CN117826605A - 一种振动控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动控制系统及控制方法，属于振动控制领域，包括传感器模块、数据采集与处理模块、控制模块、反馈模块、方案优化模块、预测模块和云端，所述传感器模块、数据采集与处理模块、控制模块、反馈模块、方案优化模块、预测模块和云端依次通信连接；本发明一种振动控制系统及控制方法，通过对传感器数据进行采集、处理，并将数据传输至控制模块，通过控制模块发出指令，反馈模块传输指令，对振动装置进行调整，再将根据新数据进行方案优化，并且经过多次优化后，能够使得振动装置达到最优效果，同时也具备故障预测的功能，能够对振动装置进行故障预测，不影响振动装置持续工作。

Description

一种振动控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于振动控制领域，具体是一种振动控制系统及控制方法。

背景技术

振动控制是指通过对振动系统进行精确地控制，使其在预定条件下达到稳定状态的一种技术方法。具体来说，振动控制主要是通过操纵振动系统的动态特性，如频率、振幅、相位等，来抑制或减小其自然产生或受到外界干扰而引起的振动效应，使其满足特定的控制要求。

现有振动控制主要以人工干预的方式实现，由于各项指标监测不到位，因此通过人工干预的方式进行振动控制无法做出最优方案实现精准控制，同时也不具备对振动装置进行故障预测的功能，当振动系统出现故障时，工作人员无法及时进行检测。

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，本发明提出一种振动控制系统及控制方法，使得工作人员能够便捷地控制振动装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种振动控制系统，包括传感器模块、数据采集与处理模块、控制模块、反馈模块、方案优化模块、预测模块以及云端，所述传感器模块、数据采集与处理模块、控制模块、反馈模块、方案优化模块、预测模块和云端依次通信连接；

所述传感器模块，预装加速度传感器和位移传感器，通过加速度传感器测量加速度检测和测量振动信号，通过位移传感器用于测量被测试物体振动位移，包括结构振动位移；

所述数据采集与处理模块，用于采集传感器数据，并对传感器数据进行预处理，并对处理过的数据进行进一步的分析；

所述控制模块，负责协调各个模块之间的通信和数据交换，预装有显示屏；

所述反馈模块，用于反馈控制模块所发出的指令，并持续监测振动装置的，反馈模块的调整指令将传输至振动装置；

所述方案优化模块，振动装置经过调整后，其数据将被再次采集，并将数据传输至方案优化模块，经过优化做出合适的调整方案；

所述预测模块，利用分析后的数据，对振动装置进行故障预测，使得工作人员及时对振动系统进行检修和维护。

本发明进一步的改进在于，所述数据采集与处理模块用于对加速度传感器和位移传感器的数据进行采集；

对于采集到的原始传感器的数据，进行数据清洗和预处理操作；

对预处理后的数据进行特征提取，提取出振动信号的主要特征；

对提取后的特征信息进行统计分析，以描述和解释振动数据的规律。

本发明进一步的改进在于，进行数据清洗和预处理操作时，包括去除重复数据、处理缺失值、数据校准以及数据转换。

本发明进一步的改进在于，振动信号的主要特征包括振动振幅、频率、周期、相位和能量。

本发明进一步的改进在于，所述控制模块能够协调各个模块之间的通信，而且能够将各个模块之间的数据进行交换，同时控制模块预装有显示屏，因此控制模块接收到的数据皆能通过显示屏展示，当需要发出控制指令时，将通过显示屏发出控制指令，包括：调整振动源的频率、振幅或相位这些参数，以控制或调整振动装置的振动特性。

本发明进一步的改进在于，所述反馈模块接收到控制模块发来的指令信息后，将指令信息记录，以备后续分析使用，同时，反馈模块对指令信息进行传输，实现对振动装置的调节，振动装置经过调节后，传感器将在新的振动状态下进行检测并采集数据，数据再传输至方案优化模块。

