CN110968123A - 一种面向军用计算机应用的主动减振平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向军用计算机应用的主动减振平台，包括：连接板，军用计算机设于连接板上；被动减振系统，被动减振系统设于连接板底部；主动减振系统，主动减振系统包括：检测模块，检测模块用于检测主动减振平台的振动信息；执行模块，执行模块设于连接板上且用于产生抵抗振动的动力；驱动模块，驱动模块与执行模块相连以驱动执行模块动作；控制模块，控制模块与检测模块和驱动模块均相连。根据本发明实施例的面向军用计算机应用的主动减振平台具有被动减振系统和主动减振系统，通过被动减振系统与主动减振系统的配合，可以实现对全频段振动的有效减振，实现对军事计算机的全方位保护。

Description

一种面向军用计算机应用的主动减振平台

技术领域

本发明涉及抗振技术领域，尤其是涉及一种面向军用计算机应用的主动减振平台。

背景技术

相关技术中，军用计算机在安装结构上也有多种形式,常见的包括直接安装、上柜式、便携式等，为满足车载、舰载、机载等应用场合工作环境条件恶劣的需要，计算机通常对影响机器性能的各种因素，诸如电磁兼容、抗振动冲击、高低温、三防(防腐、防霉、抗盐雾)等采取加固措施，现有技术中，抗振效果有待改善。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种面向军用计算机应用的主动减振平台，面向军用计算机应用的主动减振平台具有被动减振系统和主动减振系统，通过被动减振系统与主动减振系统的配合，可以实现对全频段振动的有效减振，实现对军事计算机的全方位保护。

根据本发明实施例的一种面向军用计算机应用的主动减振平台，包括：连接板，所述军用计算机设于所述连接板上；被动减振系统，所述被动减振系统设于所述连接板底部；主动减振系统，所述主动减振系统包括：检测模块，所述检测模块用于检测所述主动减振平台的振动信息；执行模块，所述执行模块设于所述连接板上且用于产生抵抗所述振动的动力；驱动模块，所述驱动模块与所述执行模块相连以驱动所述执行模块动作；控制模块，所述控制模块与所述检测模块和所述驱动模块均相连，所述控制模块根据所述振动信息向所述驱动模块施加消振控制信号，所述驱动模块根据所述控制信号驱动所述执行模块动作。

根据本发明实施例的面向军用计算机应用的主动减振平台，本发明实施例的面向军用计算机应用的主动减振平台具有被动减振系统和主动减振系统，被动减振系统设于连接板底部，可以在装置整体受到外部的振动影响时，可以实现对外部振动的抵消和缓振作用，进而起到减振效果，保护位于连接板的上部结构不受振动影响而造成损坏，而主动减振系统包括：检测模块、执行模块、驱动模块和控制模块，通过各个模块之间的协同配合，由控制模块实现对主动减振系统的各个部件的控制，可以自动控制实现装置整体的自动化与智能化，实现对军用计算机的高效保护，同时通过被动减振系统与主动减振系统的配合，可以实现对全频段振动的有效减振，实现对军事计算机的全方位保护。

在本发明的一些实施例中，所述检测模块包括：ICP加速度传感器。

在本发明的一些实施例中，所述执行模块包括作动器，所述作动器包括音圈电机。

在本发明的一些实施例中，所述作动器包括多个，多个所述作动器间隔开设于所述连接板底部，其中所述多个作动器包括：垂向作动器，所述垂向作动器用于产生沿垂直于所述连接板厚度方向的动力；和/或横向作动器，所述横向作动器用于产生沿水平方向的动力。

在本发明的一些实施例中，所述被动减振系统包括多个橡胶减振器，且多个所述橡胶减振器分别设于所述连接板的多个拐角处。

在本发明的一些实施例中，所述垂向作动器包括多个，多个所述垂向作动器分别邻近多个所述橡胶减振器设置。

在本发明的一些实施例中，所述横向作动器包括多个，多个所述横向作动器分别设于所述连接板的多个边缘处。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的面向军用计算机应用的主动减振平台的机构示意图；

