说到“MIMO振动控制器”，可能没接触过它的人会觉得它和我们常说的振动控制器不是一个产品么？其实不然。MIMO其实是Multiple Input Multiple Output（多输入多输出）的英文缩写。顾名思义，MIMO控制器是一款可以同时输出多个激励信号且接收多个响应信号的控制器，它可以配合多轴振动台进行三轴六自由度试验，也可以配合多个单轴振动台进行双台同步或多台异步试验。而我们常说的振动控制器一般是配合单轴振动台进行单轴振动试验。
今天我们就对MIMO振动控制器进行详细的介绍，以此为契机，让大家对MIMO控制器有一个比较深入的了解，并在日常工作中能更加熟练地使用它。
PART 1 MIMO控制原理
MIMO控制系统中，每个激励点信号都会影响到所有或多个响应点的信号状态，即响应点的信号变化情况是各个激励点信号耦合叠加的结果，那么为了精确控制响应点的信号变化过程，就必须首先解得输入输出的耦合模型，然后根据其逆模型组成前馈控制系统，可以解算得到各个激励点的信号，闭环控制时，根据反馈误差对各个激励信号进行调整，以实现在一定精度范围内的控制效果。同时，在线不断修正耦合模型，以跟随系统的时变特性和某些非线性特征。
下面以双振动台同步控制系统为例，对多轴控制原理进行说明。
振动台d1激振，使c1产生振动，同时也使c2产生振动；同样，振动台d2激振，也会同时使c1和c2产生振动。这即是多轴试验中常见的振动耦合现象。
两振动台的互耦可用数学模型表达为：
简单形式如下：
其中：
[c]—系统控制点的响应；
[d]—振动台驱动信号；
[G]—传递函数矩阵，表示振动台输入d与控制响应点响应c之间的复杂系统特性，包括：功放、振动台、夹具、试验件和系统的其它设备。
要实现稳定的控制，必须进行解耦运算，即需要补偿系统使得一个独立的输入将产生一个独立的输出，因系统响应结果应与给出的参考谱[r]一致，需引进补偿矩阵[Z]，以消除互耦影响，则振动台的驱动信号为：
若补偿矩阵定义为：
以上即是双台甚至多台振动台同步/相位控制的基本原理，实际系统中，考虑到系统会受到噪声、时变等非线性因素的影响，振动控制器需要实时在线修正各种因素引入的误差，以实现多个控制点幅值/相位与参考谱一致。
PART 2 MIMO振动试验的优势
相较于传统的单轴振动试验，MIMO振动试验有很多单轴振动试验不具备的优势。
◆ 防止欠试验
一维振动试验三个轴向依次激励的方式无法实现载荷在多个维度上的耦合效应，容易造成欠试验。MIMO试验可以很好的避免这个情况。
◆ 防止过试验（时间）
MIMO试验可以防止试件在时间上的过试验，尤其是疲劳损耗型产品。MIMO振动试验可以一次实现多个维度上的激振，振动时间只有一维振动的1/3。
◆ 提高故障激发效率
相对于一维振动试验，MIMO振动试验由于可以同步地激发带宽范围内所有方向上的所有振动模态，可以更容易激发产品的故障。特别对于大型结构采用多振动台进行激励，可充分激发结构的模态，响应信号具有良好的信噪比，能解决大型结构模态试验激励的难题。
◆ 缩短试验时间
MIMO振动试验系统使得一次试验准备可以对试件进行垂直和水平两方向的试验，不需要拆卸、重新移动试件以及重新调试仪器设备即可一次性完成三个方向的激振，减少了试验的时间和中间过程的试验风险。
◆ 简化试验工装的设计和加工难度
与一维振动试验系统相比，MIMO振动试验能分段、分区域的控制振动载荷的施加，同时保证更小的横向运动，应用于大型试件的振动试验，可以大幅简化试验工装。
◆ 特殊结构的振动试验
大型柔性结构，或结构存在薄弱环节，无法通过结构传递进行振动的试验件，采用单台试验容易造成结构损坏。细长体等结构，在不同位置上的试验条件不同，单台无法实现。
PART 3 VESSTA系列MIMO控制器的硬件介绍
VESSTA系列MIMO控制器是一款性能优异的MIMO试验控制器。通过不同数量数据采集板卡和输出板卡的组合，可轻松实现对通道规模灵活搭配的需求，最高可实现16个输出，128个输入。
VESSTA 4EX MIMO控制器可实现4输出16输入，含有4块板卡（包含1块嵌入式电脑板卡，1块输出板卡，2块输入板卡）。
VESSTA 4EX MIMO控制器的前面板
此处着重对三种类型的板卡进行说明。
◆ 嵌入式电脑板卡：板卡编号1，位于机箱最左端卡槽，为控制、测量、分析提供实时可靠的系统。
◆ 输出板卡：板卡编号2，每块板卡有4个输出通道和1个Abort接口。输出通道连接功率放大器的输入端口。Abort接口可外接中断信号，方便操作人员设置在一定条件下自动中断试验。
◆ 输入板卡：板卡编号3/4，每块输入板卡有8个输入通道，可直接接入传感器信号，支持ICP、电荷、电压等输入模式。当ICP传感器正常连接时，对应输入通道外围的指示灯显示为蓝色。
PART 4 MIMO振动控制系统的组成
MIMO控制器和振动台，功率放大器，传感器组成MIMO振动控制系统。
MIMO振动控制系统组成示意图
安装要点：
1、MIMO控制器的输出端口和功放的输入端口相连接；
2、功率放大器和振动台通过专用线缆相连接；
3、传感器的输出端和MIMO控制器的输入端口相连接；
操作要点：
开始试验前：开启MIMO控制器电源，开启功放电源，开启功放增益；（功放增益最后开启）
结束试验后：关闭功放增益，关闭功放电源，关闭控制器电源。（功放增益最先关闭）
PART 5 VESSTA 4EX MIMO控制器的软件功能
VESSTA系列MIMO控制器拥有丰富的控制功能，可以满足用户多样的实验需求。常见的测试模块包括：
√ 随机控制
√ 正弦控制、步进正弦、共振搜索与驻留
√ 经典冲击控制,瞬态冲击（地震波模拟）,冲击响应谱
√ 长时波形复现（道路谱模拟）
√ ...