本发明进一步的改进在于，所述方案优化模块结合处理后的新振动数据，并对历史数据进行回顾分析和趋势预测，为系统的优化和决策提供参考；

根据分析结果，确定想要实现的优化目标，包括降低或提高振动频率；

根据优化目标和数据分析结果，制定相应的优化策略，其中包括算法优化、流程改进和资源调配；

选择合适的优化策略，以达到预期的优化效果，实现精准控制；

基于确定的优化策略，将传输至控制模块，并通过控制模块发出指令，控制模块将指令传输至反馈模块，反馈模块记录控制数据并传输控制指令对振动装置进行调整。

本发明进一步的改进在于，所述通过算法优化制定优化策略的过程如下：

收集设定时间范围内的传感器数据，并进行分析，了解数据的特点和变化趋势，包括振动幅值的变化和频率的变化；

根据收集的传感器数据，通过计算平均值，设定一个目标振动幅值，作为控制优化的目标，其具体计算方式为：

C＝(x1+x2+x3+...+xn)/n；

其中，x1,x2,…,xn为采集的传感器数据样本，n为样本数量，C为目标值；

设定比例增益的初始值为P；

通过计算的目标值C,设定比例增益P,对传感器的振动数据进行控制优化，目的是使振动幅值接近预设的目标值，并通过比例控制算法来实现，其具体公式为：

Q＝P*(C-X)；

其中，Q为控制量，P为比例增益，X为传感器数据。

本发明进一步的改进在于，所述预测模块根据数据处理模块提取的传感器特征信息，利用深度学习算法中提取故障模式，分析不同故障模式下振动信号的特征，并与实际测量数据进行比对；

使用建立的故障预测模型对新的振动数据进行预测，预测潜在故障，对预测结果进行分析和解读，根据其确定故障的类型和部位，评估其影响范围、危害程度和剩余寿命这些因素；

根据故障预测的结果，系统将通知工作人员进行及时检查。

一种振动控制方法，该方法所述的一种振动控制系统，该方法包括如下步骤：

S1、通过加速传感器和位移传感器检测振动信号；

S2、通过采集加速传感器和位移传感器的数据信息，并对数据进行预处理，便于提取有效的数据，对处理后的数据进行特征提取，并将数据进行传输；

S3、通过控制模块发出指令，将指令信息传输至反馈模块，反馈模块将指令数据记录并传递指令对振动装置进行调节；

S4、通过调节振动装置，传感器数据将被再次采集处理，处理后的数据传输分析优化，制定优化策略，并将优化策略数据进行再次传输，实现对振动装置进行调试；

S5、通过数据中提取的特征，对振动装置进行故障预测，使得工作人员能够及时察觉到振动装置的问题，并及时检测维护。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

此振动控制系统及控制方法通过对传感器数据进行采集和预处理，处理后的数据将传输至控制模块，控制模块预装有显示屏，工作人员可通过显示屏发出控制指令，反馈模块传输指令，并记录传输指令对振动装置进行调试，此时传感器数据更新，数据将被再次采集与处理，处理后的数据将进行方案优化，优化后的方案将再次传输至控制模块，所有数据将传输至预测模块，进行故障预测，最后数据将传输至云端进行储存，通过一系列的流程，能够提高设备的可靠性和稳定性，同时也能提高工作效率；

通过数据采集模块，控制模块，方案优化模块，反馈模块，能够对振动装置进行调试，并将调试后的数据进行处理优化，输出一种优化方案，且由于振动装置经过多次调试，优化方案也将被不断精进，从而实现对振动装置进行精准控制；

通过设置预测模块，对数据处理模块提取的数据特征进行分析，能够对振动装置进行故障预测，判断振动装置是否存在潜在的故障，且通过具体数据能够确定故障可能的类型和位置，并评估故障发生的概率和严重程度，这些数据将及时提醒工作人员对振动装置进行故障检测，不影响振动装置正常工作。

