1.一种振动台运行性能全状态监测评估方法,其特征在于,基于一种振动台运行性能全状态监测评估系统,包括:传感器系统,包括振动台本体传感器、功放单元传感器和冷却系统传感器;所述振动台本体传感器包括台面加速度传感器、动圈位移传感器和载荷支撑装置内部气压传感器,其中所述台面加速度传感器安装于振动台面上表面中心和振动台面上表面按不同直径圆周分布的安装螺孔上,用于测量振动台面上表面不同点的实时加速度;所述动圈位移传感器安装于台体和动圈之间,用于测量振动台动圈实时位移;所述载荷支撑装置内部气压传感器安装于载荷支撑装置空气弹簧进气管路上,用于测量载荷支撑装置内部气压;所述功放单元传感器安装于功放控制柜内,包括功放控制柜电流传感器、功放控制柜电压传感器、功放控制柜温度传感器、功率模块电流传感器、功率模块电压传感器、励磁模块电流传感器和励磁模块电压传感器;所述冷却系统传感器包括励磁线圈冷却水流量传感器、励磁线圈冷却水进口温度传感器、励磁线圈冷却水出口温度传感器、振动台动圈冷却水流量传感器、振动台动圈冷却水进口温度传感器和振动台动圈冷却水出口温度传感器;
数据采集单元,包括:调理转换模块,用于传感器信号类型和幅值大小的变换;信号采集处理模块,用于传感器信号的采集、标定和数据打包;传感器数据通讯模块,用于发送所述信号采集处理模块处理后的数据;
全状态检测数据库服务器,用于实时接收所述数据采集单元和振动控制仪发送过来的振动台运行状态数据并保持相关历史运行数据,通过CAN通讯协议分别与所述数据采集单元和振动控制仪进行信息交互;
运行性能评估系统,安装于所述全状态监测数据库服务器上,用于对监测得到的振动台运行状态数据进行分析处理,包括常规阈值超限报警模块、试验负载估算模块、冷却效能评估模块、功放性能评估模块、台面不均匀度评估模块、加速度波形失真度评估模块和振动台控制精度评估模块;
本地显示单元,用于对振动台运行状态数据、三维数字孪生模型、运行性能评估结果的现场可视化展示,所述本地显示单元与所述全状态监测数据库服务器间通过高清多媒体接口进行数据交互;
远程显示单元,用于对振动台运行状态数据、三维数字孪生模型、运行性能评估结果的远程可视化展示,所述远程显示单元与所述全状态监测数据库服务器间通过以太网或移动网络进行数据交互;
所述评估方法包括如下步骤:
步骤S1、运行常规阈值超限报警模块,振动台运行性能全状态监测评估系统根据传感器系统采集的振动台各个传感器的实时数据,分别与各个传感器设置的报警阈值上下限进行对比,给出振动台各个传感器监测状态是否异常的报警信息;
步骤S2、运行试验负载估算模块,对当前试验负载质量进行实时评估,具体步骤为:步骤S21、试验负载安装完毕时,振动台运行性能全状态监测评估系统利用动圈位移传感器采集得到振动台静止时动圈相对于振动台零位的偏移量 ,利用载荷支撑装置内部气压传感器采集得到载荷支撑装置内部气压 ;
步骤S22、试验负载估算模块实时计算出当前的试验负载质量 ,计算公式为,其中, 为载荷支撑装置内部气压有效承载作用面积, 为载荷支撑装置空气弹簧弹性刚度, 为重力加速度;
步骤S3、运行冷却效能评估模块,对振动台励磁线圈、动圈和功放单元的冷却效能进行评估,具体步骤为:步骤S31、振动台运行性能全状态监测评估系统获取振动台面上表面中心加速度传感器数据、励磁线圈冷却水流量传感器数据、励磁线圈冷却水进口温度传感器数据、励磁线圈冷却水出口温度传感器数据、振动台动圈冷却水流量传感器数据、振动台动圈冷却水进口温度传感器数据、振动台动圈冷却水出口温度传感器数据及功放控制柜温度传感器数据;
