NO159325B

NO159325B - PROCEDURE FOR PREPARING A SYNCHRONIZATION SIGNAL FOR AN ACTIVE VIBRATION EQUAL SYSTEM AND APPARATUS FOR EXECUTING THE PROCEDURE.

Info

Publication number: NO159325B
Application number: NO83832725A
Authority: NO
Inventors: George Brian Barrie Chaplin; Roderick Alan Smith
Original assignee: Sound Attenuators Ltd
Priority date: 1981-11-26
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1988-09-05
Also published as: NO159325C; NO832725L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til frem-stilling av et synkroniseringssignal for et aktivt vibrasjonsutlignende system, der en primærvibrasjon fra en kilde til gjentatte vibrasjoner som kommer inn i et område i det minste delvis utlignes med en sekundærvibrasjon som frembringes av en bølgeformgenerator og mates til området, The present invention relates to a method for producing a synchronization signal for an active vibration compensating system, where a primary vibration from a source of repeated vibrations entering an area is at least partially compensated by a secondary vibration produced by a waveform generator and fed to the area ,

og der synkroniseringssignalet benyttes til å synkronisere bølgeformgeneratoren til kilden. and wherein the synchronization signal is used to synchronize the waveform generator to the source.

Det er fra US-PS 4.153.815 kjent at gjentatte vibrasjoner (f.eks. støy) som kommer fra en kilde til slike vibrasjoner i det minste delvis kan utlignes ved et eller annet valgt område (som kan, men ikke behøver være i nærheten av kil- It is known from US-PS 4,153,815 that repeated vibrations (e.g. noise) coming from a source of such vibrations can be at least partially offset by some selected area (which may, but need not be nearby of wedge-

den) ved at man til det nevnte området mater en spesielt frembragt sekundær vibrasjon som er synkronisert med kil- den) by feeding the aforementioned area a specially generated secondary vibration which is synchronized with the

den. Hvis kilden er en maskin (f.eks. en motor), kan frembringelsen av den nødvendige bølgeform for sekundærvibrasjonen synkroniseres med et utløsersignal som avledes fra maskinen (f.eks. ved å anvende en magnetisk eller optisk føler anbragt tett inntil et tannhjul som utgjør en del av maskinen). Med den sekundære vibrasjon låst til primærvibrasjoner ved hjelp av utløsersignalet, vil frembringelsen av den nødvendige sekundære vibrasjon for å få best mulig utligning i det valgte området, kreve en justering av bølge-formen på den sekundære vibrasjon og dette kan gjøres med en rekke forskjellige algoritmer, der den enkleste vil være en prøve og feil-metode basert på overvåkning av en eller annen parameter for restvibrasjonen som føles i det nevnte' området. it. If the source is a machine (e.g. a motor), the generation of the required secondary vibration waveform can be synchronized with a trigger signal derived from the machine (e.g. by using a magnetic or optical sensor placed close to a gear that constitutes part of the machine). With the secondary vibration locked to the primary vibration by means of the trigger signal, the generation of the necessary secondary vibration to obtain the best possible equalization in the selected area will require an adjustment of the waveform of the secondary vibration and this can be done with a number of different algorithms , where the simplest will be a trial and error method based on monitoring some parameter for the residual vibration felt in the mentioned area.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte The invention is characterized by those set out in the claims

trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under hen-visning til tegningene der: Fig. 1 skjematisk viser en tidligere kjent anordning til utligning av gjentatt støy og feature and will be explained in more detail in the following with reference to the drawings where: Fig. 1 schematically shows a previously known device for equalizing repeated noise and

fig. 2-5 skjematisk viser fire forskjellige utførelsesformer fig. 2-5 schematically show four different embodiments

i in

for anordninger i henhold til oppfinnelsen. for devices according to the invention.

i in

Som vist på fig. 1, vil i en kjent utførelse en maskin 1 som er en kilde til primære gjentatte vibrasjoner P mate disse vibrasjoner inn i et område (vist stiplet ved 2) som innbefatter en restvibrasjonsføler 3. En bølgefbrmgenera-tor 4 syntetiserer et elektrisk signal som mates til en ledning 5 og signalet bringer en aktuator 6 til å frembringe en sekundærvibrasjon S som også mates til områdetl 2. Syn-kroniseringspulser blir avledet fra maskinen 1 og mates via en synkroniseringsledning 7 til bølgeformgeneratoren 4 for å sikre at sekundærvibrasjonen S er låst till primærvibrasjonen P og for å sikre en mulighet til best ! mulig utligning av den sistnevnte i området 2. Denne anordning er velkjent (f.eks. fra US-A-4153815), der utgangsbølge- As shown in fig. 1, in a known embodiment a machine 1 which is a source of primary repeated vibrations P will feed these vibrations into an area (shown dashed at 2) which includes a residual vibration sensor 3. A waveform generator 4 synthesizes an electrical signal which is fed to a wire 5 and the signal causes an actuator 6 to produce a secondary vibration S which is also fed to the area 1 2. Synchronizing pulses are derived from the machine 1 and fed via a synchronizing wire 7 to the waveform generator 4 to ensure that the secondary vibration S is locked to the primary vibration P and to ensure an opportunity for the best! possible equalization of the latter in the region 2. This device is well known (e.g. from US-A-4153815), where the output wave