附图说明

图1为本发明一种振动控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种振动控制系统，包括传感器模块、数据采集与处理模块、控制模块、反馈模块、方案优化模块、预测模块和云端，传感器模块、数据采集与处理模块、控制模块、反馈模块、方案优化模块、预测模块和云端依次通信连接；

传感器模块，预装加速度传感器和位移传感器，通过加速度传感器测量加速度检测和测量振动信号，通过位移传感器可用于测量被测试物体振动位移，包括结构振动位移；

本实施例中，数据采集与处理模块，用于采集传感器数据，并对传感器数据进行预处理，并对处理过的数据进行进一步地分析的过程如下：

通过对加速度传感器和位移传感器的数据进行采集；

对于采集到的原始传感器的数据，进行数据清洗和预处理操作，以确保数据的准确性和一致性，其中包括去除重复数据、处理缺失值、数据校准以及数据转换；

对预处理后的数据进行特征提取，提取出振动信号的主要特征，包括振动振幅、频率、周期、相位、能量；

对提取后的特征信息进行统计分析，以描述和解释振动数据的规律。

需要说明的是，加速度传感器的作用是测量频率和相位等振动特性，对振动信号进行分析和诊断；

位移传感器通常采用电阻式、电容式或激光干涉式的测量方法，可提供快速高精度的位移测量；

本实施例中，控制模块，负责协调各个模块之间的通信和数据交换，预装有显示屏，不仅使得数据可视化，更方便发出控制指令的过程如下：

控制模块不仅能够协调各个模块之间的通信，而且能够将各个模块之间的数据进行交换，同时控制模块预装有显示屏，因此控制模块接收到的数据皆能通过显示屏展示，当需要发出控制指令时，将通过显示屏发出控制指令，其中包括：调整振动源的频率、振幅或相位这些参数，以控制或调整振动装置的振动特性；

需要说明的是，通过显示屏实时展示振动数据，可以及时了解系统运行状态，捕捉异常或故障，当振动数据异常时，可通过显示屏发出控制指令，可以实时对振动系统进行调整和控制，以保证系统正常运行。

本实施例中，反馈模块，用于反馈控制模块所发出的指令，并持续监测振动装置的，反馈模块的调整指令将传输至振动装置的过程如下：

反馈模块接收到控制模块发来的指令信息后，将指令信息记录，以备后续分析使用，同时，反馈模块对指令信息进行传输，实现对振动装置的调节，振动装置经过调节后，传感器将在新的振动状态下进行检测并采集数据，数据再传输至方案优化模块。

