本文针对某航天产品正弦振动试验的过载停机故障，从Simcenter Testlab软件的角度分析了原因，并通过设计三组实验，结合分析数据，验证软件加速度限控制功能和通道量程设置工作机制，为后续基于Simcenter Testlab振动试验中限幅通道加速度限控制的使用提供了技术参考。

由于篇幅限制，本文我们先介绍实际试验情况并对停机原因进行分析。

西门子SimcenterTestlab振动控制采集分析系统在航天振动试验领域应用十分广泛，但是在实际工程应用中常常由于对软件工作机制理解不到位，参数设置不合理造成试验异常中断，这不仅给产品的带来了巨大的安全隐患，而且也增加了试验时间和成本，严重影响研制进度。因此，本文针对某航天产品正弦振动试验的过载停机故障，从软件加速度限控制功能的角度分析了潜在原因，并且开展了实验验证。首先描述了振动试验过程和过载停机现象，排除了硬件原因，然后对可能的加速度限控制功能设置和通道量程过小等原因设计了三组实验进行分析验证，得出了此次试验过载停机①与加速度限控制（频域）设置无关，②而与通道量程（时域）设置有关，③通过忽略限幅通道过载设置可使试验正常进行的分析结论，最后针对Simcenter Testlab加速度限控制功能和通道量程设置提出了使用建议，为后续航天产品振动试验提供参考。

航天产品振动试验现状

“十三五”期间，以新一代运载火箭、载人航天、探月工程和高分辨率对地观测系统等为代表的重大专项已进入实施的关键时期, 空间基础设施、重型运载、深空探测等也进入深化论证阶段。不同航天产品在不同寿命周期阶段可能经历不同的振动环境和平台，例如航天器随火箭发射、飞行、再入过程中要经历严酷的振动环境，特别是发动机工作及自激励振动（POGO）效应、火箭发动机点火/关机和级间分离造成高强度的振动环境，轻则导致航天器及其组件结构变形或损坏，重则导致整个发射任务失败。针对航天产品的复杂性不断提高，新的力学问题不断涌现，研制周期与成本的控制力度不断加大的问题，合理设计并有效开展航天产品地面振动试验，不仅可评价结构的刚度和强度设计，考核其力学环境适应能力，验证规定环境条件下的工作性能和可靠性要求，还能获取敏感部位的振动响应数据，同时暴露工艺制造质量缺陷。

航天产品由于小批量、高价值的特点，对振动试验试验控制的安全性极为重视，并且要对关键、重要部位进行响应信号监测，特别是结构复杂、功能繁多的大型受试产品，需要关注的薄弱部位较多，对数据采集与信号处理的需求较高。因此，西门子Simcenter Testlab振动控制采集分析系统凭借着良好的安全稳定性和高速多通道数据采集与试验、分析、电子报告功能，在航天领域得以广泛应用。该系统将振动控制与信号的采集、分析和后处理模块集成在同一平台中，包括数据采集前端、测试分析软件，配套传感器及线缆等辅助装置，可以实现正弦、随机、冲击、跟踪与谐波驻留等常用振动控制功能，同时具备时频域信号记录与分析、信号特征试验分析等后处理能力，有效满足开展大型振动试验及分析的需求。

尽管Testlab采用了软件流程化设置，但是存在保护环节多、细节繁杂的特点。一方面，使用手册仅给出了一般性功能介绍，大量参数默认设置需要结合现场实际情况进行合理调整，而试验人员对软件复杂功能细节不明确，许多试验过程中出现的未知情况也难以提前演练。另一方面，西门子售后工程师缺乏一线实操经验，对振动台系统和试验需求不熟悉，难以准确回答软件特定功能的工作机制和推荐的参数设置范围。以加速度限控制功能为例，为防止振动试验过程中产品安装界面、接插件和敏感器件安装点等重点部位响应过大，通过设置特定测量通道的振动加速度响应限，保护被测试件。当某些频带上响应值超过预设的限制谱时，系统对输入谱进行自动修正，将这些通道的振动响应限制在限制谱以内。加速度限控制方法实质上是对输入谱进行下凹处理，以避免敏感部位出现过试验的情况。但是使用手册不可能包含具体的操作细节和注意事项，因此软件设置错误给振动试验的开展带来了巨大的安全隐患，不仅存在过试验、欠试验的风险，而且导致的试验异常中断增加了试验时间和费用，严重影响产品研制交付的进度。

试验说明

 某航天产品结构工艺件开展正弦振动试验，采用6点平均加速度输入控制方法，6个三轴向加速度传感器（A/B/C/D/E/F）作为控点安装在试件连接的夹具上，控制仪采集控点信号对振动台进行反馈控制，以保证夹具/试件界面处达到规定的振动量值。试件上按要求布有41个三轴向加速度传感器（1#~41#），作为测点采集特定部位的振动加速度响应特性。所有传感器敏感度约为50mV/g，标定量程为50g，各通道量程均设置为100g。试验条件如表 1所示，报警容差为±3dB，停机容差为±6dB。对部分测点进行加速度限（notch）控制设置，全频道限幅量级15g，限幅停机上限+6dB，即30g，当任一测点响应值超过限幅限15g时，系统修正输入谱使响应低于规定的限幅限，当响应超过30g时触发停机保护。

表1 冷却回路压力脉动试验的配置参数

 试验在扫频至54Hz时中断，软件显示7#测点过载（overload）导致试验中断，此时7#测量通道频域信号量级为17g，见图1，曲线已超过限幅限15g，触发了加速度限控制功能，尚未触碰30g停机线。如图2所示，7#时域信号量级为38g，未采集到超过量程100g的信号。

图 1  7#测点频域谱线、限幅参考限及停机上限

图 2  7#测点时域信号

停机原因分析

 对控制传感器及7#测点传感器进行检查，未发生传感器脱落、松动现象，排除了硬件连接问题。对控点和其他测点的时域、频域曲线进行了分析，均未发现异常。考虑到安全设置中控制通道和测点通道设置为过载忽略（Ignore），而限幅通道设置为过载停机（Abort），如图3所示。因此，过载停机原因可能为以下2个方面：

（1）7#测点信号在时域或频域上触碰notch限幅停机线30g停机。

（2）7#测点信号超100g造成通道量程过载停机，并且由于通道量程过低，未能在时域频域采集到超量程信号。

图 3  控制、限幅、测量通道过载策略设置

表 2  过载停机实验分析验证方法