i in

formen fra generatoren 4 blir justert for at det Ssignal som mates til en ledning 8 som forbinder føleren 3 med generatoren 4 skal bli minst mulig. the form from the generator 4 is adjusted so that the Ssignal that is fed to a line 8 that connects the sensor 3 to the generator 4 will be as small as possible.

Fig. 2 viser en første utførelsesform for en anordning i henhold til oppfinnelsen, der de samme henvisningstall er benyttet som på fig. 1, for å betegne tilsvarende komponenter. I anordningen på fig. 2 blir utgangen fra restføleren 3 ført til et filter 9 som trekker utj en komponent som skal tilføres synkroniseringsledningeri 7. Filteret 9 kan være et enkelt høy-pass- eller band-pass-filter som trekker ut en frekvenskomponent fra ledningen 8, hvilken komponent representerer repetisjonshastigheten for maskinen (eller et helt multiplum av denne repetisjonshastighet). Der repetisjonshastigheten kan ventes å variere betydelig fra tid til annen (f.eks. når det gjelder en for-brenningsmotor med varierende hastighet), kan avskjærings-frekvensen eller resonansfrekvensen for filteret A være innrettet til automatisk å følge den overvåkede k'omponent. Slike selv-følgende filtere er kjent og vil ikke jbli ytterligere beskrevet her. Fig. 2 shows a first embodiment of a device according to the invention, where the same reference numbers are used as in fig. 1, to designate corresponding components. In the device in fig. 2, the output from the residual sensor 3 is fed to a filter 9 which extracts a component to be supplied to the synchronization lines 7. The filter 9 can be a simple high-pass or band-pass filter which extracts a frequency component from the line 8, which component represents the repetition rate of the machine (or an integral multiple of this repetition rate). Where the repetition rate can be expected to vary significantly from time to time (eg in the case of a variable speed internal combustion engine), the cut-off frequency or resonant frequency of the filter A can be arranged to automatically follow the monitored component. Such self-following filters are known and will not be further described here.

i l , i l ,

Fig. 3 viser en andre utførelsesform for anordningen i henhold til oppfinnelsen og igjen er de samme henvisningstall som på fig. 1 benyttet, der dette er hensiktsmessig. På Fig. 3 shows a second embodiment of the device according to the invention and again the same reference numbers as in fig. 1 used, where this is appropriate. On

fig. 3 blir synkroniseringssignalene som mates til generatoren 4 gjennom ledningen 7 avledet fra en frekvensmultipliserende faselåst sløyfe som generelt er betegnet med hen-visningstallet 10. fig. 3, the synchronization signals which are fed to the generator 4 through the line 7 are derived from a frequency-multiplying phase-locked loop which is generally denoted by the reference number 10.

Filteret 9 i dette tilfellet er et band-pass-filter som The filter 9 in this case is a band-pass filter which

mater sin utgang til en fasesammenligner 11 og denne danner en tilbakekoplingssløyfe innbefattende et lav-pass-filter 12, en spenningsstyrt oscillator 13 og en frekvensdeler 14. feeds its output to a phase comparator 11 and this forms a feedback loop including a low-pass filter 12, a voltage-controlled oscillator 13 and a frequency divider 14.

