CN110488882A - 基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置及方法 - Google Patents

基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置及方法，实验装置包括长方体形梁结构模型和控制单元，梁结构模型的上表面设置有第一激振器和第一加速度传感器，梁结构模型的下表面设置有第一压电片，梁结构模型的正面设置有第二激振器和第二加速度传感器，梁结构模型的背面设置有第二压电片，梁结构模型的一个侧面设置有第三激振器和第三加速度传感器，梁结构模型的另一个侧面设置有第三压电片；控制单元包括微控制器模块、信号调理电路模块、电压放大电路模块和电压同步开关阻尼电路模块。本发明实验装置结构简单，实现方便，能够丰富实验环节，同时能够为压电半主动振动控制的研究提供很好的平台，使用效果好，便于推广使用。

Description

基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置及方法
技术领域
本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置及方法。
背景技术
振动现象在科学研究、工业生产和日常生活中广泛存在，并且随着现代工业与科学技术的快速发展，人们对军事国防、航空航天、精密加工、交通车船以及土木工程等各个领域追求的不断提高，振动现象在上述领域所产生的负面影响也越来越突出，其中主要体现在：对结构的功能特性产生严重影响和对结构本身造成疲劳损伤两个方面。城市轨道交通投入运营后所产生的噪声和振动或多或少会对城市居民、市内房屋、周边文物结构以及精密制造环境等造成影响，这也成为城市轨道交通的设计、修建过程中一项不可规避的问题；建筑结构在设计过程中，也需要考虑其自身的抗风振和抗地震能力。由此可见，无论是国防、科研的重要领域，还是生产、生活的日常领域都对解决具体的结构振动问题提出了更高、更迫切的要求。因此，研究结构振动控制的具体问题十分必要，解决结构振动控制的实际问题迫在眉睫。
振动控制从能量供给的角度去分类，可分为三类：被动控制，主动控制，半主动控制。被动抑制技术是发展最早的控制技术，系统最为简单同时稳定性最好，但是其控制效果有限；主动抑制技术是随着计算机技术的发展而发展起来，主动控制技术控制效果佳，但是系统复杂，耗能也很多，实现起来也不方便，半主动控制是在被动控制和主动控制基础上发展起来，它是基于主动控制和被动控制理论，形成了半主动控制方法，半主动控制并不是将能量直接施加到压电作动器，产生控制力，而是将能量用于半主动控制回路中，通过控制外围电路的各参数，去改变系统的特性，从而达到振动控制的效果，现有技术中，在实验过程中，大多搭建悬臂梁实验平台进行实验仿真，在实验过程中，由于控制力和控制信号不能实时跟随，实验效果有一定的延迟和偏差，并且所需时间较长，抑振效果一般。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，其结构简单，布局合理，实现方便，能够有效应用在实验室振动控制的教学环节中，丰富学生的实验环节，同时能够为压电半主动振动控制的研究提供很好的平台，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，包括梁结构模型和控制单元，所述梁结构模型的形状为长方体形，所述梁结构模型的上表面设置有第一激振器和位于第一激振器一侧的第一加速度传感器，所述梁结构模型的下表面设置有与第一激振器位置相对应的第一压电片，所述梁结构模型的正面设置有第二激振器和位于第二激振器一侧的第二加速度传感器，所述梁结构模型的背面设置有与第二激振器位置相对应的第二压电片，所述梁结构模型的一个侧面设置有第三激振器和位于第三激振器一侧的第三加速度传感器，所述梁结构模型的另一个侧面设置有与第三激振器位置相对应的第三压电片；所述控制单元包括微控制器模块和为所述控制单元中各用电模块供电的电源模块，所述微控制器模块的输入端接有信号调理电路模块，所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器均与信号调理电路模块的输入端连接，所述微控制器模块的输出端接有电压放大电路模块，所述电压放大电路模块的输出端接有电压同步开关阻尼电路模块，所述第一压电片、第二压电片和第三压电片均与电压同步开关阻尼电路模块的输出端连接。
上述的基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，所述微控制器模块包括ARM芯片STM32F103C，以及与ARM芯片STM32F103C相接的第一晶振电路、第二晶振电路和复位电路，所述ARM芯片STM32F103C的第9引脚、第24引脚、第36引脚和第48引脚均与电源模块的3.3V电压输出端连接，所述ARM芯片STM32F103C的第8引脚、第23引脚、第35引脚和第47引脚均接地；所述第一晶振电路包括晶振Y1、非极性电容C1和非极性电容C2，所述晶振Y1的一端和非极性电容C1的一端均与ARM芯片STM32F103C的第5引脚连接，所述晶振Y1的另一端和非极性电容C2的一端均与ARM芯片STM32F103C的第6引脚连接，所述非极性电容C1的另一端和非极性电容C2的另一端均接地；所述第二晶振电路包括晶振Y2、非极性电容C3和非极性电容C4，所述晶振Y2的一端和非极性电容C3的一端均与ARM芯片STM32F103C的第3引脚连接，所述晶振Y2的另一端和非极性电容C4的一端均与ARM芯片STM32F103C的第4引脚连接，所述非极性电容C3的另一端和非极性电容C4的另一端均接地；所述复位电路包括复位按键S1、非极性电容C5和电阻R1，所述复位按键S1的一端、非极性电容C5的一端和电阻R1的一端均与ARM芯片STM32F103C的第7引脚连接，所述复位按键S1的另一端和非极性电容C5的另一端均接地，所述电阻R1的另一端与电源模块的3.3V电压输出端连接。
上述的基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，所述信号调理电路模块包括电路结构均相同的第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路，所述第一信号调理电路包括型号均为LF356的运算放大器OP1、运算放大器OP2和运算放大器OP3，以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；所述运算放大器OP3的第3引脚与第一加速度传感器的信号端连接，所述运算放大器OP3的第2引脚通过电阻R7与运算放大器OP3的第6引脚连接，且通过电阻R8接地，所述运算放大器OP2的第3引脚通过电阻R4与运算放大器OP3的第6引脚连接，且通过电阻R6接地，所述运算放大器OP1的第3引脚通过电阻R2与运算放大器OP1的第4引脚连接，且通过电阻R1接地，所述运算放大器OP1的第2引脚与运算放大器OP1的第6引脚连接，所述运算放大器OP2的第2引脚通过电阻R3与运算放大器OP1的第6引脚连接，且通过电阻R5与运算放大器OP2的第6引脚连接，所述运算放大器OP2的第6引脚与ARM芯片STM32F103C的第11引脚连接，所述运算放大器OP1的第7引脚、运算放大器OP2的第7引脚和运算放大器OP3的第7引脚均与电源模块的+12V电压输出端连接，所述运算放大器OP1的第4引脚、运算放大器OP2的第4引脚和运算放大器OP3的第4引脚均与电源模块的-12V电压输出端连接；所述第二信号调理电路包括型号均为LF356的运算放大器OP4、运算放大器OP5和运算放大器OP6，以及电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18；所述运算放大器OP6的第3引脚与第二加速度传感器的信号端连接，所述运算放大器OP6的第2引脚通过电阻R17与运算放大器OP6的第6引脚连接，且通过电阻R18接地，所述运算放大器OP5的第3引脚通过电阻R14与运算放大器OP6的第6引脚连接，且通过电阻R16接地，所述运算放大器OP4的第3引脚通过电阻R12与运算放大器OP4的第4引脚连接，且通过电阻R11接地，所述运算放大器OP4的第2引脚与运算放大器OP4的第6引脚连接，所述运算放大器OP5的第2引脚通过电阻R13与运算放大器OP4的第6引脚连接，且通过电阻R15与运算放大器OP5的第6引脚连接，所述运算放大器OP5的第6引脚与ARM芯片STM32F103C的第12引脚连接，所述运算放大器OP4的第7引脚、运算放大器OP5的第7引脚和运算放大器OP6的第7引脚均与电源模块的+12V电压输出端连接，所述运算放大器OP4的第4引脚、运算放大器OP5的第4引脚和运算放大器OP6的第4引脚均与电源模块的-12V电压输出端连接；所述第三信号调理电路包括型号均为LF356的运算放大器OP7、运算放大器OP8和运算放大器OP9，以及电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27和电阻R28；所述运算放大器OP9的第3引脚与第三加速度传感器的信号端连接，所述运算放大器OP9的第2引脚通过电阻R27与运算放大器OP9的第6引脚连接，且通过电阻R28接地，所述运算放大器OP8的第3引脚通过电阻R24与运算放大器OP9的第6引脚连接，且通过电阻R26接地，所述运算放大器OP7的第3引脚通过电阻R22与运算放大器OP7的第4引脚连接，且通过电阻R21接地，所述运算放大器OP7的第2引脚与运算放大器OP7的第6引脚连接，所述运算放大器OP8的第2引脚通过电阻R23与运算放大器OP7的第6引脚连接，且通过电阻R25与运算放大器OP8的第6引脚连接，所述运算放大器OP8的第6引脚与ARM芯片STM32F103C的第13引脚连接，所述运算放大器OP7的第7引脚、运算放大器OP8的第7引脚和运算放大器OP9的第7引脚均与电源模块的+12V电压输出端连接，所述运算放大器OP7的第4引脚、运算放大器OP8的第4引脚和运算放大器OP9的第4引脚均与电源模块的-12V电压输出端连接。
