振动控制系统中主动下凹力学条件制定模块技术领域
本发明属于航天器力学环境试验领域，具体涉及一种振动控制系统中主动下凹力
学条件制定模块。
背景技术
振动控制系统是航天器力学环境试验中一个非常重要的组成部分，它通过测量航
天器产品输入界面处的响应，并与参考试验条件进行比较，实时修正输入给功率放大器的
驱动信号，确保航天器输入界面控制点的响应与参考试验条件保持一致。
振动控制系统一般都具备被动响应限幅控制功能。该功能即为提前在控制系统中
设置航天器产品上某监测点的限幅量级，试验进行期间若该限幅点的响应低于设置的限幅
量级，则控制系统按参考试验条件进行试验；若该限幅点的响应超过设置的限幅量级，则控
制系统对输入界面的量级进行自动下凹，直至限幅点的响应低于设置的限幅量级。
对于航天器上局部某些阻尼小，响应峰值尖的测点，被动响应限幅控制功能并不
能取得理想的效果，一般结合力学条件主动下凹的方式进行。目前主动下凹力学条件的制
定通常靠经验丰富的技术人员通过手工计算来完成，随后将制定完成的主动下凹力学条件
输入给振动控制系统；或者依据《航天器正弦振动试验高量级试验条件预测系统》(授权号
为ZL201110406703.0)专利中描述的方法由与振动控制系统不相关的外部独立的软件计算
出高量级下凹条件，随后试验人员根据该条件输入给振动控制系统进行力学试验，但该专
利只限于正弦试验。《基于振动试验设备能力的航天器产品控制包络确定方法》(受理号为
201610124270.2)专利中描述了根据振动试验设备的能力对航天器产品的输入条件进行主
动下凹，该方法既能充分发挥振动试验设备的推力能力，又能确保航天器产品在试验过程
中不发生中断，使产品经受最大限度的力学环境试验考核。
本发明将上述两种主动下凹力学条件的制定融入振动控制系统，且增加了随机主
动下凹力学条件制定功能，由振动控制系统单独的模块来完成该项工作。目前市场上所有
的振动控制系统均无此功能模块，该模块可方便试验条件的制定及振动控制系统对试验条
件的高效调用，保证了航天器产品的安全，极大的提高了航天器力学环境试验效率。
发明内容
本发明的目的是提供振动控制系统中主动下凹力学条件制定模块，该模块根据低
量级试验条件、响应限幅测点低量级试验数据、响应限幅条件来制定高量级主动下凹力学
条件，该条件可供振动控制系统自动调用并作为力学试验的输入。该模块可方便试验条件
的制定，提高试验效率。
本发明通过如下的技术方案实现：
振动控制系统中主动下凹力学条件制定模块，主要包括六个子模块：
(1)低量级试验条件输入子模块，其输入已完成的低量级振动试验的输入试验条
件，试验条件包括振动频率范围和加载量级；
(2)响应限幅点低量级测量数据导入子模块，其输入各测点在低量级试验完成后
的试验数据，数据要求为UFF(通用数据文件)格式；
(3)高量级试验条件输入子模块，其输入高量级试验条件，试验条件包括振动频率
范围和加载量级；
(4)响应限幅条件输入子模块，其输入各响应限幅点的响应限幅条件，试验条件包
括限幅频率范围和限幅试验量级；
(5)高量级主动下凹条件制定子模块，其根据(1)至(4)步骤的输入信息按线性关
系依次预测各响应测点在高量级试验条件下的响应，如果该点响应量级超过响应限幅条件
中的限幅量级，则试验条件进行下凹处理，振动控制系统对所有响应限幅点的下凹条件取
下包络，该包络即为制定的高量级主动下凹条件；
(6)下凹条件显示及存储子模块，其对制定的高量级主动下凹条件进行幅频显示，
并以UFF的格式进行存储，供振动控制系统自动调用；
其中步骤(5)中高量级主动下凹条件制定的详细过程如下：
设低量级振动试验条件为a(f)，试验测量数据为ai(f)(i为测点号，如果有n个测
点，则i＝1,2,…,n)。该测量不仅包括航天器产品上响应点的测量，也包括振动试验系统中
功放输出电流的测量。高量级试验条件为A(f)。根据公式(1)可以预估高量级的试验数据为
Ai(f)。
比较每个测点的预测试验数据与响应限幅条件，如果响应值超过响应限幅条件中
