一、Simcenter Testlab Sine Testing介绍

           MIMO Swept & Stepped Sine Testing的结果可以用在模态分析（Modal Analysis），工作变形(ODS)和时间动画(Time Animation)的数据采集中。 结构的激励信号是在用户定义的频带上使用扫频或步进正弦信号进行激励。 使用一个谐波估计器(类似于环境测试中的正弦控制（Sine Control)）来进行频响和相干函数的迭代。
          MIMO Swept & Stepped Sine Testing相对于谱测试（Spectral Testing）或者MIMO FRF 等随机信号的测试的优势在于

• 高质量的频响功能(更好的信噪比，无泄漏采集) 
• 可以激发高阻尼结构(激发能量在每次采集时不分布于全频带) 
• 能够测试非线性结构(精确控制力输入水平) 

   本教程使用一个长方形桡性板测试，使用两个激振器输入，两个力传感器和六个加速度计作为响应  。
本教程使用Simcenter Testlab的项目文件(plate_swept_sin .lms) 
包含三个部分的测试设置和测量(No_Control, Amplitude-Phase_Control和 Spectral_random)。
 

二、基本的正弦测试(No Control)   

   无控制（No Control）测试是最快的一种测试手段，其中到激振器的驱动信号仅仅用到  
   用户自定义的参考曲线，源输出电压(幅度和相位)是频率的函数。 驱动信号按照参考曲线被准确地传送到激振器，而不是根据结构的响应(即无控制)  
      选择项目数据库中的Section- No_Control并进入到通道设置(Channel Setup)工作簿。 
   可以看到它由八个通道组成，包含两个参考(力传感器)和六个响应通道，分别在挠性板的不同位置
   注意参考通道的点和几何（Geometry）上的点（Node）的名字一一对应。这样频响函数就可以通过参考/响应规则来正确的命名。    当通道设置的几何定义，传感器灵敏度，输入模式，方向等设置好之后，就可以切换到MIMO Sine Setup中进行设置
   在MIMO Sine Setup工作簿中，完成下面7个步骤

1. MIMO Sine Mode设置为Swept
2. Control Strategy设置为：No Control
3. 设置扫频的最小频率和最大频率
4. 勾选需要测试的结构函数, 不要勾选系统函数（System functions） 系统函数用来确定激振器系统和输出电压值之间的灵敏度，计算激振器的驱动信号（在Amplitude Phase Control采集模式下才行）
5. 编辑激励源的参数表格

 

6. 设置扫频次数，点击相位（Phase）按钮

点击Actions按钮里面的（Ortho,+/-或者Random）来生成相位值，或者手动的输入值到表格区域，点击OK按钮来关掉这个编辑器

7. 在工作簿的Reference Profile区域选择Output1

     测试在MIMO Sine Acquisition 工作簿中完成。该显示图中可以设置监控一个单独的驱动和响应通道，或者两个驱动和多个响应谱。    在采集的过程中，用户可以中断和恢复测试（驱动信号开关）或者稳住/释放（Hold/Release）测试（驱动信号维持不动，频率维持固定），Next Range允许用户终止当前频率范围的测试直接进去下一个频率的测试中。这个只有在测试设置中包括多个频率范围且范围切换模式不是联动的才能实现。      最后一个扫频完成后，到Validate工作簿中来查看数据。 在Overview界面把函数类型（Function Type）设置为FRF，在Measurement Matrix表格中会显示所有频响函数的列表（6行为响应点，2列为参考/输入点）。选择其中一行，可以显示两个频响函数，并且在Geometry Display会突出显示出来。    如果选择某参考点下一整列，所有的响应点会突出显示。从几何上能清晰地看到是否所有点的数据都测试了。    测试和计算的数据存储在如下目录中：Section/Run 文件夹
   每组的扫频得到的力和响应曲线也保存下来了，在Sweep1,Sweep2等文件夹下。    显然，测试的文件夹的数量随着选择的函数的数量的增加而增加

三、幅值和相位控制的正弦测试（Amplitude-Phase-Control Testing）

        MIMO Sine Testing相对于Spectral Acquision随机激励的优势在于可以控制激励力的大小。这就可以用不同大小的力激励结构来评估其线性度。
 

1. 设置

• 在Channel Setup工作簿中将前两个通道的ChannelGroupID由Measure改为Control。可以通过两个跟激振器相连的力传感器来控制力的幅值和相位。

    回到MIMO Sine Setup工作簿中，注意工作簿左上角Channel Parameters的ChannelGroupID的也会随之变化。

• 将控制策略（Control Strategy）设置为“AmplitudePhase”

• 通过Global Scaling下面的Max. Amplitude 输入放大系数可以修改整个曲线的幅值水平。

   为了控制激振器的力信号，必须对驱动系统进行灵敏度测试。该灵敏度就是力信号和源输出电压的FRF函数（N/V）。 在系统识别（System Identification）工作簿中，这些灵敏度的函数可以用随机激励的方法获取。 在“Acquisition”子菜单栏，可以设置基本的参数，然后开始测试。在“Settings”子菜单栏可以设置更多选项。 例如可以自定义随机激励的载荷曲线。

1. 设置随机激励的平均次数
2. 输入两个源信号的最小和最大RMS电压（注意这些是随机信号的RMS值，而不是之前讨论的No Control控制策略下得正弦电压幅值）
3. 点击Arm和Start按钮开始测试
4. 在线显示的曲线数量可以进行切换来查看所有测试的通道。