上述的基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，所述电压放大电路模块包括电路结构均相同的第一电压放大电路、第二电压放大电路和第三电压放大电路，所述第一电压放大电路包括型号均为LT1112的运算放大器VR1和运算放大器VR2，以及非极性电容C21、非极性电容C22、非极性电容C23、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35和电阻R36；所述运算放大器VR1的第3引脚通过非极性电容C21与ARM芯片STM32F103C的第14引脚连接，且与电阻R31的一端连接，所述电阻R31的另一端与非极性电容C22的一端连接，且通过电阻R32接地，所述运算放大器VR1的第2引脚通过电阻R36与运算放大器VR1的第1引脚连接，且与非极性电容C22的另一端连接，所述运算放大器VR2的第3引脚通过电阻R33与运算放大器VR1的第1引脚连接，所述运算放大器VR2的第2引脚通过电阻R34与运算放大器VR2的第1引脚连接，且通过电阻R35接地，所述非极性电容C23并联在电阻R34的两端，所述运算放大器VR2的第1引脚为第一电压放大电路的控制电压信号输出端CAC1，所述运算放大器VR1第8引脚和运算放大器VR2的第8引脚均与电源模块的3.3V电压输出端连接，所述运算放大器VR1第4引脚和运算放大器VR2的第4引脚均接地；所述第二电压放大电路包括型号均为LT1112的运算放大器VR3和运算放大器VR4，以及非极性电容C24、非极性电容C25、非极性电容C26、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和电阻R46；所述运算放大器VR3的第3引脚通过非极性电容C24与ARM芯片STM32F103C的第15引脚连接，且与电阻R41的一端连接，所述电阻R41的另一端与非极性电容C25的一端连接，且通过电阻R42接地，所述运算放大器VR3的第2引脚通过电阻R46与运算放大器VR3的第1引脚连接，且与非极性电容C25的另一端连接，所述运算放大器VR4的第3引脚通过电阻R43与运算放大器VR3的第1引脚连接，所述运算放大器VR4的第2引脚通过电阻R44与运算放大器VR4的第1引脚连接，且通过电阻R45接地，所述非极性电容C26并联在电阻R44的两端，所述运算放大器VR4的第1引脚为第二电压放大电路的控制电压信号输出端CAC2，所述运算放大器VR3第8引脚和运算放大器VR4的第8引脚均与电源模块的3.3V电压输出端连接，所述运算放大器VR3第4引脚和运算放大器VR4的第4引脚均接地；所述第三电压放大电路包括型号均为LT1112的运算放大器VR5和运算放大器VR6，以及非极性电容C27、非极性电容C28、非极性电容C29、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55和电阻R56；所述运算放大器VR5的第3引脚通过非极性电容C27与ARM芯片STM32F103C的第16引脚连接，且与电阻R51的一端连接，所述电阻R51的另一端与非极性电容C28的一端连接，且通过电阻R52接地，所述运算放大器VR5的第2引脚通过电阻R56与运算放大器VR5的第1引脚连接，且与非极性电容C28的另一端连接，所述运算放大器VR6的第3引脚通过电阻R53与运算放大器VR5的第1引脚连接，所述运算放大器VR6的第2引脚通过电阻R54与运算放大器VR6的第1引脚连接，且通过电阻R55接地，所述非极性电容C29并联在电阻R54的两端，所述运算放大器VR6的第1引脚为第三电压放大电路的控制电压信号输出端CAC3，所述运算放大器VR5第8引脚和运算放大器VR6的第8引脚均与电源模块的3.3V电压输出端连接，所述运算放大器VR5第4引脚和运算放大器VR6的第4引脚均接地。
上述的基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，所述电压同步开关阻尼电路模块包括电路结构均相同的第一电压同步开关阻尼电路、第二电压同步开关阻尼电路和第三电压同步开关阻尼电路，所述第一电压同步开关阻尼电路包括三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、非极性电容C31、非极性电容C32、电感L1、电感L2、电阻R61和电阻R62，所述第一压电片的一端、三极管T1的基极、三极管T2的集电极、三极管T3的基极、三极管T4的集电极、电阻R61的一端和电阻R62的一端均与第一电压放大电路的控制电压信号输出端CAC1连接，所述三极管T2的发射极与电感L1的一端连接，所述三极管T2的基极与整流二极管D2的阳极连接，所述三极管T1的集电极与整流二极管D2的阴极连接，所述三极管T1的发射极和非极性电容C31的一端均与整流二极管D1的阳极连接，所述整流二极管D1的阴极与电阻R61的另一端连接，所述三极管T3的发射极和非极性电容C32的一端均与整流二极管D3的阴极连接，所述整流二极管D3的阳极与电阻R62的另一端连接，所述三极管T3的集电极与整流二极管D4的阳极连接，所述三极管T4的基极与整流二极管D4的阴极连接，所述三极管T4的发射极与电感L2的一端连接，所述第一压电片的另一端、非极性电容C31的另一端、电感L1的另一端、非极性电容C32的另一端和电感L2的另一端均接地；所述第二电压同步开关阻尼电路包括三极管T11、三极管T12、三极管T13、三极管T14、整流二极管D11、整流二极管D12、整流二极管D13、整流二极管D14、非极性电容C33、非极性电容C34、电感L3、电感L4、电阻R63和电阻R64，所述第二压电片的一端、三极管T11的基极、三极管T12的集电极、三极管T13的基极、三极管T14的集电极、电阻R63的一端和电阻R64的一端均与第二电压放大电路的控制电压信号输出端CAC2连接，所述三极管T12的发射极与电感L3的一端连接，所述三极管T12的基极与整流二极管D12的阳极连接，所述三极管T11的集电极与整流二极管D12的阴极连接，所述三极管T11的发射极和非极性电容C33的一端均与整流二极管D11的阳极连接，所述整流二极管D11的阴极与电阻R63的另一端连接，所述三极管T13的发射极和非极性电容C34的一端均与整流二极管D13的阴极连接，所述整流二极管D13的阳极与电阻R64的另一端连接，所述三极管T13的集电极与整流二极管D14的阳极连接，所述三极管T14的基极与整流二极管D14的阴极连接，所述三极管T14的发射极与电感L4的一端连接，所述第二压电片的另一端、非极性电容C33的另一端、电感L3的另一端、非极性电容C34的另一端和电感L4的另一端均接地；所述第三电压同步开关阻尼电路包括三极管T21、三极管T22、三极管T23、三极管T24、整流二极管D21、整流二极管D22、整流二极管D23、整流二极管D24、非极性电容C35、非极性电容C36、电感L5、电感L6、电阻R65和电阻R66，所述第三压电片的一端、三极管T21的基极、三极管T22的集电极、三极管T23的基极、三极管T24的集电极、电阻R65的一端和电阻R66的一端均与第三电压放大电路的控制电压信号输出端CAC3连接，所述三极管T22的发射极与电感L5的一端连接，所述三极管T22的基极与整流二极管D22的阳极连接，所述三极管T21的集电极与整流二极管D22的阴极连接，所述三极管T21的发射极和非极性电容C35的一端均与整流二极管D21的阳极连接，所述整流二极管D21的阴极与电阻R65的另一端连接，所述三极管T23的发射极和非极性电容C36的一端均与整流二极管D23的阴极连接，所述整流二极管D23的阳极与电阻R66的另一端连接，所述三极管T23的集电极与整流二极管D24的阳极连接，所述三极管T24的基极与整流二极管D24的阴极连接，所述三极管T24的发射极与电感L6的一端连接，所述第三压电片的另一端、非极性电容C35的另一端、电感L5的另一端、非极性电容C36的另一端和电感L6的另一端均接地。
本发明还提出了一种基于加速度检测的压电半主动振动控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、所述第一加速度传感器检测梁结构模型上表面在第一激振器作用下发生振动产生的加速度信号；所述第二加速度传感器检测梁结构模型正面在第二激振器作用下发生振动产生的加速度信号；所述第三加速度传感器检测梁结构模型侧面在第三激振器作用下发生振动产生的加速度信号；
步骤二、所述信号调理电路模块对第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器采集到的加速度信号进行信号调理后,得到对应的第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号并输出到微控制器模块中；
步骤三、所述微控制器模块对第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号采用三角形隶属度函数进行模糊化，得到第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度；
