專利名稱：機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械振動及噪聲控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
振動廣泛存在于各種工作狀態(tài)下的機(jī)械系統(tǒng)中，比如汽車、火車、輪船等交通工具和飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等飛行器中。強(qiáng)烈的振動不僅會影響儀器儀表工作的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性，嚴(yán)重時還會因疲勞破壞而縮短結(jié)構(gòu)的壽命，或者因共振而損壞結(jié)構(gòu)。同時，由于振動而產(chǎn)生的噪聲不僅造成環(huán)境的污染，還會危及操作人員的身心健康。因此，必須要降低設(shè)備的振動，然而從目前的研究狀況來看，大多數(shù)是采用附加阻尼材料的方法進(jìn)行控制，但其存在以下不足:I)由于設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷、運(yùn)行條件等經(jīng)常發(fā)生變化，引起的振動劇烈程度也在發(fā)生變化，而普通的附加阻尼材料層一旦制作安裝好，其阻尼大小就不可改變，當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境發(fā)生較為劇烈的振動，特別是共振時，其本身不具備增加阻尼的能力。2)目前在消極隔振的辦法中，當(dāng)基礎(chǔ)發(fā)生低頻振動時，增加阻尼能大大降低結(jié)構(gòu)的振幅；而在基礎(chǔ) 高頻激勵下，增加阻尼反而會使其振幅有所增加。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生振動時，通過阻尼大小的智能化控制，能夠自發(fā)地改變結(jié)構(gòu)阻尼，使振動較快地衰減下來，并對不同的環(huán)境做出相應(yīng)的反應(yīng)，減少機(jī)械系統(tǒng)因振動引起的損壞，保持設(shè)備的精度和工作可靠性，延長設(shè)備的使用壽命，抑制結(jié)構(gòu)對環(huán)境產(chǎn)生的噪聲污染、保證操作人員的身心健康。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:—種機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，包括阻尼材料層、壓電作動器層、傳感器和阻尼控制系統(tǒng)，所述阻尼材料層的下部與振動結(jié)構(gòu)基體連接、上部與壓電作動器層連接，壓電式傳感器與振動結(jié)構(gòu)基體下表面或上表面連接，阻尼控制系統(tǒng)主要包括計算機(jī)、NIPCI4472板卡、DAQ板卡、電荷放大器、功率放大器等，其中壓電式傳感器通過電荷放大器與NIPCI4472板卡連接，N1-PCI4472板卡通過DAQ板卡、功率放大器與壓電作動器層連接。所述阻尼控制系統(tǒng)硬件采用NI控制系統(tǒng)，軟件則為阻尼控制算法模塊。所述NI控制系統(tǒng)采用N1-PCI4472板卡，高精度頻域測量的8通道動態(tài)信號采集卡，適用于振動傳感器的信號采集；N1-PCI4472板卡與Lab VIEW聲音及振動工具包模塊連接、結(jié)合使用，可進(jìn)行高精度的測量，能夠快速采集、分析并記錄振動數(shù)據(jù)，完全滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)振動狀態(tài)信息的采集要求。所述阻尼控制算法模塊采用F-XLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法模塊，所述F-XLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法模塊包括結(jié)構(gòu)特征模塊、濾波器參數(shù)模塊、比較器模塊、LMS模塊、第一控制通道特征模塊、第二控制通道特征模塊，其中結(jié)構(gòu)特征模塊與比較器模塊連接，濾波器模塊通過第一控制通道特征模塊與比較器模塊連接，比較器模塊與LMS模塊連接，第二控制通道特征模塊與LMS模塊連接，LMS模塊與濾波器模塊連接。本實(shí)用新型中F-XLMS算法分為兩種情況，一種是增大阻尼的F-XLMS算法，另一種是減少阻尼的反F-XLMS算法。前者是，當(dāng)壓電傳感器貼于彎曲振動結(jié)構(gòu)基體的下表面時，使阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器同相位，當(dāng)壓電傳感器貼于彎曲振動結(jié)構(gòu)基體的上表面時，使阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器反相位，同時讓控制電壓的幅值增加，壓電作動器層變形幅值也就增加，阻尼材料層獲得較大剪切變形，從而提高整個結(jié)構(gòu)的阻尼；后者與前者相反，控制電壓信號的幅值與相位，使壓電作動器層變形接近于基體結(jié)構(gòu)的變形，使得阻尼材料層獲得最小剪切變形，從而降低整個結(jié)構(gòu)的阻尼。