CN109656275B - 一种主动隔振的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动隔振的控制方法及装置，采集振动环境中多个振源的振动信号，该振源包括固定频率的振源以及非固定频率的振源，将采集到的时域上的振动信号转换为频域信号，并在频域信号中确定固定频率的振源的振动信号，对固定频率的振源的振动信号进行控制，通过在所有振动源发出的振动信号中选择出固定频率的振动信号，并对其进行控制，从而能够对固定频率的振源发出的振动信号进行控制，提高对固定频率的振源发出的振动信号的隔振效果。
Description
技术领域
本发明涉及电子仪器领域，尤其涉及一种主动隔振的控制方法及装置。
背景技术
振动存在于绝大多数的机电系统中，如果不加以合理的隔离，会造成严重的后果。例如在集成电路制造中，精密机械装置和测量仪器仪表对振动非常敏感。振动会缩短机械装置的寿命，甚至对整个系统造成严重的损坏。因此为了满足精密加工、测量等场合对振动环境的严格特殊的要求，高效的隔振控制方法显得尤为重要。
主动隔振控制方法作为较常用的一种隔振方法，通常是按照如下方式进行振动信号的抑制。具体的，首先采集振动环境中的振动信号，该采集到的振动信号为时域上的振动信号，目前的处理方式是根据时域上的信号变化情况进行振动信号的抑制，例如，在某一个时间段内上，振动信号在时域上的信号变化情况比较大，此时会对该时间段内的振动信号进行抑制，达到振动信号的隔振效果。
由于振动环境的复杂性，这种在时域上的处理方式可能会对一些固定频率的振动设备的隔振效果不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种主动隔振的控制方法及装置，以解决现有技术中不能针对固定频率的设备进行有效隔振的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种主动隔振的控制方法，包括：
采集振动环境中至少一个振源的振动信号，所述振源包括至少一个待控制频率的振源；
将所述振动信号对应的时域信号转换为频域信号，并在所述频域信号中确定所述至少一个待控制频率的振源的频域信号；
对所述至少一个待控制频率的振源频域信号进行主动隔振控制。
可选的，所述至少一个待控制频率的振源的频域信号，包括：至少一个待控制第一频率的振源对应的频率大小和幅值大小。
可选的，对所述至少一个待控制频率的振源频域信号进行主动隔振控制，包括：
获取第一频率的振源对应的正弦信号，所述第一频率的振源为所述至少一个待控制频率的振源中的任意一个振源，所述正弦信号的频率为所述第一频率的振源对应的频率大小；
对所述正弦信号的相位取反，并确定所述正弦信号的幅值大小为所述第一频率的振源对应的幅值大小的第一预设倍数；
依据确定的所述正弦信号的幅值大小对所述第一频率的振源的幅值进行控制。
可选的，所述至少一个待控制频率的振源中，每一个待控制频率的振源对应的频率大小为所述频域信号对应的频谱图中每个峰值对应的频率大小。
第二方面，本发明提供一种主动隔振的控制装置，包括：
采集单元，用于采集振动环境中至少一个振源的振动信号，所述振源包括至少一个待控制频率的振源；
处理单元，用于将所述采集单元采集到的振动信号对应的时域信号转换为频域信号；
确定单元，用于在所述处理单元得到的频域信号中确定所述至少一个待控制频率的振源的频域信号；
控制单元，用于对所述确定单元确定的所述至少一个待控制频率的振源频域信号进行主动隔振控制。
可选的，所述至少一个待控制频率的振源的频域信号，包括：至少一个待控制频率的振源对应的频率大小和幅值大小。
可选的，所述控制单元具体用于按如下方式对所述至少一个待控制频率的振源频域信号进行主动隔振控制：
获取第一频率的振源对应的正弦信号，所述第一频率的振源为所述至少一个待控制频率的振源中的任意一个振源，所述正弦信号的频率为所述第一频率的振源对应的频率大小；
对所述正弦信号的相位取反，并确定所述正弦信号的幅值大小为所述第一频率的振源对应的幅值大小的第一预设倍数；
依据确定的所述正弦信号的幅值大小对所述第一频率的振源的幅值进行控制。
可选的，所述至少一个待控制频率的振源中，每一个待控制频率的振源对应的频率大小为所述频域信号对应的频谱图中每个峰值对应的频率大小。
第三方面，本发明提供一种主动隔振的控制设备，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行第一方面所述的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面所述的方法。