步骤四、所述微控制器模块将第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度输入预先训练好的卷积神经网络中，进行处理，得到卷积神经网络的输出，卷积神经网络的输出为第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值；
步骤五、所述微控制器模块采用加权平均法对第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值去模糊，得到第一控制电压值、第二控制电压值和第三控制电压值；
步骤六、所述微控制器模块将第一控制电压值、第二控制电压值和第三控制电压值经过电压放大电路模块放大后输出到电压同步开关阻尼电路模块中，得到第一反向控制电压值、第二反向控制电压值和第三反向控制电压值；
步骤七、所述电压同步开关阻尼电路模块将第一反向控制电压值、第二反向控制电压值和第三反向控制电压值分别对应输出到第一压电片、第二压电片和第三压电片中；
步骤八、所述第一压电片、第二压电片和第三压电片分别将第一反向控制电压值、第二反向控制电压值和第三反向控制电压值信号转化为机械力，产生与振动方向相反的力来抑制梁结构模型的振动，逐渐减小梁结构模型的振动幅度，实现压电半主动振动控制。
上述方法步骤四中所述卷积神经网络的训练过程为：
步骤401、构建训练样本，具体过程为：
步骤4011、所述第一加速度传感器对梁结构模型上表面在第一激振器作用下发生振动产生的加速度信号进行周期性检测；所述第二加速度传感器对梁结构模型正面在第二激振器作用下发生振动产生的加速度信号进行周期性检测；所述第三加速度传感器对梁结构模型侧面在第三激振器作用下发生振动产生的加速度信号进行周期性检测；
步骤4012、所述信号调理电路模块对第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器采集到的多组加速度信号进行信号调理后,得到多组第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号并输出到微控制器模块中；
步骤4013、所述微控制器模块对多组第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号采用三角形隶属度函数进行模糊化，得到多组第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度；
步骤4014、所述微控制器模块对步骤4013中每组第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度设定对应的第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值，并将多组对应的第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度以及第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值作为卷积神经网络的训练样本；
步骤402、建立卷积神经网络结构：
输入层：将第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度作为输入，输入节点为3个神经元；
卷积层：对第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度分别进行数据卷积，步长设为1，卷积核取3*1；
池化层：对卷积层卷积后的数据进行降维，采用最大池化方法进行数据提取；
全连接层：设置32个神经元，连接池化层输出的所有数据，设置Leaky ReLU为激活函数；
输出层：设置3个神经元，与全连接层进行全连接，输出为第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值；
步骤403、采用步骤401构建的训练样本，以第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度为卷积神经网络的输入，以第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值为卷积神经网络的输出，对步骤402建立的卷积神经网络进行训练，得到训练好的卷积神经网络。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的实验装置结构简单，布局合理，实现方便。
2、本发明通过第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器检测梁结构模型三个面振动产生的加速度信号，通过信号调理电路模块调理后传输到微控制器模块中，微控制器模块通过模糊卷积神经网络处理得到控制电压值，控制电压经过电压放大电路模块放大后，再通过电压同步开关阻尼电路模块得到反向控制电压值输出到第一压电片、第二压电片和第三压电片中，反向控制电压值信号转化为机械力，产生一个与振动方向相反的力来抑制梁结构模型的振动，逐渐减小梁结构模型的振动幅度，实现压电半主动振动控制，克服了被动控制对外界环境比较敏感的缺点，同时克服了主动控制系统复杂，能量需求大的缺点。
3、本发明采用半主动振动控制，综合了主动控制和被动控制两者的优点，耗能小且有很好的控制效果。
4、本发明通过检测梁结构模型振动时的加速度，加速度是速度的一阶导数，当加速度发生变化时，采集到的振动数据更加准确，可控性更好。
5、本发明采用模糊卷积神经网络算法对控制电压值进行处理，算法收敛速度快，控制电压值输出准确性高，实现控制力和控制信号的实时跟随，使半主动振动控制的抑振效果更加灵敏。
6、本发明能够有效应用在实验室振动控制的教学环节中，丰富学生的实验环节，同时能够为压电半主动振动控制的研究提供很好的平台，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明的实验装置结构简单，布局合理，实现方便，能够有效应用在实验室振动控制的教学环节中，丰富学生的实验环节，同时能够为压电半主动振动控制的研究提供很好的平台，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实验装置结构示意图；
图2为本发明控制单元的电路原理框图；
图3为本发明微控制器模块的电路原理图；
图4为本发明第一信号调理电路的电路原理图；
图5为本发明第二信号调理电路的电路原理图；
图6为本发明第三信号调理电路的电路原理图；
图7为本发明第一电压放大电路的电路原理图；
图8为本发明第二电压放大电路的电路原理图；
图9为本发明第三电压放大电路的电路原理图；
图10为本发明第一电压同步开关阻尼电路的电路原理图；
图11为本发明第二电压同步开关阻尼电路的电路原理图；
图12为本发明第三电压同步开关阻尼电路的电路原理图。
附图标记说明:
1—梁结构模型； 2—第一激振器； 3—第一加速度传感器；
4—第一压电片； 5—第二激振器； 6—第二加速度传感器；
7—第二压电片； 8—第三激振器； 9—第三加速度传感器；
10—第三压电片； 11—微控制器模块； 12—电源模块；
13—信号调理电路模块； 14—电压放大电路模块；
15—电压同步开关阻尼电路模块。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，包括梁结构模型1和控制单元，所述梁结构模型1的形状为长方体形，所述梁结构模型1的上表面设置有第一激振器2和位于第一激振器2一侧的第一加速度传感器3，所述梁结构模型1的下表面设置有与第一激振器2位置相对应的第一压电片4，所述梁结构模型1的正面设置有第二激振器5和位于第二激振器5一侧的第二加速度传感器6，所述梁结构模型1的背面设置有与第二激振器5位置相对应的第二压电片7，所述梁结构模型1的一个侧面设置有第三激振器8和位于第三激振器8一侧的第三加速度传感器9，所述梁结构模型1的另一个侧面设置有与第三激振器8位置相对应的第三压电片10；如图2所示，所述控制单元包括微控制器模块11和为所述控制单元中各用电模块供电的电源模块12，所述微控制器模块11的输入端接有信号调理电路模块13，所述第一加速度传感器3、第二加速度传感器6和第三加速度传感器9均与信号调理电路模块13的输入端连接，所述微控制器模块11的输出端接有电压放大电路模块14，所述电压放大电路模块14的输出端接有电压同步开关阻尼电路模块15，所述第一压电片4、第二压电片7和第三压电片10均与电压同步开关阻尼电路模块15的输出端连接。
本实施例中，如图3所示，所述微控制器模块11包括ARM芯片STM32F103C，以及与ARM芯片STM32F103C相接的第一晶振电路、第二晶振电路和复位电路，所述ARM芯片STM32F103C的第9引脚、第24引脚、第36引脚和第48引脚均与电源模块12的3.3V电压输出端连接，所述ARM芯片STM32F103C的第8引脚、第23引脚、第35引脚和第47引脚均接地；所述第一晶振电路包括晶振Y1、非极性电容C1和非极性电容C2，所述晶振Y1的一端和非极性电容C1的一端均与ARM芯片STM32F103C的第5引脚连接，所述晶振Y1的另一端和非极性电容C2的一端均与ARM芯片STM32F103C的第6引脚连接，所述非极性电容C1的另一端和非极性电容C2的另一端均接地；所述第二晶振电路包括晶振Y2、非极性电容C3和非极性电容C4，所述晶振Y2的一端和非极性电容C3的一端均与ARM芯片STM32F103C的第3引脚连接，所述晶振Y2的另一端和非极性电容C4的一端均与ARM芯片STM32F103C的第4引脚连接，所述非极性电容C3的另一端和非极性电容C4的另一端均接地；所述复位电路包括复位按键S1、非极性电容C5和电阻R1，所述复位按键S1的一端、非极性电容C5的一端和电阻R1的一端均与ARM芯片STM32F103C的第7引脚连接，所述复位按键S1的另一端和非极性电容C5的另一端均接地，所述电阻R1的另一端与电源模块12的3.3V电压输出端连接。
