CN114384798B - 减振控制装置及应用其的减振系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字化、智能化的减振控制装置及应用其的减振系统。该减振控制装置包括：减振控制器，用于调用差分方程形式的传递函数对数字输入信号进行处理，得到数字输出信号：其中，数字输入信号为由感应外界振动所产生的压电感应信号得到；数字输出信号用于生成抑制外界振动的压电作动信号，处理过程的表达式为：G(s)＝Y(s)/U(s)，其中，G(s)为传递函数，Y(s)和U(s)分别为数字输出信号和数字输入信号的拉普拉斯变换。本发明可以大大减小减振系统的体积，提升减振控制的智能性和精确性，具有广阔的应用前景。

Description

减振控制装置及应用其的减振系统

技术领域

本发明涉及机械减振领域，尤其涉及一种减振控制装置及应用其的减振系统。

背景技术

机械振动在工程领域会产生许多不利影响，如结构疲劳损伤、振动噪声、干扰精密仪器工作等。如何抑制结构振动一直是航空航天等领域重大装备密切专注的问题。传统的减振方法主要为添加阻尼层或隔振结构，但这难以满足当前装备轻量化的要求，同时也难以实现低频振动抑制。除此之外，传统被动减振方法难以实现减振性能的智能可调，难以适应复杂多变的工作环境。

压电材料以其具有的力电耦合效应在振动控制领域获得广泛的应用，利用其正压电效应，压电片可以作为传感器监测结构的振动响应并产生电信号；利用其负压电效应，压电片可以作为作动器通过电路对结构振动进行抑制。然而，基于压电片的被动控制方法所需的电路往往比较复杂，并且想要实现低频抑制需要很大的电感值，电路参数对环境变化的适应性差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明以期至少部分地解决以上技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

为了实现如上目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种减振控制装置，包括：

减振控制器，用于调用差分方程形式的传递函数对数字输入信号进行处理，得到数字输出信号：其中，数字输入信号为由感应外界振动所产生的压电感应信号得到；数字输出信号用于生成抑制外界振动的压电作动信号；

处理过程的表达式为：G(s)＝Y(s)/U(s)，其中，G(s)为传递函数，Y(s)和U(s)分别为数字输出信号和数字输入信号的拉普拉斯变换；

传递函数G(s)的表达式如下：

其中，s＝jω，为拉普拉斯变换的复变量，ω为频域系数；k₃₁为自感作动压电片的力电耦合系数；为自感作动压电片定常应力情况下的本征电容；

其中，n为预设的极点、零点、阻尼系数的数量；ω_p,i、ω_z,i、β_i分别为第i个极点的频率、第i个零点的频率，第i个阻尼系数；i＝1，2，……，n。

在本发明的一些实施例中，减振控制器包括：系数接收模块，用于接收传函系数，传函系数为传递函数经过Z变换后分子、分母各阶项的系数；传函生成模块，用于利用传函系数生成差分方程形式的传递函数；信号处理模块，用于调用差分方程形式的传递函数对数字输入信号进行处理，得到数字输出信号。

在本发明的一些实施例中，还包括：上位机，用于利用预存的传递函数框架以及输入的可调参数，生成传函系数；并将传函系数下发至系数接收模块；其中，可调参数为下列变量组中的一项或者多项：{n、ω_p,i、ω_z,i、β_i}；传函函数框架为传递函数中除可调参数之外的其他部分。

在本发明的一些实施例中，1≤n≤30，0<β_i<1；ω_z,i的取值范围满足：

在本发明的一些实施例中，减振控制装置还包括：感应信号处理电路，其后端连接至感应信号采集面，用于将由自感作动压电片感应外界振动得到的压电感应信号进行规整化处理；减振控制器还包括：模数转换模块，连接于感应信号处理电路和信号处理模块之间，用于对感应信号处理电路的输出信号进行模数转换，得到数字输入信号，并将数字输入信号输出至信号处理模块。