需要说明的是，反馈模块将每次的指令信息进行记录，可以对比不同指令的效果和振动装置的响应，同时也可以了解振动装置的响应特性、稳定性和效率；

本实施例中，方案优化模块，振动装置经过调整后，其数据将被再次采集，并将数据传输至方案优化模块，经过优化做出合适的调整方案的过程如下：

结合处理后的新振动数据，并对历史数据进行回顾分析和趋势预测，为系统的优化和决策提供参考；

根据分析结果，确定想要实现的优化目标，包括降低或提高振动频率；

根据优化目标和数据分析结果，制定相应的优化策略，其中包括算法优化、流程改进、资源调配这些方面；

通过算法优化制定优化策略的过程如下：

收集设定时间范围内的传感器数据，并进行分析，了解数据的特点和变化趋势，包括振动幅值的变化、频率的变化；

根据收集的传感器数据，通过计算平均值，设定一个目标振动幅值，作为控制优化的目标，其具体计算方式为：

C＝(x1+x2+x3+...+xn)/n；

其中，x1,x2,…,xn为采集的传感器数据样本，n为样本数量，C为目标值；

设定比例增益的初始值为P；

通过计算的目标值C,设定比例增益P,对传感器的振动数据进行控制优化，目的是使振动幅值接近预设的目标值，并通过比例控制算法来实现，其具体公式为：

Q＝P*(C-X)；

其中，Q为控制量，P为比例增益，X为传感器数据，

需要说明的是，比例增益P是一个参数，可根据具体情况进行调整和优化，它用来调节控制量对传感器数据的敏感程度；

如果比例增益较大，控制量的调整速度会较快，如果比例增益较小，控制量的调整速度会较慢；

选择合适的优化策略，以达到预期的优化效果，实现精准控制；

基于确定的优化策略，将传输至控制模块，并通过控制模块发出指令，控制模块将指令传输至反馈模块，反馈模块记录控制数据并传输控制指令对振动装置进行调整；

需要说明的是，实施优化方案后，持续监测和评估优化效果，通过与优化目标进行对比和分析，评估优化方案的有效性，并对方案进行必要的调整和改进，得出最优方案。

本实施例中，利用分析后的数据，对振动装置进行故障预测，使得工作人员及时对振动系统进行检修和维护的过程如下：

根据数据处理模块提取的传感器特征信息，利用深度学习算法中提取故障模式，分析不同故障模式下振动信号的特征，并与实际测量数据进行比对；

使用建立的故障预测模型对新的振动数据进行预测，预测潜在故障，对预测结果进行分析和解读，根据其确定故障的类型和部位，评估其影响范围、危害程度和剩余寿命这些因素；

根据故障预测的结果，系统将通知工作人员进行及时检查。

需要说明的是，系统将通知工作人员有可能发生故障的装置，并提供检查建议，包括故障点修复或更换部件，为维修提供指导和支持，特别对于检修后的振动数据，可以进行控制结果的评估和反馈，促进故障的准确诊断和预防。

一种振动控制方法，该方法具体包括如下步骤：

S1、通过加速传感器和位移传感器检测振动信号；

S2、通过采集传感器的数据信息，并对数据进行预处理，便于提取有效的数据，对处理后的数据进行特征提取，并将数据进行传输；

S3、通过控制模块发出指令，将指令信息传输至反馈模块，反馈模块将指令数据记录并传递指令对振动装置进行调节；

S4、通过调节振动装置，传感器数据将被再次采集处理，处理后的数据传输分析优化，制定优化策略，并将优化策略数据进行再次传输，实现对振动装置进行调试；

S5、通过数据中提取的特征，对振动装置进行故障预测，使得工作人员能够及时察觉到振动装置的问题，并及时检测维护。

需要说明的是，通过提取振动信号中的特征，并结合预测模型和算法，可以对振动装置的健康状况进行预测，及时发现潜在的故障情况，实施计划维护，避免设备故障给生产带来损失。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方法的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (10)

1.一种振动控制系统，其特征在于，包括传感器模块、数据采集与处理模块、控制模块、反馈模块、方案优化模块、预测模块以及云端，所述传感器模块、数据采集与处理模块、控制模块、反馈模块、方案优化模块、预测模块和云端依次通信连接；