本实施例中，所述信号调理电路模块13包括电路结构均相同的第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路，如图4所示，所述第一信号调理电路包括型号均为LF356的运算放大器OP1、运算放大器OP2和运算放大器OP3，以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；所述运算放大器OP3的第3引脚与第一加速度传感器3的信号端连接，所述运算放大器OP3的第2引脚通过电阻R7与运算放大器OP3的第6引脚连接，且通过电阻R8接地，所述运算放大器OP2的第3引脚通过电阻R4与运算放大器OP3的第6引脚连接，且通过电阻R6接地，所述运算放大器OP1的第3引脚通过电阻R2与运算放大器OP1的第4引脚连接，且通过电阻R1接地，所述运算放大器OP1的第2引脚与运算放大器OP1的第6引脚连接，所述运算放大器OP2的第2引脚通过电阻R3与运算放大器OP1的第6引脚连接，且通过电阻R5与运算放大器OP2的第6引脚连接，所述运算放大器OP2的第6引脚与ARM芯片STM32F103C的第11引脚连接，所述运算放大器OP1的第7引脚、运算放大器OP2的第7引脚和运算放大器OP3的第7引脚均与电源模块12的+12V电压输出端连接，所述运算放大器OP1的第4引脚、运算放大器OP2的第4引脚和运算放大器OP3的第4引脚均与电源模块12的-12V电压输出端连接；如图5所示，所述第二信号调理电路包括型号均为LF356的运算放大器OP4、运算放大器OP5和运算放大器OP6，以及电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18；所述运算放大器OP6的第3引脚与第二加速度传感器6的信号端连接，所述运算放大器OP6的第2引脚通过电阻R17与运算放大器OP6的第6引脚连接，且通过电阻R18接地，所述运算放大器OP5的第3引脚通过电阻R14与运算放大器OP6的第6引脚连接，且通过电阻R16接地，所述运算放大器OP4的第3引脚通过电阻R12与运算放大器OP4的第4引脚连接，且通过电阻R11接地，所述运算放大器OP4的第2引脚与运算放大器OP4的第6引脚连接，所述运算放大器OP5的第2引脚通过电阻R13与运算放大器OP4的第6引脚连接，且通过电阻R15与运算放大器OP5的第6引脚连接，所述运算放大器OP5的第6引脚与ARM芯片STM32F103C的第12引脚连接，所述运算放大器OP4的第7引脚、运算放大器OP5的第7引脚和运算放大器OP6的第7引脚均与电源模块12的+12V电压输出端连接，所述运算放大器OP4的第4引脚、运算放大器OP5的第4引脚和运算放大器OP6的第4引脚均与电源模块12的-12V电压输出端连接；如图6所示，所述第三信号调理电路包括型号均为LF356的运算放大器OP7、运算放大器OP8和运算放大器OP9，以及电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27和电阻R28；所述运算放大器OP9的第3引脚与第三加速度传感器9的信号端连接，所述运算放大器OP9的第2引脚通过电阻R27与运算放大器OP9的第6引脚连接，且通过电阻R28接地，所述运算放大器OP8的第3引脚通过电阻R24与运算放大器OP9的第6引脚连接，且通过电阻R26接地，所述运算放大器OP7的第3引脚通过电阻R22与运算放大器OP7的第4引脚连接，且通过电阻R21接地，所述运算放大器OP7的第2引脚与运算放大器OP7的第6引脚连接，所述运算放大器OP8的第2引脚通过电阻R23与运算放大器OP7的第6引脚连接，且通过电阻R25与运算放大器OP8的第6引脚连接，所述运算放大器OP8的第6引脚与ARM芯片STM32F103C的第13引脚连接，所述运算放大器OP7的第7引脚、运算放大器OP8的第7引脚和运算放大器OP9的第7引脚均与电源模块12的+12V电压输出端连接，所述运算放大器OP7的第4引脚、运算放大器OP8的第4引脚和运算放大器OP9的第4引脚均与电源模块12的-12V电压输出端连接。
具体实施时，所述第一信号调理电路中运算放大器OP3、电阻R7和电阻R8构成同相比例运算电路，用于将第一加速度传感器3输出的电压信号转换成-1.5V～1.5V；所述第一信号调理电路中运算放大器OP1、电阻R1和电阻R2构成分压电路，用于产生1.5V稳定的偏置电压；所述第一信号调理电路中运算放大器OP2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6构成减法器，用于将同相比例运算电路转换的-1.5V～1.5V电压相加为0～3.3V电压输出到ARM芯片STM32F103C的第11引脚中；所述第二信号调理电路中运算放大器OP6、电阻R17和电阻R18构成同相比例运算电路，用于将第二加速度传感器6输出的电压信号转换成-1.5V～1.5V；所述第二信号调理电路中运算放大器OP4、电阻R11和电阻R12构成分压电路，用于产生1.5V稳定的偏置电压；所述第二信号调理电路中运算放大器OP5、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16构成减法器，用于将同相比例运算电路转换的-1.5V～1.5V电压相加为0～3.3V电压输出到ARM芯片STM32F103C的第12引脚中；所述第三信号调理电路中运算放大器OP9、电阻R27和电阻R28构成同相比例运算电路，用于将第三加速度传感器9输出的电压信号转换成-1.5V～1.5V；所述第三信号调理电路中运算放大器OP7、电阻R21和电阻R22构成分压电路，用于产生1.5V稳定的偏置电压；所述第三信号调理电路中运算放大器OP8、电阻R23、电阻R24、电阻R25和电阻R26构成减法器，用于将同相比例运算电路转换的-1.5V～1.5V电压相加为0～3.3V电压输出到ARM芯片STM32F103C的第13引脚中。
本实施例中，所述电压放大电路模块14包括电路结构均相同的第一电压放大电路、第二电压放大电路和第三电压放大电路，如图7所示，所述第一电压放大电路包括型号均为LT1112的运算放大器VR1和运算放大器VR2，以及非极性电容C21、非极性电容C22、非极性电容C23、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35和电阻R36；所述运算放大器VR1的第3引脚通过非极性电容C21与ARM芯片STM32F103C的第14引脚连接，且与电阻R31的一端连接，所述电阻R31的另一端与非极性电容C22的一端连接，且通过电阻R32接地，所述运算放大器VR1的第2引脚通过电阻R36与运算放大器VR1的第1引脚连接，且与非极性电容C22的另一端连接，所述运算放大器VR2的第3引脚通过电阻R33与运算放大器VR1的第1引脚连接，所述运算放大器VR2的第2引脚通过电阻R34与运算放大器VR2的第1引脚连接，且通过电阻R35接地，所述非极性电容C23并联在电阻R34的两端，所述运算放大器VR2的第1引脚为第一电压放大电路的控制电压信号输出端CAC1，所述运算放大器VR1第8引脚和运算放大器VR2的第8引脚均与电源模块12的3.3V电压输出端连接，所述运算放大器VR1第4引脚和运算放大器VR2的第4引脚均接地；如图8所示，所述第二电压放大电路包括型号均为LT1112的运算放大器VR3和运算放大器VR4，以及非极性电容C24、非极性电容C25、非极性电容C26、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和电阻R46；所述运算放大器VR3的第3引脚通过非极性电容C24与ARM芯片STM32F103C的第15引脚连接，且与电阻R41的一端连接，所述电阻R41的另一端与非极性电容C25的一端连接，且通过电阻R42接地，所述运算放大器VR3的第2引脚通过电阻R46与运算放大器VR3的第1引脚连接，且与非极性电容C25的另一端连接，所述运算放大器VR4的第3引脚通过电阻R43与运算放大器VR3的第1引脚连接，所述运算放大器VR4的第2引脚通过电阻R44与运算放大器VR4的第1引脚连接，且通过电阻R45接地，所述非极性电容C26并联在电阻R44的两端，所述运算放大器VR4的第1引脚为第二电压放大电路的控制电压信号输出端CAC2，所述运算放大器VR3第8引脚和运算放大器VR4的第8引脚均与电源模块12的3.3V电压输出端连接，所述运算放大器VR3第4引脚和运算放大器VR4的第4引脚均接地；如图9所示，所述第三电压放大电路包括型号均为LT1112的运算放大器VR5和运算放大器VR6，以及非极性电容C27、非极性电容C28、非极性电容C29、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55和电阻R56；所述运算放大器VR5的第3引脚通过非极性电容C27与ARM芯片STM32F103C的第16引脚连接，且与电阻R51的一端连接，所述电阻R51的另一端与非极性电容C28的一端连接，且通过电阻R52接地，所述运算放大器VR5的第2引脚通过电阻R56与运算放大器VR5的第1引脚连接，且与非极性电容C28的另一端连接，所述运算放大器VR6的第3引脚通过电阻R53与运算放大器VR5的第1引脚连接，所述运算放大器VR6的第2引脚通过电阻R54与运算放大器VR6的第1引脚连接，且通过电阻R55接地，所述非极性电容C29并联在电阻R54的两端，所述运算放大器VR6的第1引脚为第三电压放大电路的控制电压信号输出端CAC3，所述运算放大器VR5第8引脚和运算放大器VR6的第8引脚均与电源模块12的3.3V电压输出端连接，所述运算放大器VR5第4引脚和运算放大器VR6的第4引脚均接地。