在本发明的一些实施例中，减振控制器还包括：数模转换模块，其后端连接至信号处理模块，用于将信号处理模块输出的数字输出信号进行数模转换。

在本发明的一些实施例中，减振控制装置还包括：控制信号处理电路，连接于数模转换模块和控制信号反馈面之间，用于对数模转换模块的输出信号进行规整化处理，得到驱动自感作动压电片动作以抑制外界振动的压电作动信号。

在本发明的一些实施例中，感应信号处理电路包括：感应信号电平调节器，其后端连接至感应信号采集面，用于将压电感应信号的电平调节至模数转换模块所能表达的电平范围内；低通滤波器，连接于感应信号电平调节器和模数转换模块之间，用于滤除输入信号的杂波；和/或

在本发明的一些实施例中，控制信号处理电路包括：控制信号电平调节器，其后端连接至数模转换模块，用于抵消感应信号电平调节器的作用，将输出信号的电平调节至压电感应信号的电平范围；可调电阻器，连接于控制信号电平调节器和控制信号反馈面之间，其作为电压控电流源以电流的形式反馈压电作动信号。

为了实现如上目的，根据本发明的第二个方面，还提供了一种减振系统，包括：如上的减振控制装置；压电减振机构，固定于产生外界振动的振动部件，其具有感应信号采集面和控制信号反馈面；其中，感应信号采集面连接至感应信号处理电路，控制信号处理电路连接至控制信号反馈面。

在本发明的一些实施例中，压电减振机构包括：粘贴于振动部件的自感作动压电片；自感作动压电片的两表面均铺设电极；自感作动压电片通过其第一表面粘贴在振动部件上，该第一表面作为控制信号反馈面，并接地；自感作动压电片远离振动部件的第二表面作为感应信号采集面。

在本发明的一些实施例中，压电减振机构包括：粘贴于振动部件的第一自感作动压电片和第二自感作动压电片；第一自感作动压电片和第二自感作动压电片的结构、尺寸相同，在振动部件上的粘贴位置相互对应，两者在极化方向相反；且两者任一的两表面均铺设电极，第一自感作动压电片通过其第二表面粘贴在振动部件上，第二表面接地；第一自感作动压电片远离振动部件的第一表面作为感应信号采集面；第二自感作动压电片通过其第二表面粘贴在振动部件上，第二表面接地；第二自感作动压电片远离振动部件的第一表面作为控制信号反馈面。

在本发明的一些实施例中，振动部件为梁式结构，M个压电减振机构沿振动部件的延伸方向依次设置，M≥1。

在本发明的一些实施例中，振动部件为板式结构，K个的压电减振机构在振动部件上阵列设置，K≥1。

在本发明的一些实施例中，减振系统包括：L个的压电减振机构和1个的减振控制装置，L个的压电减振机构共用1个的减振控制装置，L≥2。

(三)有益效果

从上述技术方案可知，本发明至少具有以下有益效果其中之一：

(1)数字化减振，摒弃了现有技术中利用模拟电路进行减振的方式，将压电感应信号在减振控制器中调用传递函数进行处理并得到压电作动信号，节省了模拟电路元件的成本，减小了减振系统的体积，扩大了减振系统的适用范围。

(2)组成传递函数的可调参数通过上位机实时调控，从而可以根据应用场景需求设定极点的数量，极点、零点的频率位置，阻尼系数等参数，大大提升了控制的智能性和精确性，并且可以实现有效的宽低频减振；此外，还可以通过上位机对可调参数进行实时调控的修改，大大降低了传统电路在调试过程的复杂度和成本。

(4)压电片作为自感作动器工作，可实现同位控制并具有较强的系统鲁棒性。

(5)在第一种减振系统中，对于同一个压电片，其第二表面作为感应信号采集面；其第一表面作为控制信号反馈面，大大简化了减振系统的结构。

(6)通过感应信号电平调节器将压电感应信号调节至减振控制器所能接受的电平范围内，通过控制信号电平调节器抵消感应信号电平调节器作用，将压电作动信号调节至压电感应信号的电平范围内，从而实现了压电片和减振控制器的匹配，进而扩大了两者选择的范围。