所述F-XLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法模塊，對于由支撐基礎(chǔ)引起的強(qiáng)迫振動，當(dāng)激振頻率小于1.41倍的結(jié)構(gòu)固有頻率時，采用增大阻尼的F-XLMS算法，可以有效的控制結(jié)構(gòu)振動；當(dāng)激振頻率大于1.41倍的結(jié)構(gòu)固有頻率時，采用減少阻尼的F-XLMS算法。以滿足不同振動的要求:對于由支撐基礎(chǔ)引起的強(qiáng)迫振動，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生共振時，增加阻尼能大大降低結(jié)構(gòu)的振幅；而在高頻激勵下，增加阻尼反而會使其振幅有所增加。所述阻尼材料層采用氯化丁基橡膠、或氯丁橡膠、或丁腈橡膠。采用氯丁橡膠、丁腈橡膠、氯化丁基橡膠等高分子阻尼材料作為減振材料，能防止或減輕機(jī)械振動對設(shè)備的破壞。氯化丁基橡膠阻尼材料，因丁基橡膠分子鏈上帶有許多甲基，彈性滯后較大，所以具有優(yōu)越的阻尼性能，而且丁基橡膠氯化后，反應(yīng)性和粘合性能明顯提高。阻尼材料層貼在振動結(jié)構(gòu)基體表面，壓電作動器層則貼在阻尼材料層上方。所述壓電作動器層采用壓電聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)作為壓電材料。這種材料具有較高的壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)，因此具有較高的靈敏度和頻率響應(yīng)特性。該壓電作動器層貼于阻尼材料層之上，壓電作動器層的上下兩側(cè)通過導(dǎo)線分別連接到功率放大器上，阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號，經(jīng)功 率放大器后，對壓電作動器層施加電壓，壓電材料發(fā)生逆壓電效應(yīng)，帶動阻尼材料層一起伸長或縮短，使其發(fā)生剪切變形。當(dāng)壓電傳感器貼于彎曲振動結(jié)構(gòu)基體表面板的下表面時，阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器同相位；當(dāng)壓電傳感器貼于彎曲振動結(jié)構(gòu)基體面板的上表面時，阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器反相位，這樣使得高分子阻尼材料層獲得較大剪切變形，從而提高整個結(jié)構(gòu)的阻尼。反之，當(dāng)控制信號的幅值和相位使壓電作動器層變形接近于傳感器的變形且方向相同時，使得高分子阻尼材料層獲得最小剪切變形，從而降低整個結(jié)構(gòu)的阻尼。所以通過調(diào)整測量原件與控制信號的相位以及控制信號的幅值，可以實(shí)現(xiàn)阻尼大小的智能化控制。所述傳感器為壓電式傳感器，采用壓電式傳感器對機(jī)械裝置的振動狀態(tài)信息如加速度、振幅、頻率等反饋給阻尼控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)阻尼的智能控制，具有靈敏度高、體積小、重量輕、動態(tài)特性好、頻響快等特點(diǎn)。本實(shí)用新型的工作原理:對于壓電材料，當(dāng)沿著一定方向受到作用力時，不但產(chǎn)生機(jī)械變形，而且內(nèi)部極化，表面有電荷出現(xiàn)，當(dāng)去掉外力后，又可以恢復(fù)到原來不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。相反，若在這些材料的極化方向上施加電場，電場使極化強(qiáng)度增強(qiáng)，也就是使壓電材料內(nèi)正負(fù)束縛電荷之間的距離增大，它會因受電場力而產(chǎn)生機(jī)械變形，即在該方向上伸長或縮短，當(dāng)去掉外加電場后，變形會隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。由于壓電材料的逆壓電效應(yīng)，其應(yīng)變與通電電壓成正比。當(dāng)對壓電作動器層通電時，會在其兩端產(chǎn)生電場，通過控制通電電壓，改變電場強(qiáng)度，使壓電作動器層相應(yīng)的伸長或縮短，并帶動阻尼材料層一起伸長或縮短，因?yàn)樽枘岵牧蠈討?yīng)變改變，會導(dǎo)致其阻尼大小也隨之改變，即通過控制壓電作動器層的伸縮來控制阻尼材料層的剪切應(yīng)變大小，從而實(shí)現(xiàn)阻尼大小的可控性，達(dá)到控制阻尼大小的目的。本實(shí)用新型的有益效果:1.