隨著測試儀器、計算機技術、軟件技術的飛速發展，動態試驗中，功能強大 的以計算機為主體的試驗分析系統逐步取代了依賴于專用信號分析儀的傳統的試 驗分析系統，且功能更強大、靈活。為以計算機為主體結構的模態特性試驗分析 系統硬件，如圖3.2所示，主要有以下三個分系統組成
理論與試驗相結合的方法把機械結構有限元理論模態分析的正過程和試驗模 態分析的逆過程有機地結合起來，并根據實際需要交替反復應用，從而實現了機 械結構的動力修改至動態優化設計的全過程，以求得系統最優的數學模型及其最 優的動態特性模態分析，稱為理論——試驗模態分析。該方法進一步擴大了前兩 種方法工程應用的范圍并顯著提高其工程應用的效果，己成為目前的發展方向。
本論文以1060型立式加工中心進行研究，該加工中心為立式床身式結構，進給軸為X、Y、Z三座標控制， ******快移速度達20m/min(Z軸：15m/min);主軸為伺服電機動力驅動，功率為 7.5/11Kw，最高轉速達8000rpm;采用臺灣進口上銀雙螺母預壓C3級滾珠絲杠和 重載精密滾動直線導軌，絲杠兩端采用預拉伸機構，大大消除了熱變形對機床精 度的影響，機床定位精度達±0.0〇5mm，重復定位精度達±0.003mm;采用進口臺 灣刀庫，容量16-24把可選，換刀準確可靠，最快換刀時間小于2.5秒；機床數 控操作系統可以客戶自選，機床能夠實現對各種盤類、板類、殼體、凸輪、模具 等復雜零件一次裝夾，完成鉆、銑、鏜、擴、鉸、攻絲等多種工序加工，適合于 多品種、中小批量產品的生產，對復雜、高精度零件的加工更能顯示其優越性； 機床如配置第四、五軸，可實現對復雜回轉類零件的高效、高精自動化加工。機 床適合航空航天、軍工國防、汽車摩托車、工程機械、制冷石化、機車車輛等行 業的中小型零件的高效、高精自動化加工。
模態分析理論是一門融振動理論、信號分析、數據處理、數理統計及自動控 制理論于一體的綜合，并結合自身內容的發展，形成的一套獨特的理論。模態分 析實質上是一種坐標變換[22][23]t24][25]。其目的在于把原物理坐標系統中描述的相應 向量轉換到“模態坐標系統”中來描述。在物理坐標系統中，彈性力和阻尼力往 往和兩座標的相對位移與相對速度有關，即對應的矩陣為非對角陣，對于有成千 上萬自由度的系統，解非對角陣（或耦合方程）既費時又會產生很大誤差。向量 并不一定正交，而模態坐標中的正交向量能更好地反映結構特性。模態試驗就是 通過對結構或部件的試驗數據的處理和分析尋求其“模態參數”的。主要應用有：
這是試驗模態的關鍵一步，所測量得到的數據的準確性和可靠性直接影響到 模態試驗的結果。在某一激振力的作用下被測系統一旦被激振起來，就可以通過 測試儀器測量得到激振力或響應的時域信號，通過數學手段將其轉化為頻域信號， 就可以得到系統頻響函數的平均估計，在某些情況下不要求計算頻響函數，只需 要時間歷程就可以了。
由于試驗條件的關系，本文采用頻域識別的方法對機床的模態參數進行識別， 下面簡單介紹在頻域中的一些模態參數識別方法。分量分析法就是將頻響函數分成實部和虛部分量進行分析，式(2-15)是基本 公式，它是一種圖解法，即從曲線上直接找出有關參數。
本章簡單介紹了模態試驗的相關理論和模態分析的基本步驟，包括模態分析 理論與試驗模態分析理論，揭示了傳遞函數與模態參數之間的關系。重點介紹了 從傳遞函數到得到模態參數的識別過程的理論基礎。
本章從試驗模態分析的整體觀點出發，先討論了激勵系統、力傳感器和運動 傳感器、測試與分析系統以及具體試驗設計的一些基本問題。不同的測試與分析 系統，它們在性能、靈活性、大小和價格等方面是有區別的，需要試驗設計者根 據不同的需要進行選取。在確定了模態分析與測試系統后，設計模態分析試驗時，試驗工程師應當利用盡可能多的信息。從這一觀點出發，傳遞函數的測試這一部 分主要討論了正確選擇響應點和激勵點的一些理論和方法;信號采集過程中的一 些參數設置，以及針對不同試驗結構的頻段選取。本章的試驗模態分析技術為后 面具體的機床模態試驗設計奠定了基礎。
實驗模態分析方法可以分為頻響函數法（簡稱測力法）和環境激勵法（簡稱 不測力法）兩種，所謂測力法就是在試驗過程中需要同時測量激勵力和響應的方 法。經典的測力法是利用頻域的頻響函數（FRF)或時域的脈沖響應函數（IRF) 對模態參數進行估計。頻響函數是響應和力的傅里葉變換之比，而脈沖響應函數 也要先測得頻響函數然后經傅里葉逆變換（IFFT)獲得。因此，測力法必須利用 帶測力計的激振器或力錘施加可測量的激勵力。測力法可以估計所有的模態參數， 包括固有頻率、模態振型、模態阻尼或阻尼比、模態質量和模態剛度，而且精度 較高。
模態試驗中，試驗夾具和支承系統的設計與驗證相當重要。當發現夾具和支 承系統的動態特性對所試驗結構有明顯影響時，應將試驗對象連同夾具一起作為 整體進行動態分析。隨著試驗對象結構愈來愈大，要設計一個具有理想界面或與 試驗對象藕合較小的夾具也愈來愈困難，費用也相當昂貴，有的需從試驗方法(如 慣性質量界面和殘余柔度)去解決這些矛盾。
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