步骤S32、振动台各个状态运行稳定后,每隔时间 进行一次冷却效能评估,从当前时刻往回截取时间长度为 的一段数据进行分析,记截取的振动台面上表面中心加速度传感器数据序列为 ,励磁线圈冷却水流量传感器数据序列为 、励磁线圈冷却水进口温度传感器数据序列为 、励磁线圈冷却水出口温度传感器数据序列为 、振动台动圈冷却水流量传感器数据序列为 、振动台动圈冷却水进口温度传感器数据序列为 、振动台动圈冷却水出口温度传感器数据序列为 、第 个功放控制柜温度传感器数据序列为 ,其中, 下标中 的取值范围为 , 表示功放控制柜的总个数;
步骤S33、利用本次冷却效能评估截取的励磁线圈冷却水流量传感器数据序列 、励磁线圈冷却水进口温度传感器数据序列 、励磁线圈冷却水出口温度传感器数据序列,对励磁线圈冷却效能进行评估;
步骤S34、利用本次冷却效能评估截取的振动台面上表面中心加速度传感器数据序列、振动台动圈冷却水流量传感器数据序列 、振动台动圈冷却水进口温度传感器数据序列 、振动台动圈冷却水出口温度传感器数据序列 ,对动圈冷却效能进行评估;
步骤S35、利用本次冷却效能评估截取的功放控制柜温度传感器数据序列,对功放控制柜冷却效能进行评估;
步骤S4、运行功放性能评估模块,对振动台功放单元的运行性能进行评估,具体步骤为:步骤S41、振动台运行性能全状态监测评估系统获取所有功放控制柜电流传感器数据、功放控制柜电压传感器数据和功率模块电流传感器数据;
步骤S42、振动台各个状态运行稳定后,每隔时间 进行一次功放性能评估,从当前时刻往回截取时间长度为 的一段数据进行分析,记截取的第 个功放控制柜电流传感器数据序列为 、功放控制柜电压传感器数据序列为 ,记第 个功放控制柜中的第 个功率模块电流传感器数据序列为 ,其中, 下标中 的取值范围为 ,表示每个功放控制柜中功率模块的总个数;
步骤S43、利用截取的 个功放控制柜电流传感器数据序列和 个功放控制柜电压传感器数据序列,对功放控制柜的运行性能进行评估;
步骤S44、对每个功放控制柜中 个功率模块的电流一致性进行评估;
步骤S5、运行台面不均匀度评估模块,对运行过程中振动台台面不均匀度进行实时在线评估,具体步骤为:步骤S51、振动台运行性能全状态监测评估系统获取安装于振动台面上表面中心加速度传感器数据序列 和振动台面上表面按不同直径圆周分布安装的 个加速度传感器数据序列 ,其中 ;
步骤S52、对于获取的每个加速度传感器数据序列,每隔时间 进行一次台面不均匀度估算,从当前时刻往回截取时间长度为 的一段数据进行分析,记截取的振动台面上表面中心加速度传感器数据序列 的最大值为 、振动台面上表面按不同直径圆周分布安装的第 个加速度传感器数据序列 的最大值为 ;
步骤S53、估算振动台台面不均匀度 ,计算公式为:
其中: 表示求取最大值, 表示求取绝对值;根据计算得到的振动台台面不均匀度 ,进一步通过与预先设定的不均匀度阈值进行比较,给出台面不均匀度是否超限的评估结果;
步骤S6、运行加速度波形失真度评估模块,对运行过程中振动台加速度波形失真度进行实时在线评估,具体步骤为:步骤S61、判断当前振动台控制指令是否为正弦测试信号,若控制指令非正弦测试信号,则退出加速度波形失真度评估模块;若控制指令为正弦测试信号,运行性能全状态监测评估系统获取安装于振动台面上表面中心的加速度传感器数据序列 ;
步骤S62、对获取的加速度传感器数据序列 进行频谱变换,在频谱变换过程中采用平顶窗函数,获得加速度传感器数据序列 的基波幅值和谐波幅值,计算振动台加速度波形失真度 ,计算公式为:其中: 、 、 、 、 分别表示基波幅值、二次谐波幅值、三次谐波幅值、四次谐波幅值、五次谐波幅值;
步骤S63、将计算得到的加速度波形失真度 与预先设定的波形失真度阈值进行比较,给出波形失真度是否超限的评估结果;