图2是本发明实施例的面向军用计算机应用的主动减振平台的装置组成框图。

附图标记：

面向军用计算机应用的主动减振平台100；

军用计算机1；

连接板2；

被动减振系统3；橡胶减振器31；

主动减振系统4；检测模块41；ICP加速度传感器411；执行模块42；作动器421；垂向作动器422；横向作动器423；音圈电机4211；驱动模块43；控制模块44；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“垂向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的面向军用计算机1应用的主动减振平台 100。

如图1-图2所示，一种面向军用计算机1应用的主动减振平台100，包括：连接板 2、被动减振系统3和主动减振系统4，军用计算机1设于连接板2上。

具体的，对于军事计算机而言，抗振动冲击技术是军用计算机1加固技术的重要内容，在机械环境条件中——振动、冲击、摇摆和颠振等，危害最大的就是振动。实践经验证明，振动损坏率比冲击损坏率大4倍。能经受50g-70g冲击的元器件，在持续振动环境中，最大也只能承受2g-3g的振动。

进一步的，振动的危害主要体现在：

(a)设备在某一激振频率下产生振幅很大的共振，最终因振动加速度超过设备所能承受的极限加速度而发生破坏。

(b)振动加速度的应力虽远远小于材料在静载荷下的强度，但是由于长时间振动使材料(包括印制电路板、元器件等)疲劳，从而影响设备性能，甚至导致设备破坏。

对其采取的加固措施通常为：

(a)在机箱等进行设计时，除了进行静、动强度分析外,还应考虑它的物理特性对其内部组件、器件的影响，以及安装架的传递率。关键在于运用去谐、去耦设计来加强机箱抗振、抗冲击能力。在设计机箱及零部件时,尽量选用高阻尼结构材料，如铝、铝镁合金；

(b)整体加装被动隔振装置，诸如弹性阻尼器(如弹簧减振器)、空气阻尼器、油阻尼器、固体摩擦阻尼器等；

(c)对关键部件如机械式硬盘等加装减振或隔振装置；

(d)加装可变阻尼半主动控制减振系统。

上述抗振动加固措施对保证军用计算机1的应用起到了巨大的作用，在今后相当长的一段时间内还将继续发挥作用，但存在着：

低频隔振效果不理想，特别是可变阻尼半主动控制减振系统在某些情况存在共振放大等问题，对计算机本身提出了较高的抗振要求，限制了计算机的普遍应用，不利于军事领域信息化、智能化的发展。

如图1所示，具体的，连接板2可以为其它结构的安装提供平台和支撑，被动减振系统3设于连接板2底部，即被动减振系统安装于连接板2的底面。

由此可知，通过被动减振系统，可以在装置整体受到外部的振动影响时，可以实现对外部振动的抵消和缓振作用，进而可以有效对中高频振动起到良好的隔振抑振效果，可以保护位于连接板2的上部结构不受振动影响而造成损坏。

其中，主动减振系统4包括：检测模块41、执行模块42、驱动模块43和控制模块 44。

如图1所示，检测模块41用于检测主动减振平台的振动信息，通过检测模块41可以实时监测平台的振动信息并做出反馈，执行模块42设于连接板2上且用于产生抵抗振动的动力，通过执行模块42可以主动产生振动，借此可以抵消平台的振动，驱动模块43与执行模块42相连以驱动执行模块42动作。

具体的，驱动模块43可以提供驱动力，驱动模块43是整个系统的能量提供机构，通过与执行模块42配合，可以使执行模块42主动产生振动来抵消外部的振动。

如图1所示，控制模块44与检测模块41和驱动模块43均相连，控制模块44根据振动信息向驱动模块43施加消振控制信号，驱动模块43根据控制信号驱动执行模块42 动作。

具体的，控制模块44与检测模块41和驱动模块43之间均有连接，由此，当系统受到外部振动影响时，控制模块44可以实现对主动减振平台的整体控制，控制模块44可以通过控制检测模块41检测外部振动的强度，控制模块44由此可以进一步控制驱动模块43产生使执行模块42作用的驱动力，进一步的，执行模块42可以产生具有抵消外部振动的同等强度的振动，进而可以抵消外部的振动，起到实现主动减振平台的减振作用的效果，同时可以保护具有此主动减振平台的军用计算机1不受振动的影响造成机械内部损坏。