本发明提供一种主动隔振的控制方法及装置，采集振动环境中多个振源的振动信号，该振源包括固定频率的振源以及非固定频率的振源，将采集到的时域上的振动信号转换为频域信号，并在频域信号中确定固定频率的振源的振动信号，对固定频率的振源的振动信号进行控制，通过在所有振动源发出的振动信号中选择出固定频率的振动信号，并对其进行控制，从而能够对固定频率的振源发出的振动信号进行控制，提高对固定频率的振源发出的振动信号的隔振效果。
附图说明
图1为现有技术一种主动隔振的控制模型示意图；
图2为本申请实施例提供的一种主动隔振的控制方法流程图；
图3为本申请实施例提供的一种前馈型隔振控制方法流程图；
图4为本申请实施例提供的前馈型控制方法模型示意图；
图5为本申请实施例提供的前馈型控制方式下的隔振效果图；
图6为本申请实施例提供的一种隔振控制系统示意图；
图7为本申请实施例提供的一种主动隔振的控制装置的结构框图；
图8为本申请实施例提供的一种主动隔振的控制设备示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
主动隔振是在被控系统中引入控制手段,并通过一定的控制方法对隔振系统进行控制输出,使其产生的作用力与振源的振动相抵消,从而达到隔振的目的。
目前，主动隔振控制方式的模型可参阅图1所示，具体的，主动控制系统在采集到隔振系统周边的振源发出的振动信号后，会根据振动信号在时域上的变化情况进行控制，例如，振动信号在某一时间段内或某一个时间点上的变化比较大，则会对该时间段内或该时间点的振动信号进行控制。在输入振动信号r后，原系统通过振动信号的反馈对控制对象进行控制，由于振源不仅有频率发生变化的振源，也有单一频率(固定频率)的振源，按照目前的处理方式对于单一频率的振源而言，隔振效果并不明显。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种主动隔振的控制方法，通过将采集到的时域上的振动信号转换为频域信号，并在频域信号中确定出固定频率的振源发出的振动信号，对固定频率的振源发出的振动信号进行隔振控制，从而针对固定频率的振源发出的振动信号进行隔振控制，提高了隔振效果。
需要理解的是，在下文的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
如图2所示为本申请实施例提供的一种主动隔振的控制方法流程图，参阅图2所示，该方法包括：
S101：采集振动环境中至少一个振源的振动信号。
本申请实施例中可采集振动环境中的振动信号，该振动环境可以为有多个振源的振动环境，可包括单一频率的振源以及变化频率的振源，并且单一频率的振源也可以为一个或多个。
例如，实验室中的风机、水泵、空压机等动力设备为单一频率的振源，这种振源的振动影响远远高于其他振源的振动影响，因此，需要对单一频率的振源采取针对性的控制方式。
为了描述方便，本申请实施例中可将单一频率(固定频率)的振源称为“待控制频率的振源”。
S102：将时域上的振动信号转换为频域信号，并在频域信号中确定待控制频率的振源的频域信号。
具体的，由于采集到振动信号为时域上的信号，在时域上难以判断哪些是单一频率的振源发出的振动信号，因此，可将时域上的振动信号转换为频域信号，并在频域信号中确定待控制频率(单一频率)的振源的频域信号。
可以理解的是，将时域数据转换为频域数据的算法也不作限定，例如可以是快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)算法，也可以是Z变换等。
S103：对待控制频率的振源频域信号进行主动隔振控制。
以下将对上述涉及到的步骤S103进行详细说明：
具体的，将时域信号转换为频域信号，通常可在频谱图中确定哪些是单一频率的振源发出的振动信号，哪些是其他振源发出的振动信号。
并且，第一频率的振源的频域信号可包括第一频率的振源的频率大小和幅值大小，频率大小和幅值大小可在频谱图中得到。
一种可能的实施方式中，可采用如图3所示的前馈型隔振控制方法对第一频率的振源频域信号进行主动隔振控制，参阅图3所示，该方法包括：
S201：获取第一频率的振源对应的正弦信号。
本申请实施例中，可以一个单一频率的振源为例，获取第一频率的振源对应的正弦信号。
其中，第一频率的振源为至少一个待控制频率的振源中的任意一个振源，该正弦信号的频率为第一频率的振源对应的频率大小。
S202：对正弦信号的相位取反，并确定正弦信号的幅值大小为第一频率的振源对应的幅值大小的预设倍数。
具体的，可对正弦信号的相位取反(即将正弦信号的相位翻转180度)，并确定正弦信号的幅值为第一频率的振源对应的幅值大小乘以比例系数，该比例系数趋近于1。
