取振动加速度传感器的检测信号；步进电机接受来自单片机的控制信号，单片机接收来自电机控制按键的控制信号。
本发明移动质量简支梁动态特性试验平台的结构特点也在于：在简支梁上、沿着简支梁的长度方向设置导槽，在质量块的底部设置导向凸柱，以导向凸柱嵌插在导槽中，使质量块可以沿导槽移动。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明中的质量块是在拉索的牵引下以设定的速度移动，振动加速度传感器的输出信号由振动信号采集调理系统进行采集和调理，通过进一步的计算机的数据分析，测得质量移动时简支梁的激励力以及梁上各测定点的振动加速度响应，能满足检验算法的可行性和有效性的需要，可以作为高校专业课教学以及科研的实验平台。
2、本发明通过改变调节质量块的移动速度、质量块的数量以及移动方向可以模拟参数慢变、快变和瞬变系统以及各种参数变化类型耦合的系统，能满足检验多种时变参数辨识算法的需求。
3、本发明利用一个步进电机以及同步带、同步轮机构就实现了主动卷筒和被动卷筒的放线和收线的同步，从而实现了质量块的往复运动以及和与步进电机的同步运动，避免了速度突然改变时由于惯性使质量块的运动滞后。
4、本发明通过控制按键以及单片机实现质量块的移动以及振动加速度传感器的采样在时间上的同步。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明主动端示意图；
图3为本发明被动端示意图。
图中标号：1简支梁、2质量块、3定滑轮、4支撑件、5主动卷筒、6传动轴、7轴支撑、8同步带轮、9步进电机支撑、10步进电机、11步进电机驱动器、12单片机、13开关电源、14电机控制按键、15同步带、16平板、17拉索、18振动加速度传感器、19计算机、20振动信号采集调理模块。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，在平板16的两端分别设置一支撑件4，简支梁1安装在支承件4上；在简支梁1上放置可在简支梁1上移动的质量块2，质量块2可以是法码，质量块2的叠放数量可以调节；在质量块2的径向对称位置上固定连接有两端拉索，一端拉索是由步进电机10驱动、由同步带轮8及传动轴6传动、由主动卷筒5卷绕的主动端；另一端拉索为被动端，在主动端与被动端的同步带轮之间设置同步带15；
在简支梁1的底部沿质量块的移动方向均匀设置振动加速度传感器18，由振动信号采集调理模块20、单片机12和振动加速度传感器18构成信号检测单元，单片机12通过振动信号采集调理模块20获取振动加速度传感器18的检测信号；步进电机10接受来自单片机12的控制信号，单片机12接收来自电机控制按键的控制信号。
具体实施中，相应的结构设置也包括：
在简支梁1上、沿着简支梁1的长度方向设置导槽，在质量块2的底部设置导向凸柱，以导向凸柱嵌插在导槽中，使质量块2可以沿导槽移动，保证质量块运动的方向，避免其滑落简支梁。
在两端支撑件4的外侧分别设置有定滑轮3，两端拉索17分别绕过各自所在一端的定滑轮，主动卷筒5的转动轴6是由轴支撑7来承载、由步进电机10进行驱动，同步带轮8同时带动处在另一端的被动卷筒，使得一端的卷筒释放拉索绳，另一端的卷筒卷绕拉索。
相应的设置也包括：
步进电机10是由步进电机支撑9固定设置，步进电机10和电机控制按键14分别设置在平板16，由步进电机驱动器11对步进电机10进行驱动，设置用于启停控制的开关电源13。
本发明可以有两种使用方式：
1、外部激励方式：步进电机以设定的速度转动，在质量块移动的同时，用力锤敲击简支梁的上表面，或者用振动台激励简支梁的下表面，测量力锤锤击力或者振动台激振力的大小以及各测量点的加速度响应。该使用方式通过时变参数辨识算法可以获得移动质量简支梁的全部动力学参数，这种时变参数辨识算法必需知道系统的激励和响应数据。由于已知质量块的质量以及移动的速度，采用形状规则的等截面简支梁，由此即可建立系统的理论模型，再利用理论模型计算理论的时变参数，并且与时变参数辨识算法的结果进行比较。
2、自身激励方式：仅以质量块的移动作为系统的激励，直接测量各个测点的加速度响应。该使用方式也可以通过时变参数辨识算法来获得移动质量简支梁的部分动力学参数，该辨识算法仅需知道系统的响应。
两种使用方式对应不同的时变参数辨识算法，可以满足检验不同算法的功能。选择不同档位的步进电机的转速可以获得质量块的缓慢移动和快速移动，实现慢变和快变的参数时变系统，并且在质量块运动过程中增加或减少质量块数、切换不同档速度或改变步进电机转向都可以实现瞬变的参数时变系统。可以满足对多种参数变化类型的时变参数辨识算法的检验。
Claims (2)
1.移动质量简支梁动态特性试验平台，其特征是：
在平板(16)的两端分别设置一支撑件(4)，简支梁(1)的两端分别安装在两端的支撑件(4)上；在简支梁(1)上放置可在简支梁(1)上移动的质量块(2)，质量块(2)的叠放数量可以调节；在质量块(2)的径向对称位置上固定连接有两端拉索(17)；在所述两端的支撑件(4)的外侧分别设置有定滑轮(3)，两端拉索(17)分别绕过各自所在一端的定滑轮(3)，主动卷筒(5)的传动轴(6)是由轴支撑(7)来承载、由步进电机(10)驱动，同步带轮(8)同时带动处在另一端的被动卷筒，使得一端的主动卷筒卷绕拉索，另一端的被动卷筒释放拉索；
在简支梁的底部沿质量块的移动方向均匀设置振动加速度传感器，由振动信号采集调理模块、单片机和振动加速度传感器构成信号检测单元，单片机通过振动信号采集调理模块获取振动加速度传感器的检测信号；步进电机接受来自单片机的控制信号，单片机接收来自电机控制按键的控制信号。
2.根据权利要求1所述的移动质量简支梁动态特性试验平台，其特征是在简支梁上、沿着简支梁的长度方向设置导槽，在质量块的底部设置导向凸柱，以导向凸柱嵌插在导槽中，使质量块可以沿导槽移动。
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