CN108376000A - 一种分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,包括均匀分布地设置在刚性平台底面上的至少两个支撑刚性预埋板,支撑刚性预埋板的下面分别设置有集成化数据无线通讯快速反馈装置,集成化数据无线通讯快速反馈装置分别包括压力传感器、数据采集模块、供电模块和无线通讯模块,集成化数据无线通讯快速反馈装置分别通过无线通讯模块与电磁阀相控制连接;压力传感器的下面分别设置有气浮减振单元,气浮减振单元上分别设置有进气口和出气口,进气口位于出气口的上方,气浮减振单元的下面分别设置有混凝土基础墩,其结构合理,体积小,成本低,易于维护。
Description
技术领域
本发明涉及气浮振动控制技术领域,具体涉及一种分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统。
背景技术
目前,针对环境振动具有较高要求的精密型装备微振动控制,其主要采用的是气浮式被动控制系统和主动伺服型振动控制系统。这两种技术在工作过程中,主要面向的是平稳性随机振动干扰,对于突发的非平稳性振动干扰,各自均存在以下缺点:(1)气浮式被动控制系统不适用于存在低频振动影响和突发性高能量宽频冲击振动影响的场合。气浮式被动振动控制系统的基本频率一般为1.5~3.0Hz,所以在振动控制过程中对于具体的某类工程,如果外界荷载的卓越频段包含该基本频率,则气浮式被动控制系统仅能靠高阻尼体系进行耗能减振;如果外界荷载为高能量冲击荷载,其频带较宽,大多包含该基本频率,因此也无法有效减小振动影响。(2)主动伺服型振动控制系统集中控制、架构复杂、价格昂贵、不易维护,对突发非平稳振动干扰影响的消除会存在短时滞后现象。该类系统或技术主要基于集中式控制方案,其通过建立集中数据采集、分析、控制、输出的伺服机构,对整体控制系统进行统一信号处理和振动控制,其对于平稳信号易于控制,效率高,但是对于非平稳信号由于集中处理的数据量大、路径长,存在控制效果上的短时滞后,同时该系统整体架构复杂,非常昂贵,体积较大,不利于维护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,以解决现有技术的振动控制系统所存在的不适用于存在低频振动影响和突发性高能量宽频冲击振动影响的场合,架构复杂、体积较大,价格昂贵、不易维护,对突发非平稳振动干扰影响的消除会存在短时滞后等问题。
为实现上述目的,本发明提供一种分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,包括均匀分布地设置在刚性平台底面上的至少两个支撑刚性预埋板,支撑刚性预埋板的下面分别设置有集成化数据无线通讯快速反馈装置,集成化数据无线通讯快速反馈装置分别包括压力传感器、数据采集模块、供电模块和无线通讯模块,集成化数据无线通讯快速反馈装置分别通过无线通讯模块与电磁阀相控制连接;压力传感器的下面分别设置有气浮减振单元,气浮减振单元上分别设置有进气口和出气口,进气口位于出气口的上方,气浮减振单元的下面分别设置有混凝土基础墩。
可选地,进气口分别与进气管相连接。
可选地,出气口分别与出气管相连接。
可选地,数据采集模块含有嵌入式控制信号计算功能单元。
可选地,气浮减振单元分别与主控制器相连接。
可选地,集成化数据无线通讯快速反馈装置采用射频、WiFi、ZigBee或方式进行数据无线通讯。
可选地,刚性平台为矩形平台。
可选地,支撑刚性预埋板为矩形板。
可选地,混凝土基础墩为矩形墩。
可选地,刚性平台、支撑刚性预埋板和混凝土基础墩的纵向中心线相重合。
本发明具有如下优点:
本发明的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,能够解决现有技术的振动控制系统所存在的不适用于存在低频振动影响和突发性高能量宽频冲击振动影响的场合,架构复杂、体积较大,价格昂贵、不易维护,对突发非平稳振动干扰影响的消除会存在短时滞后等问题,其具有如下优点:(1)避免系统因扰动产生较大位移。该系统中通过采用高灵敏性压力传感器实时捕捉压力振动变化值,利用数采模块和嵌入式计算分析方法,快速实现等效压力反馈补偿,在系统受到干扰发生位移之前,便形成反力抵消外界振动干扰,避免系统因突发性非平稳振动作用受到干扰。(2)无需搭载伺服型实时主动控制系统,但也具备良好的扩展特性。由于采用分布式单个气浮减振单元上配置传感器,在相连数据采集模块中进行预设嵌入式计算分析方法,可以实现单支气浮单元仅对应自身的物理型反馈信号控制系统,无需进行集中配置伺服型实时主动控制系统,避免了集中采集、集中分析、集中控制的繁琐控制过程。由于测控一体,本发明涉及单元可以针对宽泛的空气弹簧隔振系统对象,按需任意配置,在硬件上实现“即插即用”的功能。使用本发明单元也具有很好的扩展性,将每个单元都与一个主控制器联结,因单元内部集成了高精度传感器和高精度执行元件(电磁阀),即可组成一个普通意义上主动隔振系统。(3)实时无线通讯,省去了大量数据线接驳工序。由于设计了集成化数据无线通讯快速反馈装置,可以采用射频、WiFi、ZigBee的方法进行数据无线通讯,无需大量反复的数据线相连接驳等工序。(4)检修和维护方法便捷。由于本套系统是针对于单支气浮减振单元进行控制的,通过分布式组合对整个系统进行整体控制的,所以系统在服役过程中的检修和维护都是针对单支气浮减振单元的反馈压力补偿系统进行的,既容易通过监控效果诊断是哪个单元出了问题,也容易针对这个单元进行局部检查、调试、更换。(5)元器件通配性高。由于基于气浮振动控制系统,高性能压力传感器的选择精度或分辨率相对较为集中,既不同类型的工程都会使用同一类型、规格的传感器;另外数据采集模块、供电模块、气动电磁阀等也同样具备这种通用性特征。因此整套系统的元器件通配性较高,便于各种工程中相同功能的元器件同一标准配置使用或运维阶段替换使用。(6)体积小、性价比高。由于采用单支系统进行配置,无需搭载大型的伺服系统,所以相对单支单元单套装置体积小,便于集成包装运输;此外,由于不需要大型伺服机构,其主要的成本大幅减小,在实现分布式反馈压力补偿不牺牲控制效率的情况下,其综合性价比得到了大幅提升。