综上，主动减振系统具有可自动跟踪振动频率的变化，实现装置整体的自动化与信息化，还可以通过主动产生与外部振动强度相同的振动来使其抵消，借此可以有效抑制低频振动。

根据本发明实施例的面向军用计算机1应用的主动减振平台100，本发明实施例的面向军用计算机1应用的主动减振平台100具有被动减振系统和主动减振系统，被动减振系统设于连接板2底部，可以在装置整体受到外部的振动影响时，可以实现对外部振动的抵消和缓振作用，进而起到减振效果，保护位于连接板2的上部结构不受振动影响而造成损坏，而主动减振系统4包括：检测模块41、执行模块42、驱动模块43和控制模块44，通过各个模块之间的协同配合，由控制模块44实现对主动减振系统的各个部件的控制，可以自动控制实现装置整体的自动化与智能化，实现对军用计算机1的高效保护，同时通过被动减振系统与主动减振系统的配合，可以实现对全频段振动的有效减振，实现对军事计算机的全方位保护。

并且通过对军事计算机采用主动减振平台，可以：

(a)提高军用计算机1对陆、海、空等不同振动环境的自适应能力；

(b)提升现有型号军用计算机1的使用寿命；

(c)降低对新型军用计算机1本体的抗振要求。

主动减振技术是主动控制技术的一个分支，是主动控制技术在结构减振中的应用，是被动减振技术的重要提升。随着近年其他支撑学科的快速发展和成熟，主动减振技术已在多个领域得到应用——汽车、楼宇结构、高级游艇等。在军事领域，主动减振技术已开始应用于舰船动力设备的减振降噪。

下面根据图1-图2详细介绍本发明实施例的面向军用计算机1应用的主动减振平台 100。

检测模块41包括：ICP加速度传感器411。

具体的，传感器是振动控制技术中一个重要器件，传感器可以实时监测装置外部受到的振动频率与振动强度。

可选的，传感器可以选用加速度传感器、速度传感器、位移传感器和力传感器。

本申请中选用ICP加速度传感器411进行说明，优选的，通过ICP加速度传感器411，可以在装置使用受到外部振动干扰时，ICP加速度传感器411具有良好的抗干扰性能，可以防止受到外部振动时，装置对于外部振动强度的检测产生误差或使检测装置受到损坏。

如图1-图2所示，执行模块42包括作动器421，作动器421包括音圈电机4211。

具体的，执行模块42中采用作动器421，通过作动器421可以实现装置产生主动振动力，通过作动器421产生于外部振动同等强度与频率的振动，可以有效抵消外部振动产生的影响，同时可以实现装置整体的自动化。

可选的，作动器421可以选用气动/液动式、压电式、电动式、磁致伸缩式、形状记忆合金式和电磁式。作动器421的工作原理有多种形式。综合考虑其适用条件、成熟度等因素，本项目选择音圈电机4211做作为作动器421核心元件。

优选的，本发明的实施例中采用具有音圈电机4211的电磁式。

音圈电机4211是一种直接驱动的电磁作动器421，音圈电机4211的原理为采用洛伦兹力原理，即通电导线置于磁场中，便会产生相应的电磁力；通过改变电机磁场中线圈电流的大小和流向，就可以相应的改变音圈电机4211洛伦兹力的大小和方向。

由此，音圈电机4211具有高响应速度的优势，并且音圈电机4211使用时不会产生相位的滞后，并且其紧凑的结构和体积、无限的分辨率、控制起来简单和良好的电流推力特性等优越的性能，使音圈电机4211更适合于诸如主动减振控制的高速响应场合。综上，执行模块42包括作动器421，作动器421采用音圈电机4211，由此可以实现装置整体对外部振动信号的高速响应，同时其产生的相位无滞后性，控制简单，无限的分辨率，体积紧凑，并且电流推力良好。