具体实施时，所述电压放大电路模块14中的第一电压放大电路、第二电压放大电路和第三电压放大电路均采用两级放大，所述第一电压放大电路中运算放大器VR1、非极性电容C21、非极性电容C22、电阻R31、电阻R32和电阻R36构成第一级电压前置放大器，用于将ARM芯片STM32F103C第14引脚输出的电压信号进行放大，同时，由非极性电容C21和电阻R31组成的RC滤波电路用于隔直通交；所述第一电压放大电路中运算放大器VR2、非极性电容C23、电阻R33、电阻R34和电阻R35构成第二级同相比例运算放大器，用于比例放大ARM芯片STM32F103C第14引脚输出的电压信号；所述第二电压放大电路中运算放大器VR3、非极性电容C24、非极性电容C25、电阻R41、电阻R42和电阻R46构成第一级电压前置放大器，用于将ARM芯片STM32F103C第15引脚输出的电压信号进行放大，同时，由非极性电容C24和电阻R41组成的RC滤波电路用于隔直通交；所述第二电压放大电路中运算放大器VR4、非极性电容C26、电阻R43、电阻R44和电阻R45构成第二级同相比例运算放大器，用于比例放大ARM芯片STM32F103C第15引脚输出的电压信号；所述第三电压放大电路中运算放大器VR5、非极性电容C27、非极性电容C28、电阻R51、电阻R52和电阻R56构成第一级电压前置放大器，用于将ARM芯片STM32F103C第16引脚输出的电压信号进行放大，同时，由非极性电容C27和电阻R51组成的RC滤波电路用于隔直通交；所述第三电压放大电路中运算放大器VR6、非极性电容C29、电阻R53、电阻R54和电阻R55构成第二级同相比例运算放大器，用于比例放大ARM芯片STM32F103C第16引脚输出的电压信号。
本实施例中，所述电压同步开关阻尼电路模块15包括电路结构均相同的第一电压同步开关阻尼电路、第二电压同步开关阻尼电路和第三电压同步开关阻尼电路，如图10所示，所述第一电压同步开关阻尼电路包括三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、非极性电容C31、非极性电容C32、电感L1、电感L2、电阻R61和电阻R62，所述第一压电片4的一端、三极管T1的基极、三极管T2的集电极、三极管T3的基极、三极管T4的集电极、电阻R61的一端和电阻R62的一端均与第一电压放大电路的控制电压信号输出端CAC1连接，所述三极管T2的发射极与电感L1的一端连接，所述三极管T2的基极与整流二极管D2的阳极连接，所述三极管T1的集电极与整流二极管D2的阴极连接，所述三极管T1的发射极和非极性电容C31的一端均与整流二极管D1的阳极连接，所述整流二极管D1的阴极与电阻R61的另一端连接，所述三极管T3的发射极和非极性电容C32的一端均与整流二极管D3的阴极连接，所述整流二极管D3的阳极与电阻R62的另一端连接，所述三极管T3的集电极与整流二极管D4的阳极连接，所述三极管T4的基极与整流二极管D4的阴极连接，所述三极管T4的发射极与电感L2的一端连接，所述第一压电片4的另一端、非极性电容C31的另一端、电感L1的另一端、非极性电容C32的另一端和电感L2的另一端均接地；如图11所示，所述第二电压同步开关阻尼电路包括三极管T11、三极管T12、三极管T13、三极管T14、整流二极管D11、整流二极管D12、整流二极管D13、整流二极管D14、非极性电容C33、非极性电容C34、电感L3、电感L4、电阻R63和电阻R64，所述第二压电片7的一端、三极管T11的基极、三极管T12的集电极、三极管T13的基极、三极管T14的集电极、电阻R63的一端和电阻R64的一端均与第二电压放大电路的控制电压信号输出端CAC2连接，所述三极管T12的发射极与电感L3的一端连接，所述三极管T12的基极与整流二极管D12的阳极连接，所述三极管T11的集电极与整流二极管D12的阴极连接，所述三极管T11的发射极和非极性电容C33的一端均与整流二极管D11的阳极连接，所述整流二极管D11的阴极与电阻R63的另一端连接，所述三极管T13的发射极和非极性电容C34的一端均与整流二极管D13的阴极连接，所述整流二极管D13的阳极与电阻R64的另一端连接，所述三极管T13的集电极与整流二极管D14的阳极连接，所述三极管T14的基极与整流二极管D14的阴极连接，所述三极管T14的发射极与电感L4的一端连接，所述第二压电片7的另一端、非极性电容C33的另一端、电感L3的另一端、非极性电容C34的另一端和电感L4的另一端均接地；如图12所示，所述第三电压同步开关阻尼电路包括三极管T21、三极管T22、三极管T23、三极管T24、整流二极管D21、整流二极管D22、整流二极管D23、整流二极管D24、非极性电容C35、非极性电容C36、电感L5、电感L6、电阻R65和电阻R66，所述第三压电片10的一端、三极管T21的基极、三极管T22的集电极、三极管T23的基极、三极管T24的集电极、电阻R65的一端和电阻R66的一端均与第三电压放大电路的控制电压信号输出端CAC3连接，所述三极管T22的发射极与电感L5的一端连接，所述三极管T22的基极与整流二极管D22的阳极连接，所述三极管T21的集电极与整流二极管D22的阴极连接，所述三极管T21的发射极和非极性电容C35的一端均与整流二极管D21的阳极连接，所述整流二极管D21的阴极与电阻R65的另一端连接，所述三极管T23的发射极和非极性电容C36的一端均与整流二极管D23的阴极连接，所述整流二极管D23的阳极与电阻R66的另一端连接，所述三极管T23的集电极与整流二极管D24的阳极连接，所述三极管T24的基极与整流二极管D24的阴极连接，所述三极管T24的发射极与电感L6的一端连接，所述第三压电片10的另一端、非极性电容C35的另一端、电感L5的另一端、非极性电容C36的另一端和电感L6的另一端均接地。
具体实施时，所述电压同步开关阻尼电路模块15中的第一电压同步开关阻尼电路、第二电压同步开关阻尼电路和第三电压同步开关阻尼电路均采用自身模拟电路完成极值判断和开关控制，所述第一电压同步开关阻尼电路中三极管T1、整流二极管D1、整流二极管D2、非极性电容C31和电阻R61构成极小值判断器；三极管T2和电感L1构成极小值开关；三极管T3、整流二极管D3、整流二极管D4、非极性电容C32和电阻R62构成极大值判断器；三极管T4和电感L2构成极大值开关；最初第一电压同步开关阻尼电路中所有的三极管均处于关断状态，随着第一压电片4两端的电压不断增大，第一压电片4内部的等效电流源也慢慢变大，不断给非极性电容C31和非极性电容C32充电，当第一压电片4两端的电压升高到最大值Vmax时，非极性电容C32两端的电压等于Vmax+Vd,此时第一压电片4的两端的电压开始下降，其中Vd为整流二极管D3的导通电压，当电压下降到三极管T3的基极和发射极之间的导通阈值电压Vbe时，三极管T3导通，非极性电容C32开始放电，三极管T4导通，第一压电片4内进行谐振放电，第一压电片4两端的电压开始迅速减小，三极管T3和三极管T4关断，完成极大值判断；当三极管T3和三极管T4关断时，第一压电片4两端的电压开始反向，随着第一压电片4两端的电压不断反向增大，第一压电片4内部的等效电流源也慢慢变大，不断给非极性电容C31和非极性电容C32反向充电，当第一压电片4两端的电压反向到最大值Vmin时，非极性电容C31两端的电压等于Vmin+Vd,此时第一压电片4的两端的电压开始下降，其中Vd为整流二极管D1的导通电压，当电压下降到三极管T1的基极和发射极之间的导通阈值电压Vbe时，三极管T1导通，非极性电容C31开始放电，三极管T2导通，第一压电片4内进行谐振放电，第一压电片4两端的电压开始迅速减小，三极管T1和三极管T2关断，完成极小值判断；所述第二电压同步开关阻尼电路中三极管T11、整流二极管D11、整流二极管D12、非极性电容C33和电阻R63构成极小值判断器；三极管T12和电感L3构成极小值开关；三极管T13、整流二极管D13、整流二极管D14、非极性电容C34和电阻R64构成极大值判断器；三极管T14和电感L4构成极大值开关；最初第二电压同步开关阻尼电路中所有的三极管均处于关断状态，随着第二压电片7两端的电压不断增大，第二压电片7内部的等效电流源也慢慢变大，不断给非极性电容C33和非极性电容C34充电，当第二压电片7两端的电压升高到最大值Vmax时，非极性电容C34两端的电压等于Vmax+Vd,此时第二压电片7的两端的电压开始下降，其中Vd为整流二极管D13的导通电压，当电压下降到三极管T13的基极和发射极之间的导通阈值电压Vbe时，三极管T13导通，非极性电容C34开始放电，三极管T14导通，第二压电片7内进行谐振放电，第二压电片7两端的电压开始迅速减小，三极管T13和三极管T14关断，完成极大值判断；当三极管T13和三极管T14关断时，第二压电片7两端的电压开始反向，随着第二压电片7两端的电压不断反向增大，第二压电片7内部的等效电流源也慢慢变大，不断给非极性电容C33和非极性电容C34反向充电，当第二压电片7两端的电压反向到最大值Vmin时，非极性电容C33两端的电压等于Vmin+Vd,此时第