机械振动试验台在矿山爆破危险品运输模拟实验中的应用研究

周军小

（抚顺矿业集团技师学院，辽宁 抚顺 113008）

机械振动试验台是爆炸产品和电子元器件、仪器仪表等产品试验的重要设备。由于受到振动试验台机械部分和转角、环境的制约，试验台的试验轨迹都是固定的，试验范围受限，把滑模变结构控制应用于试验台，扩大实验台试验范围，并增加了试验的复杂度[1]。滑模变结构理论是在20世纪50年代由苏联的数学家提出的一种控制理论，其本质是一种非线性控制，表现为控制的不连续性。与传统控制方法相比，系统的机构不是固定的，而是随着系统当前的状态的变化而变化，通常表现为随各阶导数和偏差量的变化而变化。这样的变化不是随意的，而是事先经过设计的，强加在原控制系统上，在某一特定时刻或某一特定阶段，迫使系统轨迹按照预先设定的轨迹曲线运动，即按照滑动模态进行。滑动模态的设计与系统的状态有关，与系统的干扰和参数无关，所以表现为对干扰不敏感[2]。缺点是迫使系统轨迹从任意位置趋向滑模面的时候，要反复地穿越滑模面，并且下一次穿越比上一次穿越的幅度要小，趋向滑模面时，速度要快；穿越滑模面后，速度减小，再反向穿越……整个过程的速度和时间不好把握，如果时间较短，那么系统的抖振幅度过大，影响到系统的稳定性；如果时间较长，系统抖振持续时间过长，系统不可控。

1 机械振动试验台

机械振动试验台是一种利用电磁、液压、压电等原理获得振动的试验装置。原理是将一个电磁线圈置于磁场中，当激励信号发生器发出信号后，电磁线圈得电，与之相关联的振动台获得动能，试验台随之按照设定的轨迹动作。一般用于10HZ以上20HZ以下的频率范围试验，最大可以实现200N的压力，一般驱动力由伺服系统控制。

机械振动试验台主要用于国防、电工电子、机电、光电、电气设备等行业，用来模拟产品在组装、运输和执行过程中所能承受的各种压力，检测产品所能承受环境振动的压力。传统的试验台需要把试验产品使用机械夹具固定在台上，通过设定伺服系统的频率来实现速度的变换。本文引入电磁吸盘来代替机械夹具，优点是电磁吸盘具有操作简单、不损伤工件，尤其是一些航天用的元器件。

图1 机械振动试验台

图2 传统的曲线图

该试验台的缺点是产品试验的单一性，通过激励频率来改变振动的频率和速度，只能通过振动来进行试验，忽略了产品在运输、组装过程中方向的变化，即在不同的方向上进行振动试验，如将产品固定在与水平面斜45°进行振动试验等。因为产品在运输或组装调试中可能出现一些意料之外的情况。

2 滑模变结构控制

本文是在传统幂次趋近律的基础上，设计了一种新趋近律，验证过程如下：

趋近律的微分形式：

该趋近律是在分析幂次趋近律的基础上，通过组合的理念来设计的，描述系统轨迹在0＜α＜1条件下运行状态，描述系统轨迹在α＞1条件下运行状态。这样很好的弥补了幂次趋近律只能在0＜α＜1条件下使用的局限性。

说明新趋近律能在有限时间内到达滑模面。

3 新趋近律应用于振动试验台

选取振动试验台可以近似为一个单输入单输出系统，状态方程为：

图3 控制轨迹曲线

图4 控制输出曲线

4 结论

针对传统振动台机械夹具的缺点和试验的单一性，本文提出了使用电磁吸盘代替机械夹具固定试验产品和滑模变结构控制算法，通过对控制律输入状态变量（偏差和各阶导数）和矩阵参数的调整，使新控制律能很好的应用于振动台试验的控制中，使振动台从试验的单一性转向试验的多元性，仿真实验表明：新算法的控制效果优于传统的控制效果，且具有对干扰不灵敏的优点。