附图说明
图1为本发明的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统的结构示意图。
图2为本发明的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统的集成化数据无线通讯快速反馈装置的结构示意图。
图中,1为高刚性平台,2为支撑刚性预埋板,3为气浮减振单元,4为进气口,5为出气口,6为混凝土基础墩,7为集成化数据无线通讯快速反馈装置,8为气动电磁阀,9为压力传感器,10为无线通讯模块,11为稳压气源,12为供电模块,13为数据采集模块。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例
一种分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,参见图1,包括均匀分布地设置在刚性平台1底面上的至少两个支撑刚性预埋板2,支撑刚性预埋板2的下面分别设置有集成化数据无线通讯快速反馈装置7,参见图2,集成化数据无线通讯快速反馈装置7分别包括压力传感器9、数据采集模块13、供电模块12和无线通讯模块10,集成化数据无线通讯快速反馈装置7分别通过无线通讯模块10与电磁阀8相控制连接;压力传感器9的下面分别设置有气浮减振单元3,气浮减振单元3上分别设置有进气口4和出气口5,进气口4位于出气口5的上方,气浮减振单元3的下面分别设置有混凝土基础墩6。
可见,本实施例的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其集成化数据无线通讯快速反馈装置7包括可实时拾取振动控制系统负载底部的压力变化值的高灵敏性的压力传感器9、用于高精度动态压力数据模拟信号至数值信号转换的数据采集模块13、嵌入式控制信号计算功能单元;高精度的气动电磁阀8用于接收控制信号,调节进气和排气量。
本发明的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,主要应用于对环境振动具有较高要求的精密型装备制造业和大量科研工程,涉及电子工业、航空航天、精密加工、国防军工等领域。本发明系统可作为该类工程中的精密型装备微振动控制基础。该系统使用时,需要根据基本力学原理,结合传统气浮平台隔振系统,在其上部搭载一个刚性平台1,通过对植入的振动控制系统进行调平后,便可启动控制模式,进行实时微振动控制。
优选的,进气口4分别与进气管相连接。
优选的,出气口5分别与出气管相连接。
优选的,数据采集模块9含有嵌入式控制信号计算功能单元。
优选的,气浮减振单元3分别与主控制器相连接。
优选的,集成化数据无线通讯快速反馈装置7采用射频、WiFi、ZigBee或方式进行数据无线通讯。
优选的,刚性平台1为矩形平台。
优选的,支撑刚性预埋板2为矩形板。
优选的,混凝土基础墩6为矩形墩。
优选的,刚性平台1、支撑刚性预埋板2和混凝土基础墩6的纵向中心线相重合。
本发明的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其各个部件的情况如下:(1)高刚性的刚性平台1。用于给整个气浮式系统提供有一定质量且具有刚体特性的支撑性平台结构,一般要求设计规则、具有对称性,可设计成为厚板状的矩型结构或厚板状的T型结构。(2)支撑刚性预埋板2。可以采用24mm的厚钢板,预埋在高刚性的刚性平台1底部,作为和气浮减振单元3相连的支撑板。(3)气浮减振单元3。指由机械高度阀、主气室、附加气室、进气口、排气口构成的独立型空气弹簧结构,具有第刚度、高阻尼特性。(4)进气口4。用于连接气浮减振单元3和气动电磁阀8的进气用连接口。(5)出气口5。用于连接气浮减振单元3和气动电磁阀8的排气用连接口。(6)混凝土基础墩6。用于支撑气浮减振单元3的混凝土基础支墩结构。(7)集成化数据无线通讯快速反馈装置7。其中包括高灵敏性的压力传感器9及安装定位装置,用于实时测量并拾取变化的压力的高灵敏性的压力传感器9,以及安装和定位用的固定装置;数据采集模块9,嵌入式24位数据信号采集模块;微型的供电用供电模块10可更换兼可充电供电模块;无线通讯模块10主要以射频、WiFi、ZigBee技术为主,可根据具体的数据量和能耗要求选择方式。(8)高精度数字式气动电磁阀8。连接稳压气源11的高精度的气动控制式的气动电磁阀8,可以接受数字控制信号。