理想情况下，当比例系数为1时，第一频率的正弦信号与相位取反，幅值取第一频率的振源对应的幅值大小乘以1之后的信号完全对称。
需要说明的是，预设倍数即为比例系数。
S203：依据确定的正弦信号的幅值大小对第一频率的振源的幅值进行控制。
通过上述对第一频率的振源的正弦信号进行处理，可对正弦信号的幅值大小进行抑制，从而对单一频率的振源的振动信号进行控制。
上述控制方式可理解为前馈型隔振控制方法，其模型可参阅图4所示，具体的，首先对原振动信号r进行信号处理，得到振动频率f以及对应的幅值x，然后输入正弦信号，该正弦信号的频率为活跃频率f，相位为输入信号r中f频率的正弦信号的相位翻转180度的相位，对正弦信号乘以一个可调的比例系数，在振动传递到原系统前的控制信号中叠加上经处理的正弦信号，并输出至原系统。
需要说明的是，本申请中涉及到的活跃频率与振动频率含义相同。
本申请实施例中，可在隔振信号到达原系统之前加入前馈型隔振控制方法，从而对单一频率的振源发出的振动信号进行控制，提高隔振效果。
具体的，在该控制方式下的隔振效果图可参阅图5所示，在图5中包括现有方案中的隔振效果以及上述前馈型隔振控制方法的隔振效果。
由图5可知，当系统采用前馈型频率抑制进行补偿后，隔振系统台面的时域振动波形得到了很大衰减。
进一步的，至少一个待控制频率的振源中，每一个待控制频率的振源对应的频率大小为频域信号对应的频谱图中每个峰值对应的频率大小。
具体的，在频谱图中可能有多个峰值，其中，每个峰值对应的频率为一个单一频率的振源对应的频率大小。
以下将对上述前馈型控制方式进行进一步说明，如图6所示为本申请实施例提供的一种隔振控制系统示意图，参阅图6所示。
图6中，该系统包括敏感设备(需要与振源隔开的设备)、隔振平台、作动器等，其中，作动器可以为空气弹簧、压片陶瓷、电机等，该系统与现有方案中的隔振系统相同。
具体的，该隔振控制系统可采集振动环境中地面上的振动信号，通过对振动信号进行处理，得到频谱曲线，在频谱曲线上可确定出单一频率的振源在地面的振动频率和对应幅值，当振动传递到隔振平台之前，采用本申请实施例中的前馈型隔振控制方法对单一频率的振源发出的振动信号进行控制。
可以理解的是，由于本申请实施例中是针对单一频率的振源发出的振动信号进行隔振控制，该隔振控制系统可以理解为前馈型频率抑制系统。
本申请实施例中，采集振动环境中多个振源的振动信号，该振源包括固定频率的振源以及非固定频率的振源，将采集到的时域上的振动信号转换为频域信号，并在频域信号中确定固定频率的振源的振动信号，对固定频率的振源的振动信号进行控制，通过在所有振动源发出的振动信号中选择出固定频率的振动信号，并对其进行控制，从而能够对固定频率的振源发出的振动信号进行控制，提高对固定频率的振源发出的振动信号的隔振效果。
基于与上述一种主动隔振的控制方法实施例相同的构思，本发明实施例还提供一种主动隔振的控制装置。图7所示为本发明实施例提供的一种主动隔振的控制装置的结构框图，包括：采集单元101、处理单元102、确定单元103、控制单元104。
其中，采集单元101，用于采集振动环境中至少一个振源的振动信号，该振源包括至少一个待控制频率的振源。
处理单元102，用于将采集单元101采集到的振动信号对应的时域信号转换为频域信号。
确定单元103，用于在处理单元102得到的频域信号中确定至少一个待控制频率的振源的频域信号。
控制单元104，用于对确定单元103确定的至少一个待控制频率的振源频域信号进行主动隔振控制。
可选的，至少一个待控制频率的振源的频域信号，包括：至少一个待控制频率的振源对应的频率大小和幅值大小。
进一步的，控制单元104具体用于按如下方式对至少一个待控制频率的振源频域信号进行主动隔振控制：
获取第一频率的振源对应的正弦信号，第一频率的振源为至少一个待控制频率的振源中的任意一个振源，正弦信号的频率为第一频率的振源对应的频率大小；对正弦信号的相位取反，并确定正弦信号的幅值大小为第一频率的振源对应的幅值大小的第一预设倍数；依据确定的正弦信号的幅值大小对第一频率的振源的幅值进行控制。
可选的，至少一个待控制频率的振源中，每一个待控制频率的振源对应的频率大小为频域信号对应的频谱图中每个峰值对应的频率大小。
需要说明的是，本发明实施例中上述涉及的主动隔振的控制装置中各个单元的功能实现可以进一步参照相关方法实施例的描述，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种主动隔振的控制设备，如图8所示，该装置包括：
存储器202，用于存储程序指令。
收发机201，用于接收和发送的主动隔振的控制指令。