总之，音圈电机4211具有高响应速度，并且音圈电机4211使用时不会产生相位的滞后，并且其紧凑的结构和体积、无限的分辨率、控制起来简单和良好的电流推力特性等优越的性能，使音圈电机4211更适合于诸如主动减振控制的高速响应场合。

如图1所示，作动器421包括多个，多个作动器421间隔开设于连接板2底部，

可选的，其中多个作动器421可以包括：垂向作动器422，垂向作动器422用于产生沿垂直于连接板2厚度方向的动力。当外部产生的振动力主要为垂直方向振动力，可以通过安装多个垂向作动器422产生垂直向的振动力，用于抵消外部的垂直方向的振动力。

其中多个作动器421可以包括横向作动器423，横向作动器423用于产生沿水平方向的动力，当外部的振动力主要为水平向时，可以通过多个横向作动器423来产生水平向的振动力与其抵消。

进一步可选的，其中多个作动器421可以包括垂向作动器422和横向作动器423，当外部产生多个方向的振动力时，可以通过垂向作动器422与横向作动器423相互配合，在多方向产生与外部振动力等强度和频率的振动力，有效保护装置整体不受外部振动力的影响，可以实现对装置整体的全面减振。

如图1所示，被动减振系统3包括多个橡胶减振器31，且多个橡胶减振器31分别设于连接板2的多个拐角处。

具体的，被动减振系统由多个橡胶减振器组成，多个橡胶减振器可以实现对外部振动力的降低，且多个橡胶减振器设于连接板2的拐角处，可以有效防止装置整体受到外部振动力所产生的的机械振动。

如图1所示，垂向作动器422包括多个，多个垂向作动器422分别邻近多个橡胶减振器31设置。

具体的，多个橡胶减振器设于连接板2的拐角处，多个垂向作动器422临近橡胶减振器设置，可以有效配合橡胶减振器工作，实现对外部振动力的最大程度的消除，对军事计算机的抗振保护效果实现最大化。

如图1所示，横向作动器423包括多个，多个横向作动器423分别设于连接板2的多个边缘处。

具体的，通过设置横向作动器423，并且横向作动器423与垂向作动器422和橡胶减振器配合，可以实现对外部振动力的最大程度的消除，对军事计算机的抗振保护效果实现最大化。

综上，本发明实施例的一种面向军用计算机1应用的主动减振平台100：

1.创新点

提出主动减振器与传统减振系统的相结合的一体化结构设计方法，针对传统减振以及可变阻尼半主动的不足，以高效全频段抑制军用计算机1环境振动对计算机的传递，创新的提出主被动一体化减振结构设计方法，并通过主被动一体化减振器的结构设计、主被动减振的匹配技术研究等，构建主动减振器与传统减振系统的相结合的一体化结构设计方法，通过主动减振与传统隔振的互补，在保留传统减振优点的同时，突破其低频瓶颈难题，实现全频段的有效振动隔离。

2.系统组成及配置

抗振动加固措施对保证军用计算机1的应用起到了巨大的作用，在今后相当长的一段时间内还将继续发挥作用。

理论和实践表明，被动隔振系统技术对中高频具有良好的隔振抑振效果。但是随着我国技术研究工作的不断深入推进，在传统治理方法取得明显成效之后，进一步提升这些传统措施效能显得越来越困难，其中最突出的问题之一是低频窄带或低频线谱振动能量的抑制问题。而可变阻尼半主动控制减振系统在某些情况存在共振放大等问题。理论和初步实践表明主动隔振技术能灵活有效的应对低频窄带或低频线谱振动能量的抑制问题，解决低频隔振问题主要靠主动减振系统4。

本发明实施例是针对军用计算机1应用中具有代表性的低频窄带或低频线谱振动能量的抑制问题展开。

在现有的研究中，有大量的针对机械硬盘等部件抗振技术，但随着科技的发展固态硬盘必将成为主流。

针对单台式军用计算机1的主动减振系统4采用隔振的思路进行研究，以下称为独立安装主动减振系统4，其抽象物理模型如图1所示。之所以可以将便携式军用计算机 1的主动减振系统4研究并入单台式的研究之中，是因为可以在底层连接板2上设计针对便携式军用计算机1的锁紧装置，从而转化为单台式。