本发明的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,(1)其针对传统的有源被动型气浮振动控制系统,在单个气浮支撑单元3顶部植入一套集成化数据可无线通讯的快速反馈装置7,该装置含有高灵敏性的压力传感器9,当控制系统受到突发性非平稳振动荷载作用时对干扰信号进行拾取,并直接接入集成装置主板,利用嵌入式程序对模拟信号进行物理层面计算,转换成为数字信号后,采用无线通讯方法向高精度的气动电磁阀8传送控制信号,并使气动电磁阀8准确接收到运算处理后的数字反馈控制信号,精确、快速地控制气浮支撑单元3的进气和排气量,用于在系统产生大位移偏差之前产生补偿和抵消干扰的振动反力,最终实现对整个负载的实时有效振动控制。(2)集成化数据无线通讯快速反馈装置7高度集成了高灵敏性压力动态测试用的压力传感器9,通过设计集成化主板,对拾取的信号进行高速物理层面嵌入式开发计算分析,获得控制信号,并通过无线方法实现控制信号向高精度的气动电磁阀8的瞬时发出,指导气动电磁阀8控制进气量和排气量进行系统高效振动控制。(3)带有无线接收信号功能的高精度的气动电磁阀8。通过选用具有高精度控制能力的气动电磁阀8,并根据其信号接收模式,采用无线方式连接至数据采集模块9,瞬时接收振动控制反馈的压力补偿信号,驱动气动电磁阀8的阀门进气或者排气,实现对单支气浮单元3的振动反馈压力补偿控制。
本发明的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其作为分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,该系统基于高端精密型装备工作时经常受到突发性非平稳振动荷载作用干扰问题,提出基于传统的有源被动型气浮振动控制系统,在单个气浮支撑单元3顶部植入一套集成化数据可无线通讯的快速反馈装置7,该装置含有高灵敏性的压力传感器9,当控制系统受到突发性非平稳振动荷载作用时对干扰信号进行拾取,并直接接入集成装置主板,利用嵌入式程序对模拟信号进行物理层面计算,转换成为数字信号后,采用无线通讯方法向高精度的气动电磁阀8传送控制信号,并使气动电磁阀8准确接收到运算处理后的数字反馈控制信号,精确、快速地控制气浮支撑单元3的进气和排气量,用于在系统产生大位移偏差之前产生补偿和抵消干扰的振动反力,最终实现对整个负载的实时有效振动控制,使得高端精密型或重型高价值型装备真正处于“all time stable”(所有时间稳定)或“totalstable”(所有时间稳定)的宏观静止状态中,为精密型装备运行提供环境保障。
需要说明的是,本发明的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,主要对上述结构进行了改进,其他未提及的功能、部件及结构,在需要时,可以采用现有技术中能够实现相应功能的部件及结构进行实施。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,包括均匀分布地设置在刚性平台(1)底面上的至少两个支撑刚性预埋板(2),其特征在于,支撑刚性预埋板(2)的下面分别设置有集成化数据无线通讯快速反馈装置(7),集成化数据无线通讯快速反馈装置(7)分别包括压力传感器(9)、数据采集模块(13)、供电模块(12)和无线通讯模块(10),集成化数据无线通讯快速反馈装置(7)分别通过无线通讯模块(10)与电磁阀(8)相控制连接;压力传感器(9)的下面分别设置有气浮减振单元(3),气浮减振单元(3)上分别设置有进气口(4)和出气口(5),进气口(4)位于出气口(5)的上方,气浮减振单元(3)的下面分别设置有混凝土基础墩(6)。
2.如权利要求1所述的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其特征在于,进气口(4)分别与进气管相连接。
3.如权利要求1所述的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其特征在于,出气口(5)分别与出气管相连接。
4.如权利要求1所述的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其特征在于,数据采集模块(9)含有嵌入式控制信号计算功能单元。
5.如权利要求1所述的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其特征在于,气浮减振单元(3)分别与主控制器相连接。
6.如权利要求1所述的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其特征在于,集成化数据无线通讯快速反馈装置(7)采用射频、WiFi、ZigBee或方式进行数据无线通讯。
7.如权利要求1所述的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其特征在于,刚性平台(1)为矩形平台。
8.如权利要求1所述的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其特征在于,支撑刚性预埋板(2)为矩形板。
9.如权利要求1所述的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其特征在于,混凝土基础墩(6)为矩形墩。
10.如权利要求1所述的分布式无线压力反馈补偿型气浮振动控制系统,其特征在于,刚性平台(1)、支撑刚性预埋板(2)和混凝土基础墩(6)的纵向中心线相重合。
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