所述传感器模块，预装加速度传感器和位移传感器，通过加速度传感器测量加速度检测和测量振动信号，通过位移传感器用于测量被测试物体振动位移，包括结构振动位移；

所述数据采集与处理模块，用于采集传感器数据，并对传感器数据进行预处理，并对处理过的数据进行进一步的分析；

所述控制模块，负责协调各个模块之间的通信和数据交换，预装有显示屏；

所述反馈模块，用于反馈控制模块所发出的指令，并持续监测振动装置的，反馈模块的调整指令将传输至振动装置；

所述方案优化模块，振动装置经过调整后，其数据将被再次采集，并将数据传输至方案优化模块，经过优化做出合适的调整方案；

所述预测模块，利用分析后的数据，对振动装置进行故障预测，使得工作人员及时对振动系统进行检修和维护。

2.根据权利要求1所述的一种振动控制系统及控制方法，其特征在于，所述数据采集与处理模块用于对加速度传感器和位移传感器的数据进行采集；

对于采集到的原始传感器的数据，进行数据清洗和预处理操作；

对预处理后的数据进行特征提取，提取出振动信号的主要特征；

对提取后的特征信息进行统计分析，以描述和解释振动数据的规律。

3.根据权利要求2所述的一种振动控制系统，其特征在于，进行数据清洗和预处理操作时，包括去除重复数据、处理缺失值、数据校准以及数据转换。

4.根据权利要求2所述的一种振动控制系统，其特征在于，振动信号的主要特征包括振动振幅、频率、周期、相位和能量。

5.根据权利要求1所述的一种振动控制系统，其特征在于，所述控制模块能够协调各个模块之间的通信，而且能够将各个模块之间的数据进行交换，同时控制模块预装有显示屏，因此控制模块接收到的数据皆能通过显示屏展示，当需要发出控制指令时，将通过显示屏发出控制指令，包括：调整振动源的频率、振幅或相位这些参数，以控制或调整振动装置的振动特性。

6.根据权利要求1所述的一种振动控制系统，其特征在于，所述反馈模块接收到控制模块发来的指令信息后，将指令信息记录，以备后续分析使用，同时，反馈模块对指令信息进行传输，实现对振动装置的调节，振动装置经过调节后，传感器将在新的振动状态下进行检测并采集数据，数据再传输至方案优化模块。

7.根据权利要求1所述的一种振动控制系统，其特征在于，所述方案优化模块结合处理后的新振动数据，并对历史数据进行回顾分析和趋势预测，为系统的优化和决策提供参考；

根据分析结果，确定想要实现的优化目标，包括降低或提高振动频率；

根据优化目标和数据分析结果，制定相应的优化策略，其中包括算法优化、流程改进和资源调配；

选择合适的优化策略，以达到预期的优化效果，实现精准控制；

基于确定的优化策略，将传输至控制模块，并通过控制模块发出指令，控制模块将指令传输至反馈模块，反馈模块记录控制数据并传输控制指令对振动装置进行调整。

8.根据权利要求7所述的一种振动控制系统，其特征在于，所述通过算法优化制定优化策略的过程如下：

收集设定时间范围内的传感器数据，并进行分析，了解数据的特点和变化趋势，包括振动幅值的变化和频率的变化；

根据收集的传感器数据，通过计算平均值，设定一个目标振动幅值，作为控制优化的目标，其具体计算方式为：

C＝(x1+x2+x3+...+xn)/n；

其中，x1,x2,…,xn为采集的传感器数据样本，n为样本数量，C为目标值；

设定比例增益的初始值为P；

通过计算的目标值C,设定比例增益P,对传感器的振动数据进行控制优化，目的是使振动幅值接近预设的目标值，并通过比例控制算法来实现，其具体公式为：

Q＝P*(C-X)；

其中，Q为控制量，P为比例增益，X为传感器数据。

9.根据权利要求1所述的一种振动控制系统，其特征在于，所述预测模块根据数据处理模块提取的传感器特征信息，利用深度学习算法中提取故障模式，分析不同故障模式下振动信号的特征，并与实际测量数据进行比对；

使用建立的故障预测模型对新的振动数据进行预测，预测潜在故障，对预测结果进行分析和解读，根据其确定故障的类型和部位，评估其影响范围、危害程度和剩余寿命这些因素；

根据故障预测的结果，系统将通知工作人员进行及时检查。

10.一种振动控制方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至9中任一项所述的一种振动控制系统，该方法包括如下步骤：

S1、通过加速传感器和位移传感器检测振动信号；

S2、通过采集加速传感器和位移传感器的数据信息，并对数据进行预处理，便于提取有效的数据，对处理后的数据进行特征提取，并将数据进行传输；

S3、通过控制模块发出指令，将指令信息传输至反馈模块，反馈模块将指令数据记录并传递指令对振动装置进行调节；

S4、通过调节振动装置，传感器数据将被再次采集处理，处理后的数据传输分析优化，制定优化策略，并将优化策略数据进行再次传输，实现对振动装置进行调试；

S5、通过数据中提取的特征，对振动装置进行故障预测，使得工作人员能够及时察觉到振动装置的问题，并及时检测维护。