此外，在感应信号采集面和减振控制器的输入端口之间设置低频滤波器，滤除环境杂波，从而减小了环境杂波对减振效果的影响。

(7)在减振控制器和控制信号反馈面之间设置可调电阻器，可调电阻器以电压控电流源的形式向压电片反馈压电控制信号。

(8)在梁式结构和板式结构中采用时，可以并排设置或者阵列设置压电片，不同压电片对应减振控制器中的传递函数可以是效果互补的，可以提升整体的减振效果。

附图说明

图1为根据本发明减振系统第一实施例的结构示意图。

图2为图1所示减振系统中减振控制器和上位机的结构示意图。

图3为根据本发明减振系统第二实施例的结构示意图。

图4为本发明减振系统第二实施例应用至梁结构场景的示意图。

图5为图4所示场景下减振系统减振效果的曲线图。

图6为本发明减振系统第二实施例应用至板结构场景的示意图。

图7为图6所示场景下减振系统减振效果的曲线图。

具体实施方式

本发明可以通过减振控制器的传递函数，利用压电感应信号生成压电作动信号，将压电作动信号反馈至相应压电片中，可以实现结构减振功能，从而提供了一种数字化、智能化的减振方式。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明首先提供了一种减振控制装置，在此基础上提供了一种减振系统。但是，为了便于理解，下文中首先针对减振系统进行说明，其中会包括对减振控制装置的详细说明；而后再单独对减振控制装置进行简单介绍。

一、减振系统第一实施例

图1为根据本发明减振系统第一实施例的结构示意图。如图1所示，A为产生的振动部件，虚线表示信号流的方向。本实施例减振系统包括：

自感作动压电片110，粘贴在振动部件A的上表面，其随着所述振动部件的振动而产生应变，利用自身的压电特性在其作为感应信号采集面的上表面获得应变所产生的原始压电感应信号；并在其作为控制信号反馈面的下表面上加载压电作动信号；

减振控制装置200，用于利用原始的压电感应信号产生压电作动信号，将该压电作动信号加载至自感作动压电片110上；

其中，自感作动压电片110在压电作动信号的驱动下利用自身的压电特性产生应变抑制振动部件的振动。

需要重点强调的是，本实施例中，对于同一个压电片，其同时作为感应信号采集部件和控制信号作动部件，可实现振动响应的同位控制，极大地增强了减振系统的鲁棒性，与此同时，也大大简化了减振系统的结构。

1、自感作动压电片

本实施例中，自感作动压电片同时作为感应信号采集部件和控制信号作动部件。自感作动压电片110为用压电材料制作的片状部件，压电材料的极化方向沿着压电片的厚度方向，此处的压电材料可以为PZT、PVF2等材料。

请参照图1，自感作动压电片110的下表面粘贴在振动部件A的上表面。其中，自感作动压电片的上表面和下表面均铺设有电极。其中，自感作动压电片的上表面作为感应信号采集面，下表面作为控制信号反馈面。并且，控制信号反馈面接地。

2、减振控制装置

请继续参照图1，对于减振控制器200而言，其进一步包括：

上位机220，用于利用预存的传递函数框架以及输入的可调参数，生成传函系数；

减振控制器230，用于利用传函系数生成差分方程形式的传递函数；

感应信号处理电路210，其后端连接至感应信号采集面，用于将由自感作动压电片110感应外界振动得到的压电感应信号进行规整化处理；

减振控制器230，连接至感应信号处理电路，用于对输入信号进行模数转换；对生成的数字输入信号调用所述差分形式的传递函数进行处理，得到数字输出信号；对数字输出信号进行数模转换；

控制信号处理电路240，连接于数模转换模块和控制信号反馈面之间，用于对减振控制器的输出信号进行规整化处理，得到驱动自感作动压电片动作以抑制外界振动的压电作动信号。

