专利名称：结构的节点振动控制方法、振动控制器及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种结构局部节点振动控制方法、振动控制器以及在大型柔性结构的多节点网络振动抑制系统中的应用。
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。现有的反馈谐波抑制算法(feedback harmonic cancellation, FHC) (Veres, S., Adaptiveharmonic control.1nternational Journal of Control, 2001.74(12):p.1219 -1225.)存在的问题是迭代系数U是一个定值，在迭代过程中结构响应收敛速度慢甚至发生振荡现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构局部节点振动控制方法，该方法通过提出一种变化迭代系数U的策略，改进了反馈谐频抑制算法，提高了结构响应收敛速度，避免了振荡现象，进一步降低每一个节点结构上的振动响应。本发明的另一目的是提供一种节点振动控制器，通过对大型柔性结构的分析，将多个传感器和基于改进的反馈谐频抑制算法的节点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系统，可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:—种结构的节点振动控制方法，其特征在于，采用一个以DSP处理器为核心的振动控制器，通过该控制器中的数据采集模块接收某一个节点结构的振动响应数据，并通过DSP传送到一个显示及控制单元,显示及控制单元分析后输出该节点结构的传递特性估计
和三阶主要频率Wi, i = 1,2,3, DSP根据该:Pgw)和K，将该节点结构的振动响应
数据转换为频域响应信号Y(e>)，接着根据改进的反馈谐频抑制算法，算出Y (eJw)豆至少三阶主要正弦成分的幅值和相位，在可编程逻辑器件PLD的协助下通过信号合成模块合成频域控制信号U(e>)，并输出到该节点上控制其振动，同时该U(e>)作为相位基准被反馈回数据采集模块，用于计算Y(e>)的相位；所述改进的反馈谐频抑制算法的表达式为:
权利要求
1.一种结构的节点振动控制方法，其特征在于，采用一个以DSP处理器为核心的振动控制器，通过该控制器中的数据采集模块接收某一个节点结构的振动响应数据，并通过DSP传送到一个显示及控制单元,显示及控制单元分析后输出该节点结构的传递特性估计'P(Jw)和三阶主要频率Wii=I, 2, 3,DSP根据该和Wi,将该节点结构的振动响应数据转换为频域响应信号I (eJw)，接着根据改进的反馈谐频抑制算法，算出Y (eJw)至少三阶主要正弦成分的幅值和相位，在可编程逻辑器件PLD的协助下通过信号合成模块合成频域控制信号U (e>)，并输出到该节点上控制其振动，同时该U(e>)作为相位基准被反馈回数据采集模块，用于计算Y(e>)的相位；所述改进的反馈谐频抑制算法的表达式为:
2.一种节点振动控制器，其特征在于，采用权利要求1所述的节点振动控制方法设计，包括一个DSP处理器，该DSP通过16位数据总线和19位地址总线与一个可编程逻辑器件PLD相连，DSP通过一个数据采集模块获得某节点的振动响应数据，并上传至外部的一个显示及控制单元，DSP根据显示及控制单元发来的该节点结构的传递特性估计 PlQwy和三阶主要频率Wi，将该节点结构的振动响应数据转换为频域响应信号Y (e>)，通过改进的反馈谐频抑制算法，算出Y (eJW)至少三阶主要正弦成分的幅值和相位，在PLD的协助下通过一个信号合成模块来局部控制该节点的振动。
3.如权利要求2所述的节点振动控制器，其特征在于，所述数据采集模块分两路，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，其中一路采集某一节点的结构振动时域响应数据，经DSP转变为频域响应信号Y(e>);另一路采集来自信号合成模块反馈的频域控制信号U(e>)，作为相位基准，用于计算Y(e>)的相位；所述信号合成模块由至少三路数字频率合成器DDS和一个加法器构成，三路以上DDS分别产生Y(ejw)中三个以上主要振动成分相应的正弦信号，加法器将这三路以上信号合成起来作为控制信号U(e>)输出。
4.一种权利要求2所述的节点振动控制器的应用，其特征在于，n个节点振动控制器通过通信总线连接一个显示及控制单元，其中，n ^ 3，每个节点振动控制器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振动控制器的数据采集端；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Wi，t=l，2，3，通过通信总线发送给各节点振动控制器，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 各节点振动控制器对应节点结构振动的控制。
全文摘要
本发明公开了一种结构的节点振动控制方法、振动控制器及其应用，采用一个以DSP处理器为核心的振动控制器，通过该控制器中的数据采集模块接收某一个节点结构的振动响应数据，并根据显示及控制单元分析后输出该节点结构的和wi，将该节点结构的振动响应数据转换为频域响应信号Y(ejw)，接着根据改进的反馈谐频抑制算法，算出Y(ejw)至少三阶主要正弦成分的幅值和相位，在可编程逻辑器件PLD的协助下通过信号合成模块合成频域控制信号且U(ejw)，输出到该节点上控制其振动，使其响应减小，从而起到在局部抑制的作用。
文档编号E04B1/98GK103207630SQ20131007336
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者闫桂荣, 罗景琳, 董龙雷, 葛成伟, 刘振, 李 浩 申请人:西安交通大学