本實(shí)用新型將現(xiàn)代控制理論、計算機(jī)技術(shù)和壓電材料技術(shù)相結(jié)合，在機(jī)械結(jié)構(gòu)振動時，自發(fā)地改變結(jié)構(gòu)阻尼，使其振動較快地衰減下來，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械結(jié)構(gòu)振動的智能化主動控制，減少機(jī)械系統(tǒng)因振動引起的損壞，保持設(shè)備的精度，延長設(shè)備的使用壽命，并抑制結(jié)構(gòu)對環(huán)境產(chǎn)生的噪聲污染、保證操作人員的身心健康，而且實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高，經(jīng)濟(jì)性好;2.采用壓電式傳感器對機(jī)械裝置的振動狀態(tài)信息實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)阻尼的智能控制，具有靈敏度高、體積小、重量輕、動態(tài)特性好、頻響快的特點(diǎn)；3.采用N1-PCI4472板卡及Lab VIEW聲音及振動工具包模塊進(jìn)行高精度的測量，能夠快速采集、分析并記錄振動數(shù)據(jù)，完全滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)對振動狀態(tài)信息的采集要求；4.采用壓電聚合物聚偏氟乙烯作為壓電作動器層材料，具有較高的靈敏度和頻率響應(yīng)特性，通過調(diào)整測量元件與控制信號的相位以及控制信號的幅值，實(shí)現(xiàn)阻尼大小的智能化控制；5.采用氯化丁基橡膠等高分子阻尼材料作為減振材料，能防止或減輕機(jī)械振動對設(shè)備的破壞。
附圖說 明


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型的原理圖；圖3為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)圖；圖4當(dāng)結(jié)構(gòu)表面壓縮變形時，阻尼減小的原理圖；圖5當(dāng)結(jié)構(gòu)表面壓縮變形時，阻尼增大的原理圖；圖6當(dāng)結(jié)構(gòu)表面伸長變形時，阻尼減小的原理圖；圖7當(dāng)結(jié)構(gòu)表面伸長變形時，阻尼增大的原理圖；圖8為F-XLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法結(jié)構(gòu)圖。圖中:1.壓電作動器層，2.阻尼材料層，3.振動結(jié)構(gòu)基體，4.振動傳感器，5.安裝有LabVIEW的計算機(jī)，6.N1-PCI4472板卡。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。一種機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，結(jié)合
圖1至圖8，包括壓電作動器層1、阻尼材料層2、振動傳感器4和阻尼控制系統(tǒng)，所述阻尼材料層2的下部與振動結(jié)構(gòu)基體3連接、上部與壓電作動器層I連接，振動傳感器4與振動結(jié)構(gòu)基體3下表面或上表面連接，阻尼控制系統(tǒng)主要包括計算機(jī)、N1-PCI4472板卡6、DAQ板卡、電荷放大器、功率放大器等，其中振動傳感器4通過電荷放大器與N1-PCI4472板卡6連接，N1-PCI4472板卡6通過DAQ板卡、功率放大器與壓電作動器層I連接。計算機(jī)采用安裝有Lab VIEW的計算機(jī)。所述振動傳感器4為壓電式傳感器。所述阻尼控制系統(tǒng)硬件采用NI控制系統(tǒng)，軟件為阻尼控制算法模塊；所述阻尼控制算法模塊采用F-XLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法模塊。所述FXLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法模塊包括結(jié)構(gòu)特征模塊C、濾波器參數(shù)模塊W、比較器模塊、LMS模塊、第一控制通道特征模塊Hl、第二控制通道特征模塊H2，其中結(jié)構(gòu)特征模塊C與比較器模塊連接，濾波器參數(shù)模塊W通過第一控制通道特征模塊Hl與比較器模塊連接，比較器模塊與LMS模塊連接，第二控制通道特征模塊H2與LMS模塊連接，LMS模塊與濾波器參數(shù)模塊W連接，具體見圖8，其中結(jié)構(gòu)特征模塊C是振動結(jié)構(gòu)基體矩陣，濾波器參數(shù)模塊W為自適應(yīng)濾波器。F-XLMS自適應(yīng)濾波算法利用振動傳感器提取振動源的信號作為參考信號X，X分為兩路，前者經(jīng)結(jié)構(gòu)特征模塊C后得到信號d (n)，d (η)與第一控制通道特征模塊Hl的信號經(jīng)比較器處理后得到e (η);后者經(jīng)第二控制通道特征模塊Η2后與e (η)共同作為LMS算法的輸入信號，經(jīng)過濾波器參數(shù)模塊W后得到二次控制信號y (n)，y (η)再通過第一控制通道特征模塊Hl處理后，得到控制系統(tǒng)輸出信號。