以下对减振控制装置的各个部分进行详细说明

2.1感应信号处理电路和控制信号处理电路

请继续参照图1，感应信号处理电路210包括：感应信号电平调节器211和低通滤波器212。控制信号处理电路240包括：控制信号电平调节器241和可调电阻器242。

本实施例中，感应信号电平调节器211、低通滤波器212、控制信号电平调节器241、可调电阻器242可集成于同一个电路板上，实现减振系统的小型化、轻量化。

众所周知，自感作动压电片所感应得到的原始的压电感应信号的幅度与减振控制器所能接收的信号的幅度不一定吻合，在这种情况下，就需要采用电平调节器将自感作动压电片所感应得到的压电感应信号的幅度调节至减振控制器所能接收的信号的幅度，才能保证整个减振系统的运行。

具体地，本实施例中，自感作动压电片110输出原始感应信号的幅度为：-30V～+30V；而减振控制器能够接收的信号幅度为：0V～3.3V，因此，需要通过感应信号电平调节器211将自感作动压电片110输出感应信号的幅度调整至0V～3.3V之内，才能送入减振控制器230，进而送入可编程逻辑芯片210中。

在感应信号电平调节器211中，存在电压幅值调节电路与电压偏置电路。感应电压通过电压幅值调节电路实现幅值的缩小，随后通过电压偏置电路后使得电压信号发生整体偏移，从而消除负压，以此满足减振控制器的输入要求。

同理，为了实现将减振控制器230输出信号能够充分地驱动自感作动压电片110，就需要通过控制信号电平调节器241将减振控制器输出的幅度处于0V～3.3V范围内的输出信号电压调整至自感作动压电片110感应电压的幅值范围：-30V～+30V内。

其次，在自感作动压电片110获得的原始的压电感应信号当中，会混有高频杂波。这部分高频杂波并非是由振动部件A振动所产生的，而是由环境、电源等因素所产生的，因此需要将这部分高频杂波滤除，以保证输入至减振控制器230内信号的准确性和稳定性。

基于上述考虑，在感应信号电平调节器211和减振控制器230之间设置有低通滤波器212，用于滤除高频杂波。该低通滤波器212的通带范围根据实际情况限定，本领域技术人员应当很清楚通带范围的设置和调整方式，此处不再赘述。

最后，在控制信号处理电路240中，在控制信号电平调节器241和自感作动压电片110之间，还设置有可调电阻器242，用于作为电压控电流源反馈个压电片控制信号。事实上，在确定电阻值后也可以采用固定电阻器来代替可调电阻器，但可调电阻器的优势在于可以实时、便捷地进行调整。

本领域技术人员应当理解，以上仅是示例，在应用时，可以根据实际场景来设置各个部件的调节范围和设置位置。并且，在自感作动压电片的压电感应信号的幅值与可编程逻辑芯片能够接收的压电感应信号的幅度一致的情况下，感应信号电平调节器可以省略，在压电作动信号的幅值和压电片感应电压的幅值一致的情况下，控制信号电平调节器可以省略。在减振控制器对信号精度要求不高的情况下，低通滤波器可以省略。

2.2减振控制器和上位机

图2为图1所示减振系统中减振控制器和上位机的结构示意图。请参照图2，减振控制器230包括：系数接收模块231、传函生成模块232、模数转换模块233、信号处理模块234、数模转换模块235。该减振控制器可以在同一块电路板或者可编程逻辑电路中实现。

模数转换模块233连接于所述感应信号处理电路210和信号处理模块234之间，用于对感应信号处理电路的输出信号进行模数转换，得到所述数字输入信号，并将所述数字输出信号输出至所述信号处理模块。

数模转换模块235的后端连接至信号处理模块234，用于将所述信号处理模块输出的数字输出信号进行数模转换，并将转换后的信号输出至控制信号处理电路240。

关于模数转换模块233和数模转换模块235，可以参照现有技术的相关说明，此处不再详细说明。以下重点对传递函数的相关内容进行详细说明。

传递函数是信号处理领域的常用概念，以公式表示：G(s)＝Y(s)/U(s)，其中，G(s)为传递函数，Y(s)和U(s)分别为数字输出信号和数字输入信号的拉普拉斯变换。