二压电片7的两端的电压开始下降，其中Vd为整流二极管D11的导通电压，当电压下降到三极管T11的基极和发射极之间的导通阈值电压Vbe时，三极管T11导通，非极性电容C33开始放电，三极管T12导通，第二压电片7内进行谐振放电，第二压电片7两端的电压开始迅速减小，三极管T11和三极管T12关断，完成极小值判断；所述第三电压同步开关阻尼电路中三极管T21、整流二极管D21、整流二极管D22、非极性电容C35和电阻R65构成极小值判断器；三极管T22和电感L5构成极小值开关；三极管T23、整流二极管D23、整流二极管D24、非极性电容C36和电阻R66构成极大值判断器；三极管T24和电感L6构成极大值开关；最初第三电压同步开关阻尼电路中所有的三极管均处于关断状态，随着第三压电片10两端的电压不断增大，第三压电片10内部的等效电流源也慢慢变大，不断给非极性电容C35和非极性电容C36充电，当第三压电片10两端的电压升高到最大值Vmax时，非极性电容C36两端的电压等于Vmax+Vd,此时第三压电片10的两端的电压开始下降，其中Vd为整流二极管D23的导通电压，当电压下降到三极管T23的基极和发射极之间的导通阈值电压Vbe时，三极管T23导通，非极性电容C36开始放电，三极管T24导通，第三压电片10内进行谐振放电，第三压电片10两端的电压开始迅速减小，三极管T23和三极管T24关断，完成极大值判断；当三极管T23和三极管T24关断时，第三压电片10两端的电压开始反向，随着第三压电片10两端的电压不断反向增大，第三压电片10内部的等效电流源也慢慢变大，不断给非极性电容C35和非极性电容C36反向充电，当第三压电片10两端的电压反向到最大值Vmin时，非极性电容C35两端的电压等于Vmin+Vd,此时第三压电片10的两端的电压开始下降，其中Vd为整流二极管D21的导通电压，当电压下降到三极管T21的基极和发射极之间的导通阈值电压Vbe时，三极管T21导通，非极性电容C35开始放电，三极管T22导通，第三压电片10内进行谐振放电，第三压电片10两端的电压开始迅速减小，三极管T21和三极管T22关断，完成极小值判断。
本发明的基于加速度检测的压电半主动振动控制方法，包括以下步骤：
步骤一、所述第一加速度传感器3检测梁结构模型1上表面在第一激振器2作用下发生振动产生的加速度信号；所述第二加速度传感器6检测梁结构模型1正面在第二激振器5作用下发生振动产生的加速度信号；所述第三加速度传感器9检测梁结构模型1侧面在第三激振器8作用下发生振动产生的加速度信号；
步骤二、所述信号调理电路模块13对第一加速度传感器3、第二加速度传感器6和第三加速度传感器9采集到的加速度信号进行信号调理后,得到对应的第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号并输出到微控制器模块11中；
步骤三、所述微控制器模块11对第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号采用三角形隶属度函数进行模糊化，得到第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度；
步骤四、所述微控制器模块11将第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度输入预先训练好的卷积神经网络中，进行处理，得到卷积神经网络的输出，卷积神经网络的输出为第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值；
步骤五、所述微控制器模块11采用加权平均法对第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值去模糊，得到第一控制电压值、第二控制电压值和第三控制电压值；
步骤六、所述微控制器模块11将第一控制电压值、第二控制电压值和第三控制电压值经过电压放大电路模块14放大后输出到电压同步开关阻尼电路模块15中，得到第一反向控制电压值、第二反向控制电压值和第三反向控制电压值；
步骤七、所述电压同步开关阻尼电路模块15将第一反向控制电压值、第二反向控制电压值和第三反向控制电压值分别对应输出到第一压电片4、第二压电片7和第三压电片10中；
步骤八、所述第一压电片4、第二压电片7和第三压电片10分别将第一反向控制电压值、第二反向控制电压值和第三反向控制电压值信号转化为机械力，产生与振动方向相反的力来抑制梁结构模型1的振动，逐渐减小梁结构模型1的振动幅度，实现压电半主动振动控制。
方法步骤四中所述卷积神经网络的训练过程为：
步骤401、构建训练样本，具体过程为：
步骤4011、所述第一加速度传感器3对梁结构模型1上表面在第一激振器2作用下发生振动产生的加速度信号进行周期性检测；所述第二加速度传感器6对梁结构模型1正面在第二激振器5作用下发生振动产生的加速度信号进行周期性检测；所述第三加速度传感器9对梁结构模型1侧面在第三激振器8作用下发生振动产生的加速度信号进行周期性检测；
步骤4012、所述信号调理电路模块13对第一加速度传感器3、第二加速度传感器6和第三加速度传感器9采集到的多组加速度信号进行信号调理后,得到多组第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号并输出到微控制器模块11中；
步骤4013、所述微控制器模块11对多组第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号采用三角形隶属度函数进行模糊化，得到多组第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度；
步骤4014、所述微控制器模块11对步骤4013中每组第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度设定对应的第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值，并将多组对应的第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度以及第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值作为卷积神经网络的训练样本；
步骤402、建立卷积神经网络结构：
输入层：将第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度作为输入，输入节点为3个神经元；
卷积层：对第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度分别进行数据卷积，步长设为1，卷积核取3*1；
池化层：对卷积层卷积后的数据进行降维，采用最大池化方法进行数据提取；
全连接层：设置32个神经元，连接池化层输出的所有数据，设置Leaky ReLU为激活函数；
输出层：设置3个神经元，与全连接层进行全连接，输出为第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值；
步骤403、采用步骤401构建的训练样本，以第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度为卷积神经网络的输入，以第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值为卷积神经网络的输出，对步骤402建立的卷积神经网络进行训练，得到训练好的卷积神经网络。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，包括梁结构模型(1)，其特征在于：还包括控制单元，所述梁结构模型(1)的形状为长方体形，所述梁结构模型(1)的上表面设置有第一激振器(2)和位于第一激振器(2)一侧的第一加速度传感器(3)，所述梁结构模型(1)的下表面设置有与第一激振器(2)位置相对应的第一压电片(4)，所述梁结构模型(1)的正面设置有第二激振器(5)和位于第二激振器(5)一侧的第二加速度传感器(6)，所述梁结构模型(1)的背面设置有与第二激振器(5)位置相对应的第二压电片(7)，所述梁结构模型(1)的一个侧面设置有第三激振器(8)和位于第三激振器(8)一侧的第三加速度传感器(9)，所述梁结构模型(1)的另一个侧面设置有与第三激振器(8)位置相对应的第三压电片(10)；
所述控制单元包括微控制器模块(11)和为所述控制单元中各用电模块供电的电源模块(12)，所述微控制器模块(11)的输入端接有信号调理电路模块(13)，所述第一加速度传感器(3)、第二加速度传感器(6)和第三加速度传感器(9)均与信号调理电路模块(13)的输入端连接，所述微控制器模块(11)的输出端接有电压放大电路模块(14)，所述电压放大电路模块(14)的输出端接有电压同步开关阻尼电路模块(15)，所述第一压电片(4)、第二压电片(7)和第三压电片(10)均与电压同步开关阻尼电路模块(15)的输出端连接。