本實(shí)用新型中F-XLMS算法分為兩種情況，一種是增大阻尼的F-XLMS算法，另一種是減少阻尼的反F-XLMS算法。前者是，當(dāng)壓電傳感器貼于振動結(jié)構(gòu)基體的下表面時，使阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器同相位，當(dāng)壓電傳感器貼于振動結(jié)構(gòu)基體的上表面時，使阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器反相位，同時讓控制電壓的幅值增加，壓電作動器層變形幅值也就增加，阻尼材料層獲得較大剪切變形，從而提高整個結(jié)構(gòu)的阻尼；后者與前者相反，控制電壓信號的幅值與相位，使壓電作動器層變形接近于基體結(jié)構(gòu)的變形，使得阻尼材料層獲得最小剪切變形，從而降低整個結(jié)構(gòu)的阻尼。NI控制系統(tǒng)采用N1-PCI4472板卡，高精度頻域測量的8通道動態(tài)信號采集卡，適用于振動傳感器的信號采集。壓電式傳感器通過電荷放大器與N1-PCI4472板卡連接，N1-PCI4472板卡通過DAQ板卡、功率放大器與壓電作動器層連接。F-XLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法模塊，對于由支撐基礎(chǔ)引起的強(qiáng)迫振動，當(dāng)激振頻率小于1.41倍的結(jié)構(gòu)固有`頻率時，采用增大阻尼的F-XLMS算法，可以有效地控制結(jié)構(gòu)振動；當(dāng)激振頻率大于1.41倍的結(jié)構(gòu)固有頻率時，采用減少阻尼的F-XLMS算法。以滿足不同振動的要求:對于由支撐基礎(chǔ)引起的強(qiáng)迫振動，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生共振時，增加阻尼能大大降低結(jié)構(gòu)的振幅；而在高頻激勵下，增加阻尼反而會使其振幅有所增加。當(dāng)進(jìn)行阻尼增大控制時，控制器控制作動器使阻尼材料層發(fā)生較大應(yīng)變，而且應(yīng)變越大越好；當(dāng)進(jìn)行阻尼減小控制時，控制器控制作動器使阻尼材料層發(fā)生較小應(yīng)變，而且應(yīng)變越小越好。所述阻尼材料層采用氯化丁基橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠。采用氯丁橡膠、丁腈橡膠、氯化丁基橡膠等高分子阻尼材料作為減振材料，能防止或減輕機(jī)械振動對設(shè)備的破壞。氯化丁基橡膠阻尼材料，因丁基橡膠分子鏈上帶有許多甲基，彈性滯后較大，所以具有優(yōu)越的阻尼性能，而且丁基橡膠氯化后，反應(yīng)性和粘合性能明顯提高。阻尼材料層貼在振動結(jié)構(gòu)基體表面，壓電作動器層則貼在阻尼材料層上方。所述壓電作動器層采用壓電聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)作為壓電材料。這種材料具有較高的壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)，因此具有較高的靈敏度和頻率響應(yīng)特性。該壓電作動器層貼于阻尼材料層之上，壓電作動器層的上下兩側(cè)通過導(dǎo)線分別連接到功率放大器上，阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號，經(jīng)功率放大器，對壓電作動器層施加電場，壓電材料發(fā)生逆壓電效應(yīng)，帶動阻尼材料層一起伸長或縮短，使其發(fā)生剪切變形。當(dāng)壓電傳感器貼于彎曲振動結(jié)構(gòu)基體面板的下表面時，阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器同相位；當(dāng)壓電傳感器貼于彎曲振動結(jié)構(gòu)基體面板的上表面時，阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器反相位，這樣使得高分子阻尼材料層獲得較大剪切變形，從而提高整個結(jié)構(gòu)的阻尼。反之，當(dāng)控制信號的幅值使電壓層變形接近于傳感器的變形且方向相同時，使得高分子阻尼材料層獲得最小剪切變形，從而降低整個結(jié)構(gòu)的阻尼。所以通過調(diào)整測量原件與控制信號的相位以及控制信號的幅值，可以實(shí)現(xiàn)阻尼大小的智能化控制。本實(shí)用新型的工作原理:對于壓電材料，當(dāng)沿著一定方向受到作用力時，不但產(chǎn)生機(jī)械變形，而且內(nèi)部極化，表面有電荷出現(xiàn)，當(dāng)去掉外力后，又可以恢復(fù)到原來不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。