请继续参照图2，上位机220，用于利用预存的传递函数框架以及输入的可调参数，生成传函系数；并将所述传函系数下发至所述系数接收模块。减振控制器230包括：系数接收模块231，用于接收传函系数；传函生成模块232，用于利用传函系数生成差分方程形式的传递函数；信号处理模块234，用于调用所述差分方程形式的传递函数对数字输入信号进行处理，得到数字输出信号。

此处需要说明的是：

①可调参数为下列变量组中的一项或者多项：{n、ω_p,i、ω_z,i、β_i}，i＝1，2，……，n；在某些实际应用中，有些参数被设定为常量，只用单独设定其他的可调参数即可。

②传递函数的框架，即传递函数中除了可调参数之外的其他部分。

③传函系数为所述传递函数经过Z变换后分子、分母各阶项的系数。

关于上文中的Z变换、拉普拉斯变换、传递函数、传函系数、差分形式的传递函数、可调参数等，均为信号处理领域通用的概念，不再详细说明。另外，上位机220可以为计算机，关于传递函数在计算机中的存储等也不再详细说明。

本实施例中，传递函数G(s)的表达式如下：

式中，s＝jω为拉普拉斯变换的复变量，ω为频域系数，k₃₁为自感作动压电片的力电耦合系数，为自感作动压电片定常应力情况下的本征电容；

式中，n为所设定的极点、零点、阻尼系数的数量，其中，极点的数量、零点的数量、阻尼系数的数量，三者的数量都是相同的；

式中，ω_p,i,ω_z,i,β_i分别为第i个极点的频率，第i个零点的频率，第i个阻尼系数；

本实施例的传递函数中，ω_p,i,ω_z,i,n,β_i均为可调控的参数，简称可调参数。传递函数的可调参数ω_p,i可以在对应频率处产生谐振，从而可以精确地在极点所对应的频率ω_p,i处实现结构减振。

①可调参数n

可调参数n对应于传递函数产生的谐振频率的数量，当n>1时，传递函数可以设定多个ω_p,i并产生多个谐振频率，基于本传递函数的减振系统可以在多个目标频率同时实现减振效果，从而可以产生多个禁带并实现宽低频的振动抑制，大大增加控制自由度以及减振效率。优选地，1≤n≤30。

②可调参数ω_p,i，i＝1，2，……，n

由于可调参数ω_p，i的选择具有任意性，基于本传递函数的减振系统可以在任意目标频率处实现减振效果。

③可调参数β_i，i＝1，2，……，n

可调参数β_i为传递函数中第i个阻尼系数，适当调节β_i可以在保证减振效果的同时拓宽减振频率范围。阻尼系数的取值范围介于：0<β_i<1。

④可调参数ω_z,i，i＝1，2，……，n

可调参数ω_z,i与ω_p,i相对应，为了保证传递函数稳定性。ω_z,i的取值范围需满足：

关于本实施例中的传递函数，有以下两点需要说明

(1)数字化减振

本发明实现了数字化减振的，摒弃了现有技术中利用模拟电路进行减振的方式，将压电感应信号在减振控制器中调用传递函数进行处理并得到压电作动信号，节省了电路元件的成本，减小了控制器体积，扩大了减振系统的适用范围。

(2)智能化减振

本发明中，组成传递函数的传函系数是通过上位机实时调控的，这样做的优势在于：①根据应用场景需求设定极点的数量，极点、零点的频率位置，阻尼系数等参数，大大提升了控制的智能性和精确性，并且可以实现有效的宽低频减振；②可以通过上位机对参数进行实时调控的修改，大大降低了传统电路调控的复杂度和成本。

