[發明專利]一種應用于機械振動系統的兩自由度主動抑制裝置及方法

在審

• 申請號: 202110253222.4
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112855837A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 李鵬濤;代海;王戈戰;張彥峰;寧曉峰
• 申請（專利權）人: 西安艾科特聲學科技有限公司
• 主分類號: F16F15/02
• 分類號: F16F15/02;F16F15/03;F16F15/067
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 劉桐

1.一種應用于機械振動系統的兩自由度主動抑制裝置，其特征在于：包括振動主動控制數據采集運算部分、功率放大部分、振動主動控制執行機構；其中：

振動主動控制數據采集運算部分包括兩個三軸向的加速度傳感器、控制器、帶有控制軟件的計算機；

功率放大部分包括輔助電源、一個多通道功率放大器；

振動主動控制執行機構包括殼體，所述殼體內設置有永磁鐵動子組件，所述永磁鐵動子組件數量有三個，一個垂直設置、另外兩個位于兩側且水平設置，所述殼體通過高導磁外殼分為3個腔室，每個腔室設置一個永磁鐵動子組件；所述永磁鐵動子組件包括永磁鐵動子、光滑導桿，所述光滑導桿穿過永磁鐵動子并可相對滑動，光滑導桿上套有彈簧，彈簧一端與殼體內壁連接，另一端與連接鎖緊螺母；光滑導桿兩端部固定在殼體內壁，所述永磁鐵動子周圍設置有電磁線圈，在電磁線圈通電時，形成交變磁場，永磁鐵動子在交變磁場作用下上下運動，對外輸出加速度。

2.根據權利要求1所述的一種應用于機械振動系統的兩自由度主動抑制裝置，其特征在于：所述永磁鐵動子由永磁鐵、導磁壓塊、鎖緊螺母組成，永磁鐵是構成運動副的一部分，永磁鐵被兩端的導磁壓塊壓著，用鎖緊螺母先從兩端鎖住。用上下兩個螺母將中間整個運動副固定起來，而運動副與中間光滑導軌是有一定的間隙的。

3.根據權利要求1所述的一種應用于機械振動系統的兩自由度主動抑制裝置，其特征在于：所述加速度傳感器為IEPE型。

4.根據權利要求1所述的一種應用于機械振動系統的兩自由度主動抑制裝置，其特征在于：所述永磁鐵動子周圍設置有設置有電磁線圈支撐架，電磁線圈支撐架上設置電磁線圈。

5.一種應用于機械振動系統的兩自由度主動抑制方法，其特征在于，方法如下：

采用的控制軟件建立在FPGA上的基于自適應反饋控制算法的核心控制程序、振動主動測控軟件；核心軟件通過控制算法實現執行機構驅動信號的計算，振動主動測控軟件完成振動信號的檢測、試驗過程調試、通信協調控制等功能；

具體為，采用的濾波自適應反饋控制算法，P(z)為外擾激勵信號和振動響應之間的傳遞函數，d(n)為外擾激勵力下的期望信號，e(n)為振動主動控制系統工作情況下產生的振動響應，即誤差信號；x(n)為受控對象的外擾激勵力信號，也作為控制器的參考輸入向量；

X(n)＝[x(n)，x(n-1)，...，x(n-L+1)]^T

控制濾波器的權值向量為：W(n)＝[w₀，w₁，…，w_l，w_L-1]^T，其中n表示采樣時刻，L表示濾波器階數，則控制器的輸出為：

誤差通道采用H階FIR濾波器表示，其權向量為：

S(n)＝[s₀，s₁，...，s_H-1]^T

W(z)、S(z)分別表示濾波器權向量W(n)、誤差通道濾波器S(n)的Z變換，是在控制進程開始之前，用系統辨識的方法得到誤差通道S(z)的數字估計，其中

W(z)＝w₀+w₁z^-1+w₂z^-2+…+w_L-1z^-(L-1)

S(z)＝S₀+S₁z^-1+S₂z^-2+…+S_H-1z^-(H-1)

則誤差傳感器的輸出可以寫成

e(n)＝d(n)-S^TY(n)

求和變序得：

令

則誤差信號為：

定義如下向量：

X′(n)＝[x′(n)，x′(n-1)，...，x′(n-L+1)]^T

誤差信號進一步寫成：

e(n)＝d(n)-X′^T(n)W(n)

取性能函數：J＝E{e²(n)}

求導：J＝E{d²(n)-2d^T(n)X′^T(n)W+W^TX′(n)X′^T(n)W}

按標準的LMS算法的推導過程，亦可得到類似結果，即最佳權向量為：

W^*＝[E{X′(n)X′^T(n)}]^-1E{X′(n)d(n)}

權向量更新公式：

W(n+1)＝W(n)+2μX′(n)e(n)

則整個濾波器的x-LMS算法歸納如下：

e(n)＝d(n)-S^TY(n)

W(n+1)＝W(n)+2μX′(n)e(n)

X′(n)＝[x′(n)，x′(n)，...，x′(n-L+1)]^T