文档介绍：2009 年 LMS 中国用户大会论文集

基于 LMS 系统的云台台体结构试验模态分析
王卿黄金威王继承
(航天第九研究院第十六研究所,西安 710100)
摘要:为了更好的设计和改善结构的动态特性,从而提高产品及工程的质量,本文以结构模
态试验及分析的理论知识为基础,基于 LMS 系统并应用激振器及锤击两种方法对某
型号云台台体结构进行了试验模态分析,得到了结构在 0~2000Hz 内的各阶固有频率和振型,
为今后云台台体结构的优化设计和动力学分析奠定了基础。
关键词:LMS 台体模态试验分析
1 概述
云台是安装于某型号无人机上用于搭载摄像系统的平台系统,其在实际工作时,要求具
有较强的刚度、稳定的支撑力,使摄像系统可以安全可靠的工作。但是,其工作的实际环境
中不仅存在高能量、宽频带随机激励振动,而且存在加速度过载、航向姿态不断变化等条件。
在这种复杂的工作环境中,就云台结构系统而言,振动是对其性能影响最大、涉及面最广的
主要有害因素。而云台台体不仅是整个结构系统的主要组成部分,也是云台系统工作的基准
和承载基础。传统的结构分析方法已不能满足新型号结构动态设计的要求。因此,应用 LMS
系统对云台台体结构进行模态试验,对其本身的固有动态特性进行分析,并提出相应
的结构优化措施是本文研究的重点。
2 云台台体结构外型及测试仪器
云台台体结构如图 1 所示,主要由上下两个安装平台和中间的连接肋组成(如图 2 中所
示),是陀螺仪等精密惯性器件的安装和定位基础,受到质量和空间的限制,结构设计相对比
较单薄,为了获得最优的动态性能,对其进行了结构模态试验,测试仪器如表 1 所示:
表 1 测试仪器及设备
序号设备名称型号数量生产厂家备注
1 LMS Scadas III 305 1 LMS PQAII*2,共 16 通道
2 激振器 1 PCB
3 力锤 1 PCB
4 模态传感器 3 PCB 3 向
5 分析系统 1 LMS
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2009 年 LMS 中国用户大会论文集

图 1 云台台体结构三维示意图
3 试验模态分析原理概述
试验模态分析又称模态分析的试验过程,是理论模态分析的逆过程。首先,试验测得激
励和响应的时间历程,运用数字信号处理技术求得频响函数(传递函数)或脉冲响应函数,
得到系统的非参数模型;其次,运用参数识别方法,求得系统的模态参数(模态质量、模态
阻尼等参数);最后,如果有必要,进一步确定系统的物理参数(系统的质量、刚度、阻尼等)。
因此,试验模态分析是综合运用线性振动理论、动态测试技术、数字信号处理和参数识别等
手段进行结构系统识别的过程。
上述过程中,模态参数识别是试验模态分析的核心,模态参数识别就是采用实测频域数
据通过某种误差准则极小的优化算法,确定结构系统的模态参数。目前,常用的算法为最小
二乘法,优化的准则为使实测的频率响应函数值与数学模型对应值的总方差极小。由于有限
元模态分析的模型对结构或多或少做了简化,这些简化是否合理、简化的结构是否能反映真