[发明专利]一种多节点网络振动抑制装置及振动抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于抑制大型柔性结构的多节点网络振动抑制装置及振动抑制方法。

背景技术

大型柔性结构在工程中有广泛的应用，例如卫星天线，悬索桥等。为了使大型柔性结构在扰动激励下振动得到抑制，并且保持其几何形状（特别是卫星天线），就需要采取一些控制方法。现有方法通常采取一个主要控制点来单纯局部抑制整体结构振动，但对于复杂的整个结构，往往一个控制点所到达的控制效果不能满足设计需求。

在工作过程中，机械结构主要经历随机振动，但值得指出的是，机械结构振动响应是其固有特性和外部施加载荷的综合反映。当外部载荷的频率与结构的固有频率相等或接近时，会引起结构比较大的共振响应。或当外部载荷所含某一频率的能量比较大时，只要它没有作用在结构振动模态的节点上，也会导致结构产生较大的强迫振动。如果能直接抑制住结构某点的振动响应能量较大的几阶频率成分，就可以得到该点良好的减振效果。

发明内容

本发明的目的是通过对大型柔性结构的分析，将多个传感器和控制器布置在结构的关键点上，提供一种全局-局部联合的多节点网络振动抑制装置及振动抑制方法，使整个结构的减振效果得到显著提高。

为达到以上目的，本发明是采用如下技术方案予以实现的：

一种多节点网络振动抑制装置，其特征在于，包括一个显示及控制单元，该显示及控制单元通过一个通信总线连接n个节点抑制单元，其中，n≥2，每个节点抑制单元的控制输出端通过一个功放和一个振动台连接振动抑制对象的一个节点，该节点通过一个电荷放大器和一个传感器连接该节点抑制单元的数据采集端；所述显示控制单元包括结构振动显示模块、主成份分析模块和有限元分析模块，来自各节点抑制单元的抑制对象各节点的振动响应数据通过通信总线输入至结构振动显示模块、主成份分析模块和有限元分析模块，其中，有限元分析模块分析后输出各节点结构的传递特性估计主成份分析模块分析后输出各节点结构的三阶主要频率w_i，i=1，2，3，通过通信总线发送给各节点抑制单元，结构振动显示模块将各节，点的振动响应数据进行分析并显示；所述节点抑制单元以DSP处理器为核心，通过数据采集模块获得振动抑制对象一个节点的振动响应数据，在可编程逻辑器件PLD的协助下通过信号合成模块来局部控制该节点的振动。

上述装置中，所述数据采集模块包括两路，每一路均由一个可编程放大器PGA和一个模数转换器AD构成，其中一路采集振动抑制对象一个节点的结构振动时域响应信号，经DSP转变为频域响应信号Y（e^jw)；另一路采集来自信号合成模块反馈的频域控制信号U（e^jw)，作为相位基准，用于计算Y(e^jw)的相位；所述信号合成模块由三路数字频率合成器DDS和一个加法器构成，三路DDS分别产生Y(e^jw)中三个主要振动成分相应的正弦信号，加法器将这三路信号合成起来作为控制信号U(e^jw)万输出。

所述的通信总线包括usb总线转CAN总线转换器和连接各节点抑制单元的CAN总线。

一种振动抑制方法，采用前述的多节点网络振动抑制装置实现，其特征在于，包括下述步骤：

（1）全局监视和控制

首先，显示及控制单元通过对来自各节点抑制单元对应节点的振动响应数据在有限元分析模块和主成份分析模块中进行分析，分别得到各节点结构的传递特性估计以及三阶主要频率w_ii=1，2，3，然后通过通信总线发送给各节点抑制单元；结构振动显示模块将各节点的振动响应数据进行分析并显示，以振动抑制对象整体响应幅值为评价准则，实时调整各节点抑制单元对应节点结构振动的控制；

（2）节点抑制单元对应各节点结构振动的控制

各节点抑制单元通过数据采集模块接收各自节点结构的振动响应数据，DSP根据显示及控制单元发来的和w_i,将该节点结构的振动响应数据转换为频域响应信号Y(e^jw)，接着根据现有反馈谐频抑制算法或者改进的反馈谐频抑制算法，算出Y（e^jw)至少三阶主要正弦成分的幅值和相位，合成频域控制信号U(e^jw)输出到对应的节点上，同时该U(e^jw)万作为相位基准被反馈回数据采集模块，用于计算Y(e^jw)的相位。

上述振动抑制方法中，使用主成份分析模块得到结构响应的三阶主要频率w_i的具体方法是：