2.按照权利要求1所述的基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，其特征在于：所述微控制器模块(11)包括ARM芯片STM32F103C，以及与ARM芯片STM32F103C相接的第一晶振电路、第二晶振电路和复位电路，所述ARM芯片STM32F103C的第9引脚、第24引脚、第36引脚和第48引脚均与电源模块(12)的3.3V电压输出端连接，所述ARM芯片STM32F103C的第8引脚、第23引脚、第35引脚和第47引脚均接地；所述第一晶振电路包括晶振Y1、非极性电容C1和非极性电容C2，所述晶振Y1的一端和非极性电容C1的一端均与ARM芯片STM32F103C的第5引脚连接，所述晶振Y1的另一端和非极性电容C2的一端均与ARM芯片STM32F103C的第6引脚连接，所述非极性电容C1的另一端和非极性电容C2的另一端均接地；所述第二晶振电路包括晶振Y2、非极性电容C3和非极性电容C4，所述晶振Y2的一端和非极性电容C3的一端均与ARM芯片STM32F103C的第3引脚连接，所述晶振Y2的另一端和非极性电容C4的一端均与ARM芯片STM32F103C的第4引脚连接，所述非极性电容C3的另一端和非极性电容C4的另一端均接地；所述复位电路包括复位按键S1、非极性电容C5和电阻R1，所述复位按键S1的一端、非极性电容C5的一端和电阻R1的一端均与ARM芯片STM32F103C的第7引脚连接，所述复位按键S1的另一端和非极性电容C5的另一端均接地，所述电阻R1的另一端与电源模块(12)的3.3V电压输出端连接。
3.按照权利要求2所述的基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，其特征在于：所述信号调理电路模块(13)包括电路结构均相同的第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路，所述第一信号调理电路包括型号均为LF356的运算放大器OP1、运算放大器OP2和运算放大器OP3，以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；所述运算放大器OP3的第3引脚与第一加速度传感器(3)的信号端连接，所述运算放大器OP3的第2引脚通过电阻R7与运算放大器OP3的第6引脚连接，且通过电阻R8接地，所述运算放大器OP2的第3引脚通过电阻R4与运算放大器OP3的第6引脚连接，且通过电阻R6接地，所述运算放大器OP1的第3引脚通过电阻R2与运算放大器OP1的第4引脚连接，且通过电阻R1接地，所述运算放大器OP1的第2引脚与运算放大器OP1的第6引脚连接，所述运算放大器OP2的第2引脚通过电阻R3与运算放大器OP1的第6引脚连接，且通过电阻R5与运算放大器OP2的第6引脚连接，所述运算放大器OP2的第6引脚与ARM芯片STM32F103C的第11引脚连接，所述运算放大器OP1的第7引脚、运算放大器OP2的第7引脚和运算放大器OP3的第7引脚均与电源模块(12)的+12V电压输出端连接，所述运算放大器OP1的第4引脚、运算放大器OP2的第4引脚和运算放大器OP3的第4引脚均与电源模块(12)的-12V电压输出端连接；所述第二信号调理电路包括型号均为LF356的运算放大器OP4、运算放大器OP5和运算放大器OP6，以及电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18；所述运算放大器OP6的第3引脚与第二加速度传感器(6)的信号端连接，所述运算放大器OP6的第2引脚通过电阻R17与运算放大器OP6的第6引脚连接，且通过电阻R18接地，所述运算放大器OP5的第3引脚通过电阻R14与运算放大器OP6的第6引脚连接，且通过电阻R16接地，所述运算放大器OP4的第3引脚通过电阻R12与运算放大器OP4的第4引脚连接，且通过电阻R11接地，所述运算放大器OP4的第2引脚与运算放大器OP4的第6引脚连接，所述运算放大器OP5的第2引脚通过电阻R13与运算放大器OP4的第6引脚连接，且通过电阻R15与运算放大器OP5的第6引脚连接，所述运算放大器OP5的第6引脚与ARM芯片STM32F103C的第12引脚连接，所述运算放大器OP4的第7引脚、运算放大器OP5的第7引脚和运算放大器OP6的第7引脚均与电源模块(12)的+12V电压输出端连接，所述运算放大器OP4的第4引脚、运算放大器OP5的第4引脚和运算放大器OP6的第4引脚均与电源模块(12)的-12V电压输出端连接；所述第三信号调理电路包括型号均为LF356的运算放大器OP7、运算放大器OP8和运算放大器OP9，以及电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27和电阻R28；所述运算放大器OP9的第3引脚与第三加速度传感器(9)的信号端连接，所述运算放大器OP9的第2引脚通过电阻R27与运算放大器OP9的第6引脚连接，且通过电阻R28接地，所述运算放大器OP8的第3引脚通过电阻R24与运算放大器OP9的第6引脚连接，且通过电阻R26接地，所述运算放大器OP7的第3引脚通过电阻R22与运算放大器OP7的第4引脚连接，且通过电阻R21接地，所述运算放大器OP7的第2引脚与运算放大器OP7的第6引脚连接，所述运算放大器OP8的第2引脚通过电阻R23与运算放大器OP7的第6引脚连接，且通过电阻R25与运算放大器OP8的第6引脚连接，所述运算放大器OP8的第6引脚与ARM芯片STM32F103C的第13引脚连接，所述运算放大器OP7的第7引脚、运算放大器OP8的第7引脚和运算放大器OP9的第7引脚均与电源模块(12)的+12V电压输出端连接，所述运算放大器OP7的第4引脚、运算放大器OP8的第4引脚和运算放大器OP9的第4引脚均与电源模块(12)的-12V电压输出端连接。
4.按照权利要求2所述的基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，其特征在于：所述电压放大电路模块(14)包括电路结构均相同的第一电压放大电路、第二电压放大电路和第三电压放大电路，所述第一电压放大电路包括型号均为LT1112的运算放大器VR1和运算放大器VR2，以及非极性电容C21、非极性电容C22、非极性电容C23、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35和电阻R36；所述运算放大器VR1的第3引脚通过非极性电容C21与ARM芯片STM32F103C的第14引脚连接，且与电阻R31的一端连接，所述电阻R31的另一端与非极性电容C22的一端连接，且通过电阻R32接地，所述运算放大器VR1的第2引脚通过电阻R36与运算放大器VR1的第1引脚连接，且与非极性电容C22的另一端连接，所述运算放大器VR2的第3引脚通过电阻R33与运算放大器VR1的第1引脚连接，所述运算放大器VR2的第2引脚通过电阻R34与运算放大器VR2的第1引脚连接，且通过电阻R35接地，所述非极性电容C23并联在电阻R34的两端，所述运算放大器VR2的第1引脚为第一电压放大电路的控制电压信号输出端CAC1，所述运算放大器VR1第8引脚和运算放大器VR2的第8引脚均与电源模块(12)的3.3V电压输出端连接，所述运算放大器VR1第4引脚和运算放大器VR2的第4引脚均接地；所述第二电压放大电路包括型号均为LT1112的运算放大器VR3和运算放大器VR4，以及非极性电容C24、非极性电容C25、非极性电容C26、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和电阻R46；所述运算放大器VR3的第3引脚通过非极性电容C24与ARM芯片STM32F103C的第15引脚连接，且与电阻R41的一端连接，所述电阻R41的另一端与非极性电容C25的一端连接，且通过电阻R42接地，所述运算放大器VR3的第2引脚通过电阻R46与运算放大器VR3的第1引脚连接，且与非极性电容C25的另一端连接，所述运算放大器VR4的第3引脚通过电阻R43与运算放大器VR3的第1引脚连接，所述运算放大器VR4的第2引脚通过电阻R44与运算放大器VR4的第1引脚连接，且通过电阻R45接地，所述非极性电容C26并联在电阻R44的两端，所述运算放大器VR4的第1引脚为第二电压放大电路的控制电压信号输出端CAC2，所述运算放大器VR3第8引脚和运算放大器VR4的第8引脚均与电源模块(12)的3.3V电压输出端连接，所述运算放大器VR3第4引脚和运算放大器VR4的第4引脚均接地；所述第三电压放大电路包括型号均为LT1112的运算放大器VR5和运算放大器VR6，以及非极性电容C27、非极性电容C28、非极性电容C29、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55和电阻R56；所述运算放大器VR5的第3引脚通过非极性电容C27与ARM芯片STM32F103C的第16引脚连接，且与电阻R51的一端连接，所述电阻R51的另一端与非极性电容C28的一端连接，且通过电阻R52接地，所述运算放大器VR5的第2引脚通过电阻R56与运算放大器VR5的第1引脚连接，且与非极性电容C28的另一端连接，所述运算放大器VR6的第3引脚通过电阻R53与运算放大器VR5的第1引脚连接，所述运算放大器VR6的第2引脚通过电阻R54与运算放大器VR6的第1引脚连接，且通过电阻R55接地，所述非极性电容C29并联在电阻R54的两端，所述运算放大器VR6的第1引脚为第三电压放大电路的控制电压信号输出端CAC3，所述运算放大器VR5第8引脚和运算放大器VR6的第8引脚均与电源模块(12)的3.3V电压输出端连接，所述运算放大器VR5第4引脚和运算放大器VR6的第4引脚均接地。
