[发明专利]一种应用于机械振动系统的两自由度主动抑制装置及方法

权利要求书

1.一种应用于机械振动系统的两自由度主动抑制装置，其特征在于：包括振动主动控制数据采集运算部分、功率放大部分、振动主动控制执行机构；其中：

振动主动控制数据采集运算部分包括两个三轴向的加速度传感器、控制器、带有控制软件的计算机；

功率放大部分包括辅助电源、一个多通道功率放大器；

振动主动控制执行机构包括壳体，所述壳体内设置有永磁铁动子组件，所述永磁铁动子组件数量有三个，一个垂直设置、另外两个位于两侧且水平设置，所述壳体通过高导磁外壳分为3个腔室，每个腔室设置一个永磁铁动子组件；所述永磁铁动子组件包括永磁铁动子、光滑导杆，所述光滑导杆穿过永磁铁动子并可相对滑动，光滑导杆上套有弹簧，弹簧一端与壳体内壁连接，另一端与连接锁紧螺母；光滑导杆两端部固定在壳体内壁，所述永磁铁动子周围设置有电磁线圈，在电磁线圈通电时，形成交变磁场，永磁铁动子在交变磁场作用下上下运动，对外输出加速度。

2.根据权利要求1所述的一种应用于机械振动系统的两自由度主动抑制装置，其特征在于：所述永磁铁动子由永磁铁、导磁压块、锁紧螺母组成，永磁铁是构成运动副的一部分，永磁铁被两端的导磁压块压着，用锁紧螺母先从两端锁住。用上下两个螺母将中间整个运动副固定起来，而运动副与中间光滑导轨是有一定的间隙的。

3.根据权利要求1所述的一种应用于机械振动系统的两自由度主动抑制装置，其特征在于：所述加速度传感器为IEPE型。

4.根据权利要求1所述的一种应用于机械振动系统的两自由度主动抑制装置，其特征在于：所述永磁铁动子周围设置有设置有电磁线圈支撑架，电磁线圈支撑架上设置电磁线圈。

5.一种应用于机械振动系统的两自由度主动抑制方法，其特征在于，方法如下：

采用的控制软件建立在FPGA上的基于自适应反馈控制算法的核心控制程序、振动主动测控软件；核心软件通过控制算法实现执行机构驱动信号的计算，振动主动测控软件完成振动信号的检测、试验过程调试、通信协调控制等功能；

具体为，采用的滤波自适应反馈控制算法，P(z)为外扰激励信号和振动响应之间的传递函数，d(n)为外扰激励力下的期望信号，e(n)为振动主动控制系统工作情况下产生的振动响应，即误差信号；x(n)为受控对象的外扰激励力信号，也作为控制器的参考输入向量；

X(n)＝[x(n)，x(n-1)，...，x(n-L+1)]^T

控制滤波器的权值向量为：W(n)＝[w₀，w₁，…，w_l，w_L-1]^T，其中n表示采样时刻，L表示滤波器阶数，则控制器的输出为：

误差通道采用H阶FIR滤波器表示，其权向量为：

S(n)＝[s₀，s₁，...，s_H-1]^T

W(z)、S(z)分别表示滤波器权向量W(n)、误差通道滤波器S(n)的Z变换，是在控制进程开始之前，用系统辨识的方法得到误差通道S(z)的数字估计，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)

则误差传感器的输出可以写成

e(n)＝d(n)-S^TY(n)

求和变序得：

令

则误差信号为：

定义如下向量：

X′(n)＝[x′(n)，x′(n-1)，...，x′(n-L+1)]^T

误差信号进一步写成：

e(n)＝d(n)-X′^T(n)W(n)

取性能函数：J＝E{e²(n)}

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

按标准的LMS算法的推导过程，亦可得到类似结果，即最佳权向量为：

W^*＝[E{X′(n)X′^T(n)}]^-1E{X′(n)d(n)}

权向量更新公式：

W(n+1)＝W(n)+2μX′(n)e(n)

则整个滤波器的x-LMS算法归纳如下：

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