相反，若在這些材料的極化方向上施加電場，電場使極化強(qiáng)度增強(qiáng)，也就是使壓電材料內(nèi)正負(fù)束縛電荷之間的距離增大，它會因受電場力而產(chǎn)生機(jī)械變形，即在該方向上伸長或縮短，當(dāng)去掉外加電場后，變形會隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。由于壓電材料的逆壓電效應(yīng)，其應(yīng)變與通電電壓成正比。當(dāng)對壓電作動器層通電時，會在其兩端產(chǎn)生電場，通過控制通電電壓，改變電場強(qiáng)度，使壓電作動器層相應(yīng)的伸長或縮短，并帶動阻尼材料層一起伸長或縮短，因?yàn)樽枘岵牧蠈討?yīng)變改變，會導(dǎo)致其阻尼大小也隨之改變，即通過控制壓電作動器層的伸縮來控制阻尼材料層的剪切應(yīng)變大小，從而實(shí)現(xiàn)阻尼大小的可控性，達(dá)到控制阻尼大小的目的。當(dāng)壓電式傳感器貼于彎曲振動結(jié)構(gòu)基體下表面時，阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器同相位，并且控制信號的幅值越大效果越好；當(dāng)壓電式傳感器貼于彎曲振動結(jié)構(gòu)基體上表面時，阻尼控制系統(tǒng)發(fā)出的電壓信號與傳感器反相位，同樣控制信號的幅值越大效果越好，這樣使得高分子阻尼材料層獲得較大剪切變形，從而提高整個結(jié)構(gòu)的阻尼。反之，當(dāng)控制信號的幅值使電壓層變形接近于傳感器的變形且方向一致時，使得高分子阻尼材料層獲得最小剪切變形，從而降低整個結(jié)構(gòu)的阻尼。所以，通過調(diào)整測量原件與控制信號的相位以及控制信號的幅值，可以實(shí)現(xiàn)阻尼大小的智能化控制。 本裝置壓電作動器層極化方向 為厚度方向，變形方向?yàn)殚L度方向，當(dāng)壓電作動器層上側(cè)接電源正極，下側(cè)接負(fù)極，即通正向電壓，壓電作動器層伸長；反之，當(dāng)壓電作動器層上側(cè)接電源負(fù)極，下側(cè)接正極，即通反向電壓，壓電作動器層收縮。當(dāng)振動基體發(fā)生收縮變形時，若壓電作動器層通反向電壓，阻尼材料層在壓電作動器層帶動下，與振動結(jié)構(gòu)基體同方向收縮，則阻尼材料層獲得較小剪切變形，此時為減小阻尼情況，見圖4;若壓電作動器層通正向電壓，阻尼材料層在壓電作動器層帶動下，與振動結(jié)構(gòu)基體反方向伸長，則阻尼材料層獲得較大剪切變形，此時為增大阻尼情況，見圖5。當(dāng)振動結(jié)構(gòu)基體發(fā)生伸長變形時，若壓電作動器層通正向電壓，阻尼材料層在壓電作動器層帶動下，與振動結(jié)構(gòu)基體同方向伸長，則阻尼材料層獲得較小剪切變形，此時為減小阻尼情況，見圖6 ;若壓電作動器層通反向電壓，阻尼材料層在壓電作動器層帶動下，與振動結(jié)構(gòu)基體反方向收縮，則阻尼材料層獲得較大剪切變形，此時為增大阻尼情況，見圖7。本實(shí)用新型利用上述原理，當(dāng)基體結(jié)構(gòu)振動時，阻尼控制系統(tǒng)利用F-XLMS自適應(yīng)濾波算法對作動器層進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)本裝置阻尼大小的可控性，機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見
圖1，機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)的原理如圖2所示，機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)如圖3所示，機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)的阻尼變化原理見圖4、5、6、7，采用F-XLMS自適應(yīng)濾波算法框圖見圖8。當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生改變或環(huán)境變化時，引起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)振動狀況發(fā)生變化，當(dāng)振動傳感器檢測到的振動狀態(tài)超出系統(tǒng)的振動設(shè)定值時，傳感器將振動狀態(tài)信息轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過電荷放大器，分為兩路，一路作為反饋信號，經(jīng)N1-PCI4472板卡送至DAQ板卡，另一路傳送到阻尼控制系統(tǒng)的計算機(jī)，該計算機(jī)將測量值與控制目標(biāo)值進(jìn)行比較，并根據(jù)控制算法做出相應(yīng)的處理信息，然后向功率放大器發(fā)出控制信號，通過功率放大器放大輸出電壓，從而使加載在壓電作動器層上的電壓大小改變，由于壓電材料的逆壓電效應(yīng)，壓電作動器層長度發(fā)生改變，并帶動阻尼材料層一起伸縮，達(dá)到控制阻尼大小的目的。