限幅试验量级，则需要对高量级试验条件进行调整。
设预测高量级的响应数据为Ai(f)，给定的响应限幅试验量级为则与该测
点限幅条件对应的调整修订后的高量级条件Ai′(f)可以由公式(2)预测。
由此可以获得一系列修订后的高量级条件Ai′(f)，综合各响应限幅点的下包络曲
线得到高量级主动下凹条件。
高量级主动下凹条件的制定将结合所有响应限幅测点及功放的电流信号来综合
制定下凹条件。
振动控制系统中主动下凹力学条件制定模块对正弦和随机试验均适用。
本发明充分考虑了航天器主动下凹力学条件制定所需要考虑的环节，摆脱以往制
定条件过分依赖试验人员的经验，并需要进行大量计算的弊端；同时方便了振动控制系统
对制定的下凹条件进行自动调用，提高了试验效率。
附图说明
图1为本发明的振动控制系统中主动下凹力学条件制定模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的振动控制系统中主动下凹力学条件制定模块作进一步
的说明。
如图1所示，本发明的振动控制系统中主动下凹力学条件制定模块包括六个子模
块：(1)低量级试验条件输入子模块；(2)响应限幅点低量级测量数据导入子模块；(3)高量
级试验条件输入子模块；(4)响应限幅条件输入子模块；(5)高量级主动下凹条件制定子模
块；(6)下凹条件显示及存储子模块，其中，低量级试验条件输入子模块，为输入已完成的低
量级振动试验的输入试验条件，试验条件包括振动频率范围和加载量级；响应限幅点低量
级测量数据导入子模块，其输入各测点在低量级试验完成后的试验数据，数据要求为UFF格
式；高量级试验条件输入子模块，其输入高量级试验条件，试验条件包括振动频率范围和加
载量级；响应限幅条件输入子模块，其输入各响应限幅点的响应限幅条件，试验条件包括限
幅频率范围和限幅试验量级；高量级主动下凹条件制定子模块，其根据(1)至(4)模块的输
入信息按线性关系依次预测各响应测点在高量级试验条件下的响应，如果该点响应量级超
过响应限幅条件中的限幅量级，则试验条件进行下凹处理。振动控制系统对所有响应限幅
点的下凹条件取下包络，该包络即为制定的高量级主动下凹条件；下凹试验条件显示及存
储子模块，其对制定的高量级主动下凹条件进行幅频显示，并以UFF的格式进行存储，供振
动控制系统自动调用。
其中高量级主动下凹条件制定的详细过程如下：
设低量级振动试验条件为a(f)，试验测量数据为ai(f)(i为测点号，如果有n个测
点，则i＝1,2,…,n)。该测量不仅包括航天器产品上响应点的测量，也包括振动试验系统中
功放输出电流的测量。高量级试验条件为A(f)。根据公式(1)可以预估高量级的试验数据为
Ai(f)。
比较每个测点的预测试验数据与响应限幅条件，如果响应值超过响应限幅条件中
限幅试验量级，则需要对高量级试验条件进行调整。
设预测高量级的响应数据为Ai(f)，给定的响应限幅试验量级为则与该测
点限幅条件对应的调整修订后的高量级条件Ai′(f)可以由公式(2)预测。
由此可以获得一系列修订后的高量级条件Ai′(f)，综合各响应限幅点的下包络曲
线得到高量级主动下凹条件。
振动控制系统中主动下凹力学条件制定模块不仅考虑航天器上响应限幅测点，同
时将振动试验系统的整体能力考虑在内。高量级主动下凹条件的制定将结合所有响应限幅
测点及功放的电流信号来综合制定下凹条件。振动控制系统中主动下凹力学条件制定模块
对正弦和随机试验均适用。
本发明充分考虑了航天器主动下凹力学条件制定所需要考虑的环节，摆脱以往制
定条件过分依赖试验人员的经验，并需要进行大量计算的弊端；同时方便了振动控制系统
对制定的下凹条件进行自动调用，提高了试验效率。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，
我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作
用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。