故，系统由被动减振系统3和主动减振系统4组成。

被动减振包含底层连接板2四角的合计4个弹簧阻尼系统，每个弹簧阻尼系统利用BE系列橡胶减振器31实现。

主动减振系统4装置由四部分组成：作动装置(作动器421)模块、驱动器模块、传感器模块、控制器模块组成，如图2所示。

(a)传感器模块

传感器模块承担振动信息的拾取功能。

传感模块由振动传感器、信号调理器、传感插头、传感数据线等组成。

(b)控制器模块

控制器模块是整个闭环控制的指令机构，核心由控制算法和相应的硬件载体组成。控制模块44由控制器、控制电源、控制机柜、控制信号屏蔽线缆等组成。

(c)驱动器模块

驱动器模块是系统的能量提供机构。驱动模块43由驱动器、驱动电源、驱动插头、驱动电缆等组成。

(d)作动器421模块

作动器421模块是整个闭环控制的指令执行机构。作动器421是能否达到控制目的的关键部件，装置不但对其出力有要求，还对其频率响应特性有要求。

在具体的控制过程中，装置系统通过传感器将系统状态信息反馈给控制器，控制器按系统控制算法向驱动器施加消振控制信号，而后驱动器接受控制信号并向电磁式作动装置实时提供作动能量，以对消振对象实现消振控制。

3.作动器421及传感器布置方案

设计为主被动结合的减振系统。其原因为：

(a)主动减振解决低频线谱问题，被动隔振应对中高频振动；

(b)对原系统改动不大，易于实现；

(c)可有效降低作动力的需求，从而降低作动器421质量及功率；

(d)可有效降低主动减振系统4对外部支承的影响。

独立安装主动减振系统4，如图1所示，作动器421布置在军用计算机1的下方，通过转接板与计算机本体相连。作动器421的基本布局为四垂(靠近被动隔振支承)，两横、两纵。若激扰振源特性以垂向为主，则可考虑去除两横、两纵。类似地根据激扰情况可以增加或减少作动器421的数量或改变作用位置，以达到最优。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种面向军用计算机应用的主动减振平台，其特征在于，包括：

连接板，所述军用计算机设于所述连接板上；

被动减振系统，所述被动减振系统设于所述连接板底部；

主动减振系统，所述主动减振系统包括：

检测模块，所述检测模块用于检测所述主动减振平台的振动信息；

执行模块，所述执行模块设于所述连接板上且用于产生抵抗所述振动的动力；

驱动模块，所述驱动模块与所述执行模块相连以驱动所述执行模块动作；

控制模块，所述控制模块与所述检测模块和所述驱动模块均相连，所述控制模块根据所述振动信息向所述驱动模块施加消振控制信号，所述驱动模块根据所述控制信号驱动所述执行模块动作。

2.根据权利要求1所述的面向军用计算机应用的主动减振平台，其特征在于，所述检测模块包括：ICP加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的面向军用计算机应用的主动减振平台，其特征在于，所述执行模块包括作动器，所述作动器包括音圈电机。

4.根据权利要求3所述的面向军用计算机应用的主动减振平台，其特征在于，所述作动器包括多个，多个所述作动器间隔开设于所述连接板底部，其中所述多个作动器包括：

垂向作动器，所述垂向作动器用于产生沿垂直于所述连接板厚度方向的动力；和/或

横向作动器，所述横向作动器用于产生沿水平方向的动力。

5.根据权利要求4所述的面向军用计算机应用的主动减振平台，其特征在于，所述被动减振系统包括多个橡胶减振器，且多个所述橡胶减振器分别设于所述连接板的多个拐角处。

6.根据权利要求5所述的面向军用计算机应用的主动减振平台，其特征在于，所述垂向作动器包括多个，多个所述垂向作动器分别邻近多个所述橡胶减振器设置。

7.根据权利要求6所述的面向军用计算机应用的主动减振平台，其特征在于，所述横向作动器包括多个，多个所述横向作动器分别设于所述连接板的多个边缘处。

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