在此基础上，根据用户的反馈和需求，我们不断升级软件功能，提供包括限值/下凹控制、多变量控制、长方阵控制、实时数据记录&离线分析等功能，为用户的试验需求提供合理有效的解决方案。
PART 6 MIMO振动测试案例
案例1：三轴向正弦测试
在一个三轴向的振动台上进行正弦扫频试验，试验现场如图1所示。扫频频率范围为5-1000Hz，恒加速度1g，谱图如图2所示。X、Y、Z轴之间相位目标为0度，谱图如图3所示。扫频2次。X、Y、Z轴向传感器灵敏度分别为：9.986 mv/g，10.05 mv/g，10.2 mv/g。
图1
图2
图3
测试步骤如下：
1.打开多轴振动控制器软件，在起始页点击“正弦”，如图4所示。
图4
2.“振动台参数”对话框中，输出1、2、3分别代表三轴振动台的三个激励方向，可选择振动台型号或自定义振动台参数，如图5所示。
图5
3.“试验编辑—激励组”界面中，添加3个激励组，如图6所示。
图6
4.切换到“输入通道”界面，设置3个激励组对应的控制通道以及传感器的输入模式和灵敏度，如图7所示。
图7
5.切换到“输出通道”界面，设置激励组1、2、3对应的输出通道，如图8所示。
图8
6.切换到“参考谱”界面，双击“参考谱1”，打开“参考谱”界面，设置扫频谱，如图9和图10所示。点击图9中“复制到所有”，参考谱2和参考谱3的扫频谱会自动和参考谱1一致。
图9
图10
7.双击“参考谱2”，打开“参考谱”界面，点击“相位”，设置相位谱图，如图11所示。点击图9中“复制到所有”，参考谱3的相位谱图自动和参考谱2一致。
图11
8.切换到“计划表”，设置扫频的上下限频率以及扫频次数，如图12所示。
图12
9.检查硬件连接无误后，开启功放及增益，开始试验。扫频过程的控制曲线如图13所示。
图13
案例2：双台同步随机40dB试验
在两个振动台上放置一个横臂梁，进行双台同步试验，试验现场如图14所示。40dB谱图形状如图15所示，有效值为8g。相位谱图如图16所示。相干系数在0.3-0.7，谱图如图17所示。试验时间5分钟。
两只传感器灵敏度分别为：31.4pC/g，30.56pC/g。
图14
图15
*注：a,b段频率差值要求不大于40Hz
图16
图17
测试步骤如下：
1.打开多轴振动控制器软件，在起始页点击“随机”，如图18所示。
图18
2.随机试验模块中，“系统配置—振动台参数”对话框中，输出1，2分别代表两个振动台的输出，选择振动台型号或自定义振动台参数，如图19所示。
图19
3.“试验编辑—激励组”界面中，添加2个激励组，如图20所示。
图20
4.切换到“输入通道”界面，设置2个激励组对应的控制通道以及传感器的输入模式和灵敏度，如图21所示。
图21
5.切换到“输出通道”界面，设置激励组1，2对应的输出通道，如图22所示。
图22
6.切换到“参考谱”界面，双击“G1,1”，如图23所示。在“G1,1”界面按图15设置40dB参考谱，并点击“调整”按钮，调至8g有效值，如图24所示。点击图23中“复制到所有”，G2,2会自动和G1,1一致。
图23
图24
7.双击图23中“G1,2”，在“G1,2”界面设置相干系数和相位，如图25和图26所示。
图25
图26
8.切换到“计划表”，设置量级试验的时间，如图27所示。
图27
9.检查硬件连接无误后，开启功放及增益，开始试验。随机试验过程的控制曲线如图28所示。
图28