   测试完后，检查Result区域每个通道的状态栏（Status）。在本例中，所有通道结果都正常。但是，如果源的Max. RMS电压设置太低的话（如0.025V），有些通道的Status就会显示为“Open Channel” ，这是因为这些传感器测试的信号大小没有超过背景噪声测试的5倍。  
  在这种情况下，可以在System Identification Settings工作簿中修改一些高级的参数（如之前讨论的最小信噪比5， 即S/N Ratio）    总而言之，当Result表格中所有的通道的状态都不是NOK时，用户才可以进入到System Verification 工作簿中。

3. 系统验证（System Verification）
   在System Verification工作簿中，需要用到之前测试系统的灵敏度FRF函数 （在系统识别工作簿的Source Data 区域）， 以及在MIMO Sine Setup中定义的力通道曲线，来计算源输出的电压大小。
   选择力或者加速度的某行来在前后图中查看系统频响System FRFs，
   点击CALCULATE 按钮来生成Result区域的数据
   检查Result区域，Global Status区域和Summary 工作簿的结果

   为了预测过载问题，到Drivers栏查看驱动电压随频率的变化曲线。如果发现过载，可以对最大驱动信号进行修正

   因为这里的Results 里面的Global Status是OK的，可以在MIMO Sine Acquisition工作簿中进行数据采集。

4. 幅值和相位控制的采集

   数据采集是在MIMO Sine Acquisition工作簿中进行的。注意两个力通道的控制谱（Control Spectra）关于其参考谱的变化。当测试的力信号和参考曲线不匹配时，开始采集时系统并不会进行修正，因为MIMO Sine Testing不是一个主动控制程序。力信号是在System Verification工作簿中整个提前计算好的。    在这个截图中，前两个扫频几乎完成，可以点击“Speed Up”按钮来加速扫频至2Hz/s， 所有响应通道的FRF和相干都会在扫频结束后计算出来。
在低频段，力谱曲线重合的并不好。为了改善这个结果，客户需要重复在System Identification和Verification中通过增加平均次数或者提高激励电压来获取更好的系统频响。
   采集（Acquisition）工作簿其他的按钮功能介绍以及Validate工作簿的操作在前面的Section2. Basic Sine Testing(No Control)中有涉及，不再赘述。

5. 结果响应线性度检查

          MIMO Sine Testing程序的特点之一是可以通过指定的激励力电压信号测试结果的线性和非线性。通过改变激励力的大小比较结构的频响函数并确定其是否是一个线性结构。
         通过MIMO Sine Setup的Reference Profile 窗里面的Global Scaling的值，使激励力在第二组测试中增加50% （SWS_2）, 同时在第二组中的Max. amptitude栏输入0.04N。    
     然后开始第二组测试。直接到System Verification界面（不需要再重复System Identification步骤）        注意两组不同测试的FRF重合得非常完美。也就意味着结构频响和驱动力的大小无关，结构是线性的。
这些通道显示了测得的激振器输入力曲线，这些曲线的驱动力的最大值幅值从0.02N(SWS_1)增加到0.04N（SWS_2）。

四、结果对比

   最后这个章节包括三个方面：

1. 随机激励信号比较
2. 增加扫频数目
3. 使用Last MIMO Sine Acquisition的System Identification

   其中最后两个章节是为了给用户在MIMO Sine Testing中改善数据质量提供一些建议。
 

1. 随机激励信号对比

       在“Spectral_Random”Section中的数据为MIMO FRF采集的，通常的方法是采集多输入/多输出的FRF数据。该测试使用了宽带的连续随机激励（0-512Hz，50%重叠率），50次平均。 Navigator中里面显示了随机激励信号和幅值相位控制的正弦扫频激励的驱动点的频响（Plate:06:+Z）对比，如上所示。
频响函数非常接近，说明MIMO Sine Testing方法可以计算宽带的频响，这对模态分析是很有用的。

2. 增加扫频次数

       增加扫频次数可以改善结构频响和相干函数。 这相当于增加了测试的平均次数，结果就会有更小的“噪音”，也就是更好的信噪比。          扫频的次数在MIMO Sine Setup工作簿中设置，记住，扫频次数需大于等于激振器的输入数。（因为正弦是确定性信号，一次扫描的相位差固定，所以要多吃扫描并且使用不同的相位差，这样才能组成方程组，才能求解频响，相当于几个力最少需要几个方程组）
       在Section“Amptitude-Phase-Control”中，第一个run（SWS_1）的数据由2个扫频获得，第二个run（SWS_2）的扫频数为4，下图显示了Plate:01:+Z的频响的改善。

3. 使用Last MIMO Sine Acquisition进行System Verification

              用于Amplitude and Phase Control Testing的驱动信号可以通过重复System Verification步骤进行改善（章节3.c），当在MIMO Sine 采集中勾选了System FRF 函数时，软件可以通过该FRF函数重新计算驱动信号。 该数据通常比随机激励获得的更加精确。           只用在System Verification的Source Data中选择“Last MIMO Sine Acquisition”，然后点击CALCULATE按钮来生成新的输出的驱动信号，然后可以在Results区域查看数据来确认信号的大小和通道的状态。    
   下面是两个系统频响函数（Plate:01:+Z/Output1）的对比，和激振器输入的力曲线（plate6:3:+Z）
   注意到第二组数据（SWS_2）中系统频响System FRF的改善。相似的改善也可以在结构频响中看到。    也可以看到当力信号从0.02N（SWS_1）增加到0.04N(SWS_2)时，激振器输入力谱有更小的噪音（曲线更光滑）