本领域技术人员能够理解，如果在调试完成后不需要对传函系数进行调整的话，也可以将该传函参数设置为常数，此时就可以省略上位机的设置。

本实施例中，基于压电自感知效应，将压电片同时作为传感器和作动器，压电片作为传感器监测的振动信号通过感应信号电平调节器与低通滤波器处理后传输到减振控制器中，减振控制器对压电感应信号处理后得到压电作动信号，并通过可调电阻器驱动压电片，实现减振效果，同时大大减小了减振系统的体积。

二、减振系统第二实施例

图3为根据本发明减振系统第二实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例中，减振系统包括：压电片组和减振控制装置200。减振控制装置200包括：上位机220、减振控制器230、感应信号处理电路210、减振控制器230、控制信号处理电路240。

其中，减振控制装置200与如上减振系统第一实施例相同，此处不再重述。

请参照图3，本实施例中，压电片组包括：结构相同，在振动部件B的上、下表面对应粘贴的第一压电片121和第二压电片122。第一压电片和第二压电片均作为自感作动器工作，其结构、形状、材质相同，极化方向相反。

第一压电片121的上、下表面均铺设电极，其通过下表面粘贴在振动部件B的上表面，其下表面接地，上表面作为感应信号采集面连接至信号处理电路的感应信号处理电路。

第二压电片122的上、下表面均铺设电极，其通过上表面粘贴在振动部件B的下表面，其上表面接地，下表面作为控制信号反馈面连接至信号处理电路的控制信号处理电路。

换句话说，两压电片正对粘贴在振动部件的上、下表面，压电片与振动部件的接触表面接地处理，上、下压电片的两个暴露表面电极通过导线分别连接至感应信号处理电路210和控制信号处理电路240。这种粘贴方式可以增强该装置的减振效果。

需要补充的是，第一压电片和第二压电片中的感应信号采集面、控制信号反馈面的区分仅与和减振控制器输入、输出端口的连接方式相关，两片压电片整体仍然同时作为传感器、作动器工作。

以下给出本实施例在两场景下实际应用的示例。

1、场景一

本场景所选用的振动部件为梁结构。振动部件采用四个减振系统。

图4为本发明减振系统第二实施例应用至梁结构场景的示意图。如图4所示，所述梁结果一端为固定端B1，在靠近固定端的位置B2施加竖直方向的载荷激励产生振动，加速度传感器在靠近悬臂梁自由端B3固定并测量经过减振系统后的振动响应，四个减振系统的压电片组沿梁的长度方向单向分布，同一压电片组中的两压电片对应粘贴在梁的上、下表面以增强减振效果，对应位置的压电片的暴露表面通过导线分别连接至感应信号处理电路和控制信号处理电路。通过在减振控制器中写入传递函数，可以同时实现对悬臂梁的多个共振峰减振。

图5为图4所示场景下减振系统减振效果的曲线图。如图5所示，附加减振系统后的悬臂梁在所选取的0～3000Hz范围内存在四个模态峰，在模态峰对应频率处悬臂梁会产生共振并发生较大变形。本实施例即选取这前四阶模态同时进行振动控制。此时，传递函数内部参数n＝4，对应的四个谐振频率为：

ω_p,1＝74Hz,ω_p,2＝424Hz,ω_p,3＝1051Hz,ω_p,4＝2130Hz。

从控制后结果可以发现，减振系统工作后悬臂梁的前四阶模态处的加速度响应均有明显下降，74Hz处的低频模态也有十分明显的控制效果。减振系统可以精确有效地同时在多个频率减弱结构振动。

可以理解的是，减振系统中所包括的压电片组的数目可以根据需要任意调整。

基于上述应用，本领域技术人员应当理解，对于振动部件为梁式结构，M个压电减振机构沿振动部件的延伸方向依次设置，M≥1，的具体应用，可以产生与本实施例类似的技术效果。更加优选地，不同压电片对应减振控制器中的传递函数可以是效果互补的，从而可以进一步提升减振效果。

