現(xiàn)代工業(yè)飛速發(fā)展，儀器設(shè)備功率與轉(zhuǎn)速持續(xù)提升，振動的危害也越來越突出 —— 不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量與操作精度，還會縮短設(shè)備壽命、危及使用安全，因此，掌握振動控制已成為各國工業(yè)發(fā)展的重要課題。

例如，在高鐵、地鐵、船舶、制造車間等場景中，不可避免的振動會對車體、乘客或設(shè)備造成影響。

主動減振系統(tǒng)可精準(zhǔn)處理不同振源的振動信號，通過振動抵消實(shí)現(xiàn)高效吸振效果。

以MangoTree AtomRIO為核心工具的自適應(yīng)主動減振技術(shù)，是基于某種控制算法達(dá)到減振降噪目標(biāo)的技術(shù)。主要特點(diǎn)是需要外部能源，理論上控制效果可以根據(jù)客戶的需求達(dá)到最佳的控制水平。

客戶需要搭建高效穩(wěn)定的主動減振系統(tǒng)以解決多場景振動難題，選擇我們的AtomRIO硬件平臺作為核心支撐，自主完成算法開發(fā)與應(yīng)用方案落地，實(shí)現(xiàn)了振動的精準(zhǔn)抑制。

主動減振的成功應(yīng)用取決于四個(gè)重要的技術(shù)支撐：對系統(tǒng)傳遞通道的理解、合適的控制算法、可獲得合適的傳感器和作動器。主動減振在解決這些關(guān)鍵技術(shù)的同時(shí)，還需要進(jìn)行大量的驗(yàn)證。

主動減振系統(tǒng)組成

主動減振系統(tǒng)在硬件方面分為3個(gè)部分：信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、信號激勵(lì)系統(tǒng)。

信號采集系統(tǒng)包括：恒流適配器、ADC、加速度傳感器。采集被控對象的實(shí)時(shí)振動信號，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保證快速收斂。

信號處理系統(tǒng)包括：控制器（AtomRIO）、顯示器、鼠標(biāo)輔助設(shè)備、電源適配器等。向被控對象振動的反方向施加一個(gè)力，抑制被控對象的振動。

信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)

信號激勵(lì)系統(tǒng)包括：DAC、功放模塊、吸振器、電源等。提供激勵(lì)信號，使得被控制對象振動起來。

吸振器（信號激勵(lì)系統(tǒng)）

客戶將這三個(gè)部分有效地結(jié)合在一起。當(dāng)加速度傳感器檢測到被控對象的信號，設(shè)計(jì)的主動控制算法使得作動器件（激振器）對被控對象施加控制動作，減小或者抑制被控對象的原始響應(yīng)，達(dá)到控制的目的。

主動減振系統(tǒng)架構(gòu)

這套主動減振系統(tǒng)以AtomRIO（可重配置的FPGA）為核心處理控制器。前端的加速度計(jì)獲取振源產(chǎn)生的振動信號后，通過AD模塊將振動信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號供FPGA采集，F(xiàn)PGA獲取信號后進(jìn)行一系列的處理：濾波、信號分析、自動校準(zhǔn)，最后由信號發(fā)生模塊產(chǎn)生激勵(lì)吸振器的信號，經(jīng)過DA之后控制吸振器，完成吸振功能。上位機(jī)CPU負(fù)責(zé)控制界面、FPGA參數(shù)配置、信號分析、數(shù)據(jù)存儲等功能。

減振實(shí)驗(yàn)

為直觀展示MangoTree AtomRIO平臺對振動信號的處理能力，我們針對單頻和多頻這兩種典型振源，進(jìn)行了初步的減振實(shí)驗(yàn)探索。單頻減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對單個(gè)穩(wěn)定振源，產(chǎn)生振動信號的頻率、幅值是穩(wěn)定不變的。多頻減振系統(tǒng)是針對多個(gè)振源，產(chǎn)生的不同頻率及幅值的振動信號，經(jīng)過一系列復(fù)雜的型號分析處理之后，控制吸振器，已達(dá)到理想的減振效果，應(yīng)用范圍較為廣泛。實(shí)際應(yīng)用場景中的振動信號較為復(fù)雜，有不同頻率與幅值的信號混雜在一起，多頻振動更加符合。

下圖為單頻減振實(shí)驗(yàn)的振動頻譜，圖中數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)主動減振技術(shù)處理后，原0.05的振動幅值得到了明顯的控制，降低到0.005，約降低了10倍。再通過FFT算法將時(shí)域信號轉(zhuǎn)化為頻域信號，減振前被控對象FFT達(dá)到0.03，減振后降低到0.003以下。測試結(jié)果顯示，經(jīng)主動控制后的振動得到了明顯的抑制。

減振前振動頻譜（單頻）

減振后振動頻譜（單頻）

下圖為多頻減振實(shí)驗(yàn)的振動頻譜，多頻振動的幅值變化要多于單頻振動的變化，多頻振動的FFT變化也更為豐富。如下圖，減振前被控對象FFT達(dá)到0.02，減振后降低到0.005以下。測試結(jié)果表明，經(jīng)過主動控制的振動得到了明顯的抑制。

減振前振動頻譜（多頻）

減振后振動頻譜（多頻）

審核編輯 黃宇