步骤S7、运行振动台控制精度评估模块,对运行过程中振动台控制精度进行实时在线评估,具体步骤为:步骤S71、运行性能全状态监测评估系统获取安装于振动台面上表面中心的加速度传感器数据序列 和控制指令信号;
步骤S72、结合控制指令信号和采集的加速度传感器数据序列 ,计算最大跟踪误差、均方根值误差、相对均方误差、频谱复现跟踪误差指标,将计算得到的指标与预先设定的对应控制精度指标阈值进行比较,给出振动台控制精度是否超限的评估结果。
2.根据权利要求1所述的振动台运行性能全状态监测评估方法,其特征在于,在步骤S33中,所述对励磁线圈冷却效能进行评估的具体步骤为:步骤S331、计算励磁线圈冷却水进出口温差数据序列 ,判断励磁线圈
冷却水进出口温差数据序列 中是否有数值超出设定阈值上限 , 取值范围为55℃ 60℃,若有数值超出,则表明励磁线圈冷却效能不佳,退出励磁线圈冷却效能评~估步骤,若无数值超出,则进行下一步;
步骤S332、计算励磁线圈冷却水进出口温差数据序列 中超出设定阈值下限且小于设定阈值上限 的数据的个数并将该个数记为 , 取值范围为40℃ 50~℃,计算励磁线圈冷却水流量传感器数据序列 中所有元素的平均值 ;
步骤S333、记 为振动台运行性能全状态监测评估系统采样频率、 为振动台可提供的励磁线圈冷却水流量最大值,判断平均值 是否成立,若成立,则表明励磁线圈冷却效能符合要求,若不成立,则表明励磁线圈冷却效能不佳。
3.根据权利要求1所述的振动台运行性能全状态监测评估方法,其特征在于,在步骤S34中,所述对动圈冷却效能进行评估,具体步骤为:步骤S341、利用振动台面上表面中心加速度传感器数据序列 ,通过积分运算计算得到振动台动圈运动速度数据序列 ,进一步估算动圈驱动功率数据序列 ,估算公式为,其中: 表示 和 中对应元素分别相乘构成的数据序列;将估算的动圈驱动功率数据序列 中每个元素取绝对值并求出取完绝对值后的所有元素平均值,记该平均值为 ,对动圈冷却水流量传感器数据序列 中的所有元素求取平均值并记该平均值为 ,计算动圈冷却水进出口温差数据序列 ;
步骤S342、判断动圈冷却水进出口温差数据序列 中是否有数值超出设定阈值上限, 取值范围为60℃ 65℃,若有数值超出,则表明动圈冷却效能不佳,退出动~圈冷却效能评估步骤,若无数值超出,则进行下一步;
步骤S343、计算动圈冷却水进出口温差数据序列 中超出设定阈值下限 且小于设定阈值上限 的数据的个数并将该个数记为 , 取值范围45℃ 55℃,计~算动圈冷却水流量传感器数据序列 所有元素的平均值 ;
步骤S344、记 为振动台可提供的动圈冷却水流量最大值、 为振动台动圈的最大驱动功率,判断平均值 且 是否成立,若成立,则表明动圈冷却效能符合要求,若不成立,则表明动圈冷却效能不佳;记 为振动台运行性能全状态监测评估系统采样频率。
4.根据权利要求1所述的振动台运行性能全状态监测评估方法,其特征在于,在步骤S35中,所述利用本次冷却效能评估截取的功放控制柜温度传感器数据序列,对功放控制柜冷却效能进行评估,具体步骤为:步骤S351、根据 个功放控制柜的温度传感器数据序列,针对 所对应
的温度传感器数据序列,分别对 个功放控制柜的温度传感器数据序列在所有相同时刻获得的数据进行操作,通过去除该时刻下的最大值和最小值,然后对剩余数据进行平均运算,将平均计算后的数据按原先时刻顺序构成功放控制柜平均温度数据序列 ;
步骤S352、计算每个功放控制柜的温度传感器数据序列与功放控制柜平均温度数据序列 之间的温度偏差序列,以第 个功放控制柜温度偏差序列 为例,计算公式为;
步骤S353、对每个功放控制柜的冷却效能进行评估。