2、场景二

本场景所选用的振动部件为板结构。在本场景下，采用了多个减振系统。多个减振系统的压电片组在振动部件上阵列排列。

图6为本发明减振系统第二实施例应用至板结构场景的示意图。如图6所示，所述板结构四端自由，在板中心位置C1施加竖直方向的载荷激励产生振动，加速度传感器在靠近板自由端的位置C2固定并测量经过减振系统后的振动响应，所述减振系统沿板的长宽方向阵列排布，压电片对应粘贴在板的上下表面以增强减振效果，对应位置的压电片的暴露表面通过导线分别连接至感应信号处理电路和控制信号处理电路。通过减振控制器中的传递函数实现对板的多个共振峰减振。

图7为图6所示场景下减振系统减振效果的曲线图。如图7所示，附加减振系统后的板在所选取的0～2000Hz范围内存在两个模态峰，本实施例即选取这前两阶模态同时进行振动控制。此时，传递函数内部参数n＝2，对应的两个谐振频率为：

ω_p,1＝611Hz,ω_p,2＝1589Hz。

控制后的结果中，自由板的前两阶模态处的加速度响应均有明显下降，本发明所提出的减振系统可以精确地同时在多个频率减振。

基于上述应用，本领域技术人员应当理解，对于振动部件为板式结构，K个所述的压电减振机构在振动部件上阵列设置，K≥1，的具体应用，可以产生与本实施例类似的技术效果。更加优选地，不同压电片对应减振控制器中的传递函数可以是效果互补的，从而可以进一步提升减振效果。

③其它场景

虽然以上场景一和场景二均采用多个减振系统，但本领域技术人员应当理解，多个压电片组也可以共用同一个减振控制装置，在这种情况下，可以采用包括L个压电片组和1个减振控制装置的减振系统，同样可以实现本发明，L≥2。

至此，本发明减振系统第二实施例介绍完毕。

三、减振控制装置实施例

由以上两个实施例可以看出，对于两者中的减振控制装置具有普适性，并且可以单独地生产、制造、销售和使用。因此，可以理解的是，本发明同样给出了一种减振控制装置。该减振控制装置的相关内容可参看两减振系统实施例，此处不再重述。

需要说明的是，对于实施例中某些实现方式，如果其并非本发明的关键内容，且为所属技术领域中普通技术人员所熟知，则在附图或说明书正文中并未对其进行详细说明，此时可参照相关现有技术进行理解。

进一步地，应当理解的是，提供这些实施例的目的仅是使得本发明满足法律要求，而本发明可以用许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚地认识。

综上所述，本发明提供一种数字化、智能化的减振控制装置及应用其的减振系统，可以大大减小减振系统的体积，提升控制的智能性和精确性，具有广阔的应用前景。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

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“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的具体含义。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种减振控制装置，其特征在于，包括：

减振控制器，用于调用差分方程形式的传递函数对数字输入信号进行处理，得到数字输出信号：其中，所述数字输入信号为由感应外界振动所产生的压电感应信号得到；所述数字输出信号用于生成抑制所述外界振动的压电作动信号；

