機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)臺在礦山爆破危險(xiǎn)品運(yùn)輸模擬實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究

周軍小

（撫順礦業(yè)集團(tuán)技師學(xué)院，遼寧 撫順 113008）

機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)臺是爆炸產(chǎn)品和電子元器件、儀器儀表等產(chǎn)品試驗(yàn)的重要設(shè)備。由于受到振動(dòng)試驗(yàn)臺機(jī)械部分和轉(zhuǎn)角、環(huán)境的制約，試驗(yàn)臺的試驗(yàn)軌跡都是固定的，試驗(yàn)范圍受限，把滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于試驗(yàn)臺，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)臺試驗(yàn)范圍，并增加了試驗(yàn)的復(fù)雜度[1]?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)理論是在20世紀(jì)50年代由蘇聯(lián)的數(shù)學(xué)家提出的一種控制理論，其本質(zhì)是一種非線性控制，表現(xiàn)為控制的不連續(xù)性。與傳統(tǒng)控制方法相比，系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)不是固定的，而是隨著系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)的變化而變化，通常表現(xiàn)為隨各階導(dǎo)數(shù)和偏差量的變化而變化。這樣的變化不是隨意的，而是事先經(jīng)過設(shè)計(jì)的，強(qiáng)加在原控制系統(tǒng)上，在某一特定時(shí)刻或某一特定階段，迫使系統(tǒng)軌跡按照預(yù)先設(shè)定的軌跡曲線運(yùn)動(dòng)，即按照滑動(dòng)模態(tài)進(jìn)行?；瑒?dòng)模態(tài)的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的狀態(tài)有關(guān)，與系統(tǒng)的干擾和參數(shù)無關(guān)，所以表現(xiàn)為對干擾不敏感[2]。缺點(diǎn)是迫使系統(tǒng)軌跡從任意位置趨向滑模面的時(shí)候，要反復(fù)地穿越滑模面，并且下一次穿越比上一次穿越的幅度要小，趨向滑模面時(shí)，速度要快；穿越滑模面后，速度減小，再反向穿越……整個(gè)過程的速度和時(shí)間不好把握，如果時(shí)間較短，那么系統(tǒng)的抖振幅度過大，影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性；如果時(shí)間較長，系統(tǒng)抖振持續(xù)時(shí)間過長，系統(tǒng)不可控。

1 機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)臺

機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)臺是一種利用電磁、液壓、壓電等原理獲得振動(dòng)的試驗(yàn)裝置。原理是將一個(gè)電磁線圈置于磁場中，當(dāng)激勵(lì)信號發(fā)生器發(fā)出信號后，電磁線圈得電，與之相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)臺獲得動(dòng)能，試驗(yàn)臺隨之按照設(shè)定的軌跡動(dòng)作。一般用于10HZ以上20HZ以下的頻率范圍試驗(yàn)，最大可以實(shí)現(xiàn)200N的壓力，一般驅(qū)動(dòng)力由伺服系統(tǒng)控制。

機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)臺主要用于國防、電工電子、機(jī)電、光電、電氣設(shè)備等行業(yè)，用來模擬產(chǎn)品在組裝、運(yùn)輸和執(zhí)行過程中所能承受的各種壓力，檢測產(chǎn)品所能承受環(huán)境振動(dòng)的壓力。傳統(tǒng)的試驗(yàn)臺需要把試驗(yàn)產(chǎn)品使用機(jī)械夾具固定在臺上，通過設(shè)定伺服系統(tǒng)的頻率來實(shí)現(xiàn)速度的變換。本文引入電磁吸盤來代替機(jī)械夾具，優(yōu)點(diǎn)是電磁吸盤具有操作簡單、不損傷工件，尤其是一些航天用的元器件。

圖1 機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)臺

圖2 傳統(tǒng)的曲線圖

該試驗(yàn)臺的缺點(diǎn)是產(chǎn)品試驗(yàn)的單一性，通過激勵(lì)頻率來改變振動(dòng)的頻率和速度，只能通過振動(dòng)來進(jìn)行試驗(yàn)，忽略了產(chǎn)品在運(yùn)輸、組裝過程中方向的變化，即在不同的方向上進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，如將產(chǎn)品固定在與水平面斜45°進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)等。因?yàn)楫a(chǎn)品在運(yùn)輸或組裝調(diào)試中可能出現(xiàn)一些意料之外的情況。

2 滑模變結(jié)構(gòu)控制

本文是在傳統(tǒng)冪次趨近律的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新趨近律，驗(yàn)證過程如下：

趨近律的微分形式：

該趨近律是在分析冪次趨近律的基礎(chǔ)上，通過組合的理念來設(shè)計(jì)的，描述系統(tǒng)軌跡在0＜α＜1條件下運(yùn)行狀態(tài)，描述系統(tǒng)軌跡在α＞1條件下運(yùn)行狀態(tài)。這樣很好的彌補(bǔ)了冪次趨近律只能在0＜α＜1條件下使用的局限性。

說明新趨近律能在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面。

3 新趨近律應(yīng)用于振動(dòng)試驗(yàn)臺

選取振動(dòng)試驗(yàn)臺可以近似為一個(gè)單輸入單輸出系統(tǒng)，狀態(tài)方程為：

圖3 控制軌跡曲線

圖4 控制輸出曲線

4 結(jié)論

針對傳統(tǒng)振動(dòng)臺機(jī)械夾具的缺點(diǎn)和試驗(yàn)的單一性，本文提出了使用電磁吸盤代替機(jī)械夾具固定試驗(yàn)產(chǎn)品和滑模變結(jié)構(gòu)控制算法，通過對控制律輸入狀態(tài)變量（偏差和各階導(dǎo)數(shù)）和矩陣參數(shù)的調(diào)整，使新控制律能很好的應(yīng)用于振動(dòng)臺試驗(yàn)的控制中，使振動(dòng)臺從試驗(yàn)的單一性轉(zhuǎn)向試驗(yàn)的多元性，仿真實(shí)驗(yàn)表明：新算法的控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)的控制效果，且具有對干擾不靈敏的優(yōu)點(diǎn)。