5.根据权利要求4所述的振动台运行性能全状态监测评估方法,其特征在于,在步骤S353中,所述对每个功放控制柜的冷却效能进行评估的具体步骤为:步骤S3531、判断温度偏差序列 中是否有数值超出设定阈值上限 , 取值范围为25℃ 35℃,若有数值超出,则表明该功放控制柜冷却效能与其它功放控制柜相比差距~大,若无数值超出,则进行下一步判断;
步骤S3532、计算温度偏差序列 中超出设定阈值下限 且小于设定阈值上限的数据的个数并将该个数记为 , 取值范围15℃ 20℃, 取值范围为~
;若计算得到的个数 超出设定阈值 ,则表明该功放控制柜冷却效能
与其它功放控制柜相比差距大,若计算得到的个数 未超出设定阈值 ,则进行下一步判断;记 为振动台运行性能全状态监测评估系统采样频率;
步骤S3533、计算温度偏差序列 所有元素之和 ,将该值与设定的误差上限进行对比, 取值范围为 ,若 ,则表明该功放控制柜冷却效能与其它功放控制柜相比差距大,若 ,则进行下一步判断;
步骤S3534、判断当前是否是第一次进行功放控制柜冷却效能评估,若是,则完成本次功放控制柜冷却效能评估,否则,计算本次 与上一次功放控制柜冷却效能评估中该值之间差值的绝对值 ,若计算得到的 大于设定阈值 ,则表明该功放控制柜冷却效能发生突变,若计算得到的 不大于设定阈值 ,则表明该功放控制柜冷却效能未发生突变, 取值范围为 ;记 为振动台运行性能全状态监测评估系统采样频率。
6.根据权利要求1所述的振动台运行性能全状态监测评估方法,其特征在于,在步骤S43中,对功放控制柜的运行性能进行评估,具体步骤为:步骤S431、根据 个功放控制柜的电压传感器数据序列,针对 所对应
的电压传感器数据序列,分别对 个功放控制柜的电压传感器数据序列在所有相同时刻获得的数据进行操作,通过去除该时刻下的最大值和最小值,然后对剩余数据进行平均运算,将平均计算后的数据按原先时刻顺序构成功放控制柜平均电压数据序列 ;针对所对应的功放控制柜电流传感器数据序列,分别对 个功放控制柜的电流传感器数据序列在所有相同时刻获得的数据进行操作,通过去除该时刻下的最大值和最小值,然后对剩余数据进行平均运算,将平均计算后的数据按原先时刻顺序构成功放控制柜平均电流数据序列 ;
步骤S432、计算每个功放控制柜的电压传感器数据序列与功放控制柜平均电压数据序列 之间的电压偏差序列,计算每个功放控制柜的电流传感器数据序列与功放控制柜平均电流数据序列 之间的电流偏差序列,以第 个功放控制柜电压偏差序列 和第个功放控制柜电流偏差序列 为例,计算公式为 、 ;
步骤S433、对每个功放控制柜的电压一致性进行评估;
步骤S434、对每个功放控制柜的电流一致性进行评估。
7.根据权利要求1所述的振动台运行性能全状态监测评估方法,其特征在于,在步骤S433中,对每个功放控制柜的电压一致性进行评估,具体步骤为:步骤S4331、定义判断电压偏差序列 中是否有数值超出设定阈值上限 ,取值范围为5V 8V,若有数值超出,则表明该功放控制柜电压一致性异常,若无数值超出,则~进行下一步判断;
步骤S4332、计算电压偏差序列 中超出设定阈值下限 且小于设定阈值上限的数据的个数, 取值范围3V 4V, 取值范围为 ,若计算得到~
的个数超出设定阈值 ,则表明该功放控制柜电压一致性异常,若无数值超出,则表明该功放控制柜电压一致性正常;记 为振动台运行性能全状态监测评估系统采样频率。
8.根据权利要求6所述的振动台运行性能全状态监测评估方法,其特征在于,在步骤S434中,所述对每个功放控制柜的电流一致性进行评估,具体步骤为:步骤S4341、定义阈值上限数据序列 , 取值范围为 ,将电流偏差