5.按照权利要求4所述的基于加速度检测的压电半主动振动控制实验装置，其特征在于：所述电压同步开关阻尼电路模块(15)包括电路结构均相同的第一电压同步开关阻尼电路、第二电压同步开关阻尼电路和第三电压同步开关阻尼电路，所述第一电压同步开关阻尼电路包括三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、非极性电容C31、非极性电容C32、电感L1、电感L2、电阻R61和电阻R62，所述第一压电片(4)的一端、三极管T1的基极、三极管T2的集电极、三极管T3的基极、三极管T4的集电极、电阻R61的一端和电阻R62的一端均与第一电压放大电路的控制电压信号输出端CAC1连接，所述三极管T2的发射极与电感L1的一端连接，所述三极管T2的基极与整流二极管D2的阳极连接，所述三极管T1的集电极与整流二极管D2的阴极连接，所述三极管T1的发射极和非极性电容C31的一端均与整流二极管D1的阳极连接，所述整流二极管D1的阴极与电阻R61的另一端连接，所述三极管T3的发射极和非极性电容C32的一端均与整流二极管D3的阴极连接，所述整流二极管D3的阳极与电阻R62的另一端连接，所述三极管T3的集电极与整流二极管D4的阳极连接，所述三极管T4的基极与整流二极管D4的阴极连接，所述三极管T4的发射极与电感L2的一端连接，所述第一压电片(4)的另一端、非极性电容C31的另一端、电感L1的另一端、非极性电容C32的另一端和电感L2的另一端均接地；所述第二电压同步开关阻尼电路包括三极管T11、三极管T12、三极管T13、三极管T14、整流二极管D11、整流二极管D12、整流二极管D13、整流二极管D14、非极性电容C33、非极性电容C34、电感L3、电感L4、电阻R63和电阻R64，所述第二压电片(7)的一端、三极管T11的基极、三极管T12的集电极、三极管T13的基极、三极管T14的集电极、电阻R63的一端和电阻R64的一端均与第二电压放大电路的控制电压信号输出端CAC2连接，所述三极管T12的发射极与电感L3的一端连接，所述三极管T12的基极与整流二极管D12的阳极连接，所述三极管T11的集电极与整流二极管D12的阴极连接，所述三极管T11的发射极和非极性电容C33的一端均与整流二极管D11的阳极连接，所述整流二极管D11的阴极与电阻R63的另一端连接，所述三极管T13的发射极和非极性电容C34的一端均与整流二极管D13的阴极连接，所述整流二极管D13的阳极与电阻R64的另一端连接，所述三极管T13的集电极与整流二极管D14的阳极连接，所述三极管T14的基极与整流二极管D14的阴极连接，所述三极管T14的发射极与电感L4的一端连接，所述第二压电片(7)的另一端、非极性电容C33的另一端、电感L3的另一端、非极性电容C34的另一端和电感L4的另一端均接地；所述第三电压同步开关阻尼电路包括三极管T21、三极管T22、三极管T23、三极管T24、整流二极管D21、整流二极管D22、整流二极管D23、整流二极管D24、非极性电容C35、非极性电容C36、电感L5、电感L6、电阻R65和电阻R66，所述第三压电片(10)的一端、三极管T21的基极、三极管T22的集电极、三极管T23的基极、三极管T24的集电极、电阻R65的一端和电阻R66的一端均与第三电压放大电路的控制电压信号输出端CAC3连接，所述三极管T22的发射极与电感L5的一端连接，所述三极管T22的基极与整流二极管D22的阳极连接，所述三极管T21的集电极与整流二极管D22的阴极连接，所述三极管T21的发射极和非极性电容C35的一端均与整流二极管D21的阳极连接，所述整流二极管D21的阴极与电阻R65的另一端连接，所述三极管T23的发射极和非极性电容C36的一端均与整流二极管D23的阴极连接，所述整流二极管D23的阳极与电阻R66的另一端连接，所述三极管T23的集电极与整流二极管D24的阳极连接，所述三极管T24的基极与整流二极管D24的阴极连接，所述三极管T24的发射极与电感L6的一端连接，所述第三压电片(10)的另一端、非极性电容C35的另一端、电感L5的另一端、非极性电容C36的另一端和电感L6的另一端均接地。
6.一种采用如权利要求1所述实验装置进行基于加速度检测的压电半主动振动控制的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、所述第一加速度传感器(3)检测梁结构模型(1)上表面在第一激振器(2)作用下发生振动产生的加速度信号；所述第二加速度传感器(6)检测梁结构模型(1)正面在第二激振器(5)作用下发生振动产生的加速度信号；所述第三加速度传感器(9)检测梁结构模型(1)侧面在第三激振器(8)作用下发生振动产生的加速度信号；
步骤二、所述信号调理电路模块(13)对第一加速度传感器(3)、第二加速度传感器(6)和第三加速度传感器(9)采集到的加速度信号进行信号调理后,得到对应的第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号并输出到微控制器模块(11)中；
步骤三、所述微控制器模块(11)对第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号采用三角形隶属度函数进行模糊化，得到第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度；
步骤四、所述微控制器模块(11)将第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度输入预先训练好的卷积神经网络中，进行处理，得到卷积神经网络的输出，卷积神经网络的输出为第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值；
步骤五、所述微控制器模块(11)采用加权平均法对第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值去模糊，得到第一控制电压值、第二控制电压值和第三控制电压值；
步骤六、所述微控制器模块(11)将第一控制电压值、第二控制电压值和第三控制电压值经过电压放大电路模块(14)放大后输出到电压同步开关阻尼电路模块(15)中，得到第一反向控制电压值、第二反向控制电压值和第三反向控制电压值；
步骤七、所述电压同步开关阻尼电路模块(15)将第一反向控制电压值、第二反向控制电压值和第三反向控制电压值分别对应输出到第一压电片(4)、第二压电片(7)和第三压电片(10)中；
步骤八、所述第一压电片(4)、第二压电片(7)和第三压电片(10)分别将第一反向控制电压值、第二反向控制电压值和第三反向控制电压值信号转化为机械力，产生与振动方向相反的力来抑制梁结构模型(1)的振动，逐渐减小梁结构模型(1)的振动幅度，实现压电半主动振动控制。
7.按照权利要求6所述的一种基于加速度检测的压电半主动振动控制方法，其特征在于：步骤四中所述卷积神经网络的训练过程为：
步骤401、构建训练样本，具体过程为：
步骤4011、所述第一加速度传感器(3)对梁结构模型(1)上表面在第一激振器(2)作用下发生振动产生的加速度信号进行周期性检测；所述第二加速度传感器(6)对梁结构模型(1)正面在第二激振器(5)作用下发生振动产生的加速度信号进行周期性检测；所述第三加速度传感器(9)对梁结构模型(1)侧面在第三激振器(8)作用下发生振动产生的加速度信号进行周期性检测；
步骤4012、所述信号调理电路模块(13)对第一加速度传感器(3)、第二加速度传感器(6)和第三加速度传感器(9)采集到的多组加速度信号进行信号调理后,得到多组第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号并输出到微控制器模块(11)中；
步骤4013、所述微控制器模块(11)对多组第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号采用三角形隶属度函数进行模糊化，得到多组第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度；
步骤4014、所述微控制器模块(11)对步骤4013中每组第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度设定对应的第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值，并将多组对应的第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度以及第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值作为卷积神经网络的训练样本；
步骤402、建立卷积神经网络结构：
输入层：将第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度作为输入，输入节点为3个神经元；
卷积层：对第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度分别进行数据卷积，步长设为1，卷积核取3*1；
池化层：对卷积层卷积后的数据进行降维，采用最大池化方法进行数据提取；
全连接层：设置32个神经元，连接池化层输出的所有数据，设置Leaky ReLU为激活函数；
输出层：设置3个神经元，与全连接层进行全连接，输出为第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值；
步骤403、采用步骤401构建的训练样本，以第一电压模糊隶属度、第二电压模糊隶属度和第三电压模糊隶属度为卷积神经网络的输入，以第一模糊化的控制电压值、第二模糊化的控制电压值和第三模糊化的控制电压值为卷积神经网络的输出，对步骤402建立的卷积神经网络进行训练，得到训练好的卷积神经网络。
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