处理过程的表达式为：G(s)＝Y(s)/U(s)，其中，G(s)为传递函数，Y(s)和U(s)分别为数字输出信号和数字输入信号的拉普拉斯变换；

所述传递函数G(s)的表达式如下：

其中，s＝jω，为拉普拉斯变换的复变量，ω为频域系数；k₃₁为自感作动压电片的力电耦合系数；为自感作动压电片定常应力情况下的本征电容；

其中，n为预设的极点、零点、阻尼系数的数量；ω_p,i、ω_z,i、β_i分别为第i个极点的频率、第i个零点的频率，第i个阻尼系数；i＝1，2，……，n。

2.根据权利要求1所述的减振控制装置，其特征在于，所述减振控制器包括：

系数接收模块，用于接收传函系数，所述传函系数为所述传递函数经过Z变换后分子、分母各阶项的系数；

传函生成模块，用于利用所述传函系数生成所述差分方程形式的传递函数；

信号处理模块，用于调用所述差分方程形式的传递函数对数字输入信号进行处理，得到数字输出信号。

3.根据权利要求2所述的减振控制装置，其特征在于，还包括：

上位机，用于利用预存的传递函数框架以及输入的可调参数，生成传函系数；并将所述传函系数下发至所述系数接收模块；

其中，所述可调参数为下列变量组中的一项或者多项：{n、ω_p,i、ω_z,i、β_i}；所述传递函数框架为所述传递函数中除可调参数之外的其他部分。

4.根据权利要求2所述的减振控制装置，其特征在于，1≤n≤30，0＜β_i＜1；所述ω_z,i的取值范围满足：

5.根据权利要求2所述的减振控制装置，其特征在于：

所述减振控制装置还包括：感应信号处理电路，其后端连接至感应信号采集面，用于将由自感作动压电片感应外界振动得到的压电感应信号进行规整化处理；所述感应信号处理电路包括：感应信号电平调节器，其后端连接至所述感应信号采集面，用于将压电感应信号的电平调节至所述模数转换模块所能表达的电平范围内；低通滤波器，连接于所述感应信号电平调节器和模数转换模块之间，用于滤除输入信号的杂波；

所述减振控制器还包括：模数转换模块，连接于所述感应信号处理电路和信号处理模块之间，用于对感应信号处理电路的输出信号进行模数转换，得到所述数字输入信号，并将所述数字输入信号输出至所述信号处理模块；

所述减振控制器还包括：数模转换模块，其后端连接至信号处理模块，用于将所述信号处理模块输出的数字输出信号进行数模转换；

所述减振控制装置还包括：控制信号处理电路，连接于数模转换模块和控制信号反馈面之间，用于对数模转换模块的输出信号进行规整化处理，得到驱动自感作动压电片动作以抑制外界振动的压电作动信号。

6.根据权利要求5所述的减振控制装置，其特征在于：

所述控制信号处理电路包括：控制信号电平调节器，其后端连接至所述数模转换模块，用于抵消所述感应信号电平调节器的作用，将输出信号的电平调节至压电感应信号的电平范围；可调电阻器，连接于所述控制信号电平调节器和控制信号反馈面之间，其作为电压控电流源以电流的形式反馈压电作动信号。

7.一种减振系统，其特征在于，包括：

如权利要求5所述的减振控制装置；

压电减振机构，固定于产生外界振动的振动部件，其具有感应信号采集面和控制信号反馈面；

其中，所述感应信号采集面连接至所述感应信号处理电路，所述控制信号处理电路连接至所述控制信号反馈面。

8.根据权利要求7所述的减振系统，其特征在于，所述压电减振机构包括：粘贴于振动部件的自感作动压电片；

所述自感作动压电片的两表面均铺设电极；

所述自感作动压电片通过其第一表面粘贴在振动部件上，该第一表面作为控制信号反馈面，并接地；自感作动压电片远离振动部件的第二表面作为感应信号采集面。

9.根据权利要求7所述的减振系统，其特征在于，所述压电减振机构包括：粘贴于振动部件的第一自感作动压电片和第二自感作动压电片；

所述第一自感作动压电片和第二自感作动压电片的结构、尺寸相同，在所述振动部件上的粘贴位置相互对应，两者在极化方向相反；且两者任一的两表面均铺设电极，

所述第一自感作动压电片通过其第二表面粘贴在振动部件上，所述第二表面接地；所述第一自感作动压电片远离所述振动部件的第一表面作为感应信号采集面；

所述第二自感作动压电片通过其第二表面粘贴在振动部件上，所述第二表面接地；所述第二自感作动压电片远离所述振动部件的第一表面作为控制信号反馈面。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的减振系统，其特征在于：

所述振动部件为梁式结构，M个所述压电减振机构沿振动部件的延伸方向依次设置，M≥1；或

所述振动部件为板式结构，K个所述的压电减振机构在振动部件上阵列设置，K≥1；或

所述减振系统包括：L个所述的压电减振机构和1个所述的减振控制装置，L个所述的压电减振机构共用1个所述的减振控制装置，L≥2。