序列 与阈值上限数据序列 中的数据按相同时刻一一对应比较大小,若存在电流偏差序列 中数据数值大于 中对应时刻数据数值,则表明该功放控制柜电流一致性异常,若不存在电流偏差序列 中数据数值大于 中对应时刻数据数值,则进行下一步判断;
步骤S4342、定义阈值下限数据序列 , 取值范围为 ,将电流偏
差序列 分别与阈值上限数据序列 和阈值下限数据序列 中的元素按相同时刻一一对应比较大小,计算电流偏差序列 中超出设定阈值下限 且小于设定阈值上限 的数据的个数, 取值范围为 ,若计算得到的个数超出设定阈值,则表明该功放控制柜电流一致性异常,若计算得到的个数未超出设定阈值 ,则进行下一步判断;记 为振动台运行性能全状态监测评估系统采样频率;
步骤S4343、计算电流偏差序列 所有元素之和 ,将该值与设定的误差上限进行对比, 取值范围为 ,其中: 为功放控制柜平均电流数据序列中所有元素之和;若 ,则表明该功放控制柜电流一致性异常,若 ,
则进行下一步判断;
步骤S4344、判断当前是否是第一次进行该功放控制柜电流一致性评估,若是,则完成本次该功放控制柜电流一致性评估,否则,计算本次 与上一次该功放控制柜电流一致性评估中该值之间差值的绝对值 ,若计算得到的 大于设定阈值 ,则表明该功放控制柜电流性能发生突变,若计算得到的 不大于设定阈值 ,则表明该功放控制柜电流性能未发生突变, 取值范围为 。
9.根据权利要求1所述的振动台运行性能全状态监测评估方法,其特征在于,在步骤S44中,所述对每个功放控制柜中 个功率模块的电流一致性进行评估,具体步骤为:步骤S441、根据第 个功放控制柜中 个功率模块电流传感器数据序列,针对所对应的电流传感器数据序列,分别对 个功率模块电流传感器数据序列在所有相同时刻获得的数据进行操作,通过去除该时刻下的最大值和最小值,然后对剩余数据进行平均运算,将平均计算后的数据按原先时刻顺序构成第 个功放控制柜中功率模块平均电流数据序列 ;
步骤S442、计算第 个功放控制柜中每个功率模块电流传感器数据序列与功率模块平均电流数据序列 之间的电流偏差序列,以第 个功率模块电流压偏差序列 为例,计算公式为 ;
步骤S443、对第 个功放控制柜中 个功率模块电流一致性进行评估;具体步骤为:步骤S4431、定义阈值上限数据序列 , 取值范围为 ,将电流
偏差序列 与阈值上限数据序列 中的数据按相同时刻一一对应比较大小,若存在电流偏差序列 中数据数值大于 中对应时刻数据数值,则表明该功率模块电流一致性异常,若不存在电流偏差序列 中数据数值大于 中对应时刻数据数值,则进行下一步判断;
步骤S4432、定义阈值下限数据序列 , 取值范围为 ,将电
流偏差序列 分别与阈值上限数据序列 和阈值下限数据序列 中的元素按相同时刻一一对应比较大小,计算电流偏差序列 中超出设定阈值下限 且小于设定阈值上限 的数据的个数, 取值范围为 ,若计算得到的个数超出设定阈值 ,则表明该功率模块电流一致性异常,若计算得到的个数未超出设定阈值,则进行下一步判断;记 为振动台运行性能全状态监测评估系统采样频率;
步骤S4433、计算电流偏差序列 所有元素之和 ,将该值与设定的误差上限进行对比, 取值范围为 ,其中: 为第 个功放控制柜中功率模块平均电流数据序列 中所有元素之和;若 ,则表明该功率模块电流一致性异常,若 ,则进行下一步判断;
步骤S4434、判断当前是否是第一次进行该功率模块电流一致性评估,若是,则完成本次该功率模块电流一致性评估,否则,计算本次 与上一次该功率模块评估中该值之间差值的绝对值 ,若计算得到的 大于设定阈值 ,则表明该功率模块电流性能发生突变,若计算得到的 不大于设定阈值 ,则表明该功率模块电流性能未发生突变, 取值范围为 。