振動傳感器將振動狀態(tài)信息反饋給阻尼控制系統(tǒng)的這一過程，實(shí)現(xiàn)了阻尼的閉環(huán)控制。這樣，便實(shí)現(xiàn)了整個機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小的智能化控制。本系統(tǒng)采用F-XLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法，就是系統(tǒng)根據(jù)輸出信號與期望值之差，求出相應(yīng)的控制修正量并對隨后的輸入信號進(jìn)行修正，使系統(tǒng)的輸出逐步趨于期望值。自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法可以不斷調(diào)節(jié)自身參數(shù)使系統(tǒng)的輸出自動跟蹤振動信號，使復(fù)雜多變的外界環(huán)境干擾能夠得到及時抑制，并且其運(yùn)算量小，實(shí)現(xiàn)過程主要是迭代運(yùn)算，這有利于編程實(shí)現(xiàn)其功能，減輕阻尼控制系統(tǒng)計算機(jī)的負(fù)擔(dān)。
上述雖然結(jié)合附圖對實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)包括阻尼材料層、壓電作動器層、振動傳感器和阻尼控制系統(tǒng)，所述阻尼材料層的下部與振動結(jié)構(gòu)基體連接、上部與壓電作動器層連接，振動傳感器與振動結(jié)構(gòu)基體下表面或上表面連接，阻尼控制系統(tǒng)主要包括計算機(jī)、N1-PCI4472板卡、DAQ板卡、電荷放大器、功率放大器，其中振動傳感器通過電荷放大器與N1-PCI4472板卡連接，N1-PCI4472板卡通過DAQ板卡、功率放大器與壓電作動器層連接。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，其特征是，所述阻尼材料層采用氯化丁基橡膠、或氯丁橡膠、或丁腈橡膠。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，其特征是，所述壓電作動器層采用壓電聚合物聚偏氟乙烯作為壓電材料。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，其特征是，所述振動傳感器為壓電式傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，其特征是，所述阻尼控制系統(tǒng)采用阻尼控制算法模塊，所述阻尼控制算法模塊采用F-XLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法模塊，所述F-XLMS自適應(yīng)濾波前饋主動控制算法模塊包括結(jié)構(gòu)特征模塊、濾波器參數(shù)模塊、比較器模塊、LMS模塊、第一控制通道特征模塊、第二控制通道特征模塊，其中結(jié)構(gòu)特征模塊與比較器模塊連接，濾波器模塊通過第一控制通道特征模塊與比較器模塊連接，比較器模塊與LMS模塊連接，第二控制通道特征模塊與LMS模塊連接，LMS模塊與濾波器模塊連接。
6.如權(quán)利要求5所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，其特征是，所述N1-PCI4472板卡與La b VIEW聲音及振動工具包模塊連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種機(jī)械結(jié)構(gòu)阻尼大小智能化控制系統(tǒng)，包括阻尼材料層、壓電作動器層、傳感器和阻尼控制系統(tǒng)等，所述阻尼材料層的下部與振動結(jié)構(gòu)基體連接、上部與壓電作動器層連接，壓電式傳感器與振動結(jié)構(gòu)基體下表面或上表面連接，阻尼控制系統(tǒng)硬件主要包括計算機(jī)、NI-PCI4472板卡、DAQ板卡、電荷放大器、功率放大器等，壓電式傳感器通過電荷放大器與NI-PCI4472板卡連接，NI-PCI4472板卡通過DAQ板卡、功率放大器與壓電作動器層連接，傳感器為壓電式傳感器，阻尼控制系統(tǒng)采用NI控制系統(tǒng)和阻尼控制算法模塊，能夠自發(fā)地改變結(jié)構(gòu)阻尼，使振動衰減，減少機(jī)械系統(tǒng)因振動引起的損壞，保持設(shè)備的精度，延長使用壽命，抑制結(jié)構(gòu)對環(huán)境產(chǎn)生的噪聲污染、保證操作人員的身心健康。
文檔編號F16F15/02GK203115003SQ20132008740
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者梁森, 王常松, 雒磊 申請人:青島理工大學(xué)