專利名稱：結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制方法、振動(dòng)控制器及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)局部節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制方法、振動(dòng)控制器以及在大型柔性結(jié)構(gòu)的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)抑制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
大型柔性結(jié)構(gòu)在工程中有廣泛的應(yīng)用，例如衛(wèi)星天線，懸索橋等。為了使大型柔性結(jié)構(gòu)在擾動(dòng)激勵(lì)下振動(dòng)得到抑制，并且保持其幾何形狀(特別是衛(wèi)星天線)，就需要采取一些控制方法。現(xiàn)有方法通常采取一個(gè)主要控制點(diǎn)來單純局部抑制整體結(jié)構(gòu)振動(dòng)，但對(duì)于復(fù)雜的整個(gè)結(jié)構(gòu)，往往一個(gè)控制點(diǎn)所到達(dá)的控制效果不能滿足設(shè)計(jì)需求。在工作過程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)主要經(jīng)歷隨機(jī)振動(dòng)，但值得指出的是，機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)是其固有特性和外部施加載荷的綜合反映。當(dāng)外部載荷的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相等或接近時(shí)，會(huì)引起結(jié)構(gòu)比較大的共振響應(yīng)。或當(dāng)外部載荷所含某一頻率的能量比較大時(shí)，只要它沒有作用在結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)的節(jié)點(diǎn)上，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的強(qiáng)迫振動(dòng)。如果能直接抑制住結(jié)構(gòu)某點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)能量較大的幾階頻率成分，就可以得到該點(diǎn)良好的減振效果?，F(xiàn)有的反饋諧波抑制算法(feedback harmonic cancellation, FHC) (Veres, S., Adaptiveharmonic control.1nternational Journal of Control, 2001.74(12):p.1219 -1225.)存在的問題是迭代系數(shù)U是一個(gè)定值，在迭代過程中結(jié)構(gòu)響應(yīng)收斂速度慢甚至發(fā)生振蕩現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)局部節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制方法，該方法通過提出一種變化迭代系數(shù)U的策略，改進(jìn)了反饋諧頻抑制算法，提高了結(jié)構(gòu)響應(yīng)收斂速度，避免了振蕩現(xiàn)象，進(jìn)一步降低每一個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)上的振動(dòng)響應(yīng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制器，通過對(duì)大型柔性結(jié)構(gòu)的分析，將多個(gè)傳感器和基于改進(jìn)的反饋諧頻抑制算法的節(jié)點(diǎn)控制器布置在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)上，提供一種全局-局部聯(lián)合的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)抑制系統(tǒng)，可使整個(gè)結(jié)構(gòu)的減振效果得到顯著提高。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:—種結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制方法，其特征在于，采用一個(gè)以DSP處理器為核心的振動(dòng)控制器，通過該控制器中的數(shù)據(jù)采集模塊接收某一個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過DSP傳送到一個(gè)顯示及控制單元,顯示及控制單元分析后輸出該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的傳遞特性估計(jì)
和三階主要頻率Wi, i = 1,2,3, DSP根據(jù)該:Pgw)和K，將該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域響應(yīng)信號(hào)Y(e>)，接著根據(jù)改進(jìn)的反饋諧頻抑制算法，算出Y (eJw)豆至少三階主要正弦成分的幅值和相位，在可編程邏輯器件PLD的協(xié)助下通過信號(hào)合成模塊合成頻域控制信號(hào)U(e>)，并輸出到該節(jié)點(diǎn)上控制其振動(dòng)，同時(shí)該U(e>)作為相位基準(zhǔn)被反饋回?cái)?shù)據(jù)采集模塊，用于計(jì)算Y(e>)的相位；所述改進(jìn)的反饋諧頻抑制算法的表達(dá)式為:
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制方法，其特征在于，采用一個(gè)以DSP處理器為核心的振動(dòng)控制器，通過該控制器中的數(shù)據(jù)采集模塊接收某一個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過DSP傳送到一個(gè)顯示及控制單元,顯示及控制單元分析后輸出該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的傳遞特性估計(jì)'P(Jw)和三階主要頻率Wii=I, 2, 3,DSP根據(jù)該和Wi,將該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域響應(yīng)信號(hào)I (eJw)，接著根據(jù)改進(jìn)的反饋諧頻抑制算法，算出Y (eJw)至少三階主要正弦成分的幅值和相位，在可編程邏輯器件PLD的協(xié)助下通過信號(hào)合成模塊合成頻域控制信號(hào)U (e>)，并輸出到該節(jié)點(diǎn)上控制其振動(dòng)，同時(shí)該U(e>)作為相位基準(zhǔn)被反饋回?cái)?shù)據(jù)采集模塊，用于計(jì)算Y(e>)的相位；所述改進(jìn)的反饋諧頻抑制算法的表達(dá)式為:
2.一種節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制器，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述的節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制方法設(shè)計(jì)，包括一個(gè)DSP處理器，該DSP通過16位數(shù)據(jù)總線和19位地址總線與一個(gè)可編程邏輯器件PLD相連，DSP通過一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊獲得某節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)，并上傳至外部的一個(gè)顯示及控制單元，DSP根據(jù)顯示及控制單元發(fā)來的該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的傳遞特性估計(jì) PlQwy和三階主要頻率Wi，將該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域響應(yīng)信號(hào)Y (e>)，通過改進(jìn)的反饋諧頻抑制算法，算出Y (eJW)至少三階主要正弦成分的幅值和相位，在PLD的協(xié)助下通過一個(gè)信號(hào)合成模塊來局部控制該節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊分兩路，每一路均由一個(gè)可編程放大器PGA和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD構(gòu)成，其中一路采集某一節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)域響應(yīng)數(shù)據(jù)，經(jīng)DSP轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域響應(yīng)信號(hào)Y(e>);另一路采集來自信號(hào)合成模塊反饋的頻域控制信號(hào)U(e>)，作為相位基準(zhǔn)，用于計(jì)算Y(e>)的相位；所述信號(hào)合成模塊由至少三路數(shù)字頻率合成器DDS和一個(gè)加法器構(gòu)成，三路以上DDS分別產(chǎn)生Y(ejw)中三個(gè)以上主要振動(dòng)成分相應(yīng)的正弦信號(hào)，加法器將這三路以上信號(hào)合成起來作為控制信號(hào)U(e>)輸出。
4.一種權(quán)利要求2所述的節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制器的應(yīng)用，其特征在于，n個(gè)節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制器通過通信總線連接一個(gè)顯示及控制單元，其中，n ^ 3，每個(gè)節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制器的控制輸出端通過一個(gè)功放和一個(gè)振動(dòng)臺(tái)連接振動(dòng)抑制對(duì)象的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)電荷放大器和一個(gè)傳感器連接該節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制器的數(shù)據(jù)采集端；所述顯示控制單元包括結(jié)構(gòu)振動(dòng)顯示模塊、主成份分析模塊和有限元分析模塊，來自各節(jié)點(diǎn)抑制單元的抑制對(duì)象各節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)通過通信總線輸入至結(jié)構(gòu)振動(dòng)顯示模塊、主成份分析模塊和有限元分析模塊，其中，有限元分析模塊分析后輸出各節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的傳遞特性估計(jì)主成份分析模塊分析后輸出各節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的三階主要頻率Wi，t=l，2，3，通過通信總線發(fā)送給各節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制器，結(jié)構(gòu)振動(dòng)顯示模塊將各節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并顯示，以振動(dòng)抑制對(duì)象整體響應(yīng)幅值為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，實(shí)時(shí)調(diào)整 各節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制器對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)振動(dòng)控制方法、振動(dòng)控制器及其應(yīng)用，采用一個(gè)以DSP處理器為核心的振動(dòng)控制器，通過該控制器中的數(shù)據(jù)采集模塊接收某一個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)顯示及控制單元分析后輸出該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的和wi，將該節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域響應(yīng)信號(hào)Y(ejw)，接著根據(jù)改進(jìn)的反饋諧頻抑制算法，算出Y(ejw)至少三階主要正弦成分的幅值和相位，在可編程邏輯器件PLD的協(xié)助下通過信號(hào)合成模塊合成頻域控制信號(hào)且U(ejw)，輸出到該節(jié)點(diǎn)上控制其振動(dòng)，使其響應(yīng)減小，從而起到在局部抑制的作用。
文檔編號(hào)E04B1/98GK103207630SQ20131007336
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者閆桂榮, 羅景琳, 董龍雷, 葛成偉, 劉振, 李 浩 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)