处理器200，用于调用所述存储器中存储的程序指令，根据收发机201接收到的指令按照获得的程序执行本申请实施例所述的任一方法流程。处理器200用于实现图7所示的处理单元(102)、确定单元(103)以及控制单元(104)所执行的方法。
其中，在图8中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器200代表的一个或多个处理器和存储器202代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。
收发机201可以是多个元件，即包括发送机和收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。
处理器200负责管理总线架构和通常的处理，存储器202可以存储处理器200在执行操作时所使用的数据。
处理器200可以是中央处理器(CPU)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述本申请实施例中所述的任一装置所用的计算机程序指令，其包含用于执行上述本申请实施例提供的任一方法的程序。
所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NAND FLASH)、固态硬盘(SSD))等。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种主动隔振的控制方法，其特征在于，包括：
采集振动环境中的至少一个固定频率的振源和至少一个变化频率的振源的振动信号；
将所述振动信号对应的时域信号转换为频域信号，并在所述频域信号中确定所述至少一个固定频率的振源的频域信号；
对所述至少一个固定频率的振源的频域信号进行主动隔振控制；
对所述至少一个固定频率的振源的频域信号进行主动隔振控制，包括：
获取第一频率的振源对应的正弦信号，所述第一频率的振源为所述至少一个固定频率的振源中的任意一个振源，所述正弦信号的频率为所述第一频率的振源对应的频率大小；
对所述正弦信号的相位取反，并确定所述正弦信号的幅值大小为所述第一频率的振源对应的幅值大小的预设倍数；
依据确定的所述正弦信号的幅值大小对所述第一频率的振源的幅值进行控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个固定频率的振源的频域信号，包括：
所述至少一个固定频率的振源对应的频率大小和幅值大小。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个固定频率的振源中，每一个固定频率的振源对应的频率大小为所述频域信号对应的频谱图中每个峰值对应的频率大小。
4.一种主动隔振的控制装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于采集振动环境中的至少一个固定频率的振源和至少一个变化频率的振源的振动信号；
处理单元，用于将所述采集单元采集到的振动信号对应的时域信号转换为频域信号；
确定单元，用于在所述处理单元得到的频域信号中确定所述至少一个固定频率的振源的频域信号；
控制单元，用于对所述确定单元确定的所述至少一个固定频率的振源的频域信号进行主动隔振控制；
所述控制单元具体用于按如下方式对所述至少一个固定频率的振源频域信号进行主动隔振控制：
获取第一频率的振源对应的正弦信号，所述第一频率的振源为所述至少一个固定频率的振源中的任意一个振源，所述正弦信号的频率为所述第一频率的振源对应的频率大小；
对所述正弦信号的相位取反，并确定所述正弦信号的幅值大小为所述第一频率的振源对应的幅值大小的第一预设倍数；
依据确定的所述正弦信号的幅值大小对所述第一频率的振源的幅值进行控制。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个固定频率的振源的频域信号，包括：至少一个固定频率的振源对应的频率大小和幅值大小。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述至少一个固定频率的振源中，每一个固定频率的振源对应的频率大小为所述频域信号对应的频谱图中每个峰值对应的频率大小。
7.一种主动隔振控制设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行权利要求1~3任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1~3中任一项所述的方法。
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