Når anordningen på fig. 3 benyttes, blir synkroniseringssignalet avledet fra lavfrekvenskomponentene i restsignalet på ledningen 8 ved å dele ned signalet fra den spenningsstyrte oscillator 13 og ved faselåsing av det neddelte sig- When the device in fig. 3 is used, the synchronization signal is derived from the low-frequency components in the residual signal on the line 8 by dividing the signal from the voltage-controlled oscillator 13 and by phase-locking the divided sig-

nal til en filtrert versjon av restsignalet som mottas fra filteret 9. Som tidligere forklart kan filteret 9 følge repetisjonshastigheten for maskinen 1. Hvis den filtrerte komponent i restsignalet begynner å gli ut av fase med utgangen fra frekvensdeleren 14, vil den spenningsstyrte oscillator 13 bli justert for å gjenopprette den nødvendige synkronisme og for å sikre at et korrekt synkroniseringssignal til alle tider mates til ledningen 7. nal to a filtered version of the residual signal received from the filter 9. As previously explained, the filter 9 can follow the repetition rate of the machine 1. If the filtered component of the residual signal begins to slip out of phase with the output of the frequency divider 14, the voltage controlled oscillator 13 will be adjusted to restore the necessary synchronism and to ensure that a correct synchronizing signal is fed to line 7 at all times.

1 tilfeller der restkomponenten som benyttes til å avlede synkroniseringssignalet også er en komponent det er ønske- 1 cases where the residual component that is used to derive the synchronization signal is also a component that is desired

lig å utligne, kan restsignalet før utligningen rekonstru-eres ved at det til det elektriske restsignal i ledningen 8 legges en komponent som er knyttet til den som ble frembragt av sekundærvibrasjonen S som vist på fig. 4. to equalize, the residual signal before the equalization can be reconstructed by adding to the electrical residual signal in the line 8 a component which is linked to the one produced by the secondary vibration S as shown in fig. 4.

På denne figur blir et signal tatt fra ledningen 5 som mater aktuatoren 6 og det føres via en ledning 15 til et filter 16 som kompenserer for overf©ringsfunksjonen for sekundær- In this figure, a signal is taken from the line 5 which feeds the actuator 6 and it is passed via a line 15 to a filter 16 which compensates for the transfer function for the secondary

I IN

vibrasjonen S fra aktuatoren 6 til restføleren 3 1 I Utgangen fra filteret 16 mates til en ledning 17 for i denne å frembringe et signal som nøyaktig svarer til hva utgangen fra føleren 3 ville være hvis primærvibrasjonen P ikÅe var tilstede i området 2. I praksis kan innstilling av filteret 16 lett gjøres ved bare å stanse maskinen 1 eller ved å maskere dens primærvibrasjon P fra området 2. the vibration S from the actuator 6 to the residual sensor 3 1 I The output from the filter 16 is fed to a line 17 in order to produce in it a signal which exactly corresponds to what the output from the sensor 3 would be if the primary vibration P were present in the area 2. In practice, setting the filter 16 is easily done by simply stopping the machine 1 or by masking its primary vibration P from the area 2.

I IN

En negativ summeringsanordning 18 mottar signalene på ledningene 8 og 17 og mater ledningen 7 direkte eller, som vist, via en frekvensmultipliserende faselåst sløyfe 10. A negative summing device 18 receives the signals on the lines 8 and 17 and feeds the line 7 directly or, as shown, via a frequency-multiplying phase-locked loop 10.

Noen aktuatorer 6 som tjener som utligningstransduktorer mottar som styrende innganger amplitude og frekvens fra en eller flere sinusformede komponenter. Vibratorer som drives med kontra-roterende vekter oq avstemte akustiske aktuatorer med resonans faller i denne kategori.j I slike tilfeller er den samplede utligningsbølgeform ikke lenger nødvendig. Problemet reduseres da til kontroll med to parametere, amplitude og enten fase eller frekvens for hver harmoniske komponent. En faselåst sløyfe der sløyfen innbefatter den akustiske bane eller vibrasjonsbanen kan da komme Some actuators 6 which serve as compensation transducers receive as control inputs amplitude and frequency from one or more sinusoidal components. Vibrators operated with counter-rotating weights and resonant tuned acoustic actuators fall into this category. In such cases the sampled equalization waveform is no longer necessary. The problem is then reduced to control with two parameters, amplitude and either phase or frequency for each harmonic component. A phase-locked loop where the loop includes the acoustic path or the vibration path can then occur

I IN

i betraktning. considering.

Fig. 5 viser en anordning som er i stand til å utligne en enkel frekvenskomponent der man vet at amplituden er varia-bel. En aktuator 6' er modifisert for å frembringe en elektrisk utgang på en ledning 20 så vel som den sekundære vibrasjon S og denne elektriske utgang blir behandlet ji en enhet 21 (som i det enkleste tilfellet kan være en direkte elek- Fig. 5 shows a device which is capable of equalizing a simple frequency component where it is known that the amplitude is variable. An actuator 6' is modified to produce an electrical output on a line 20 as well as the secondary vibration S and this electrical output is processed by a unit 21 (which in the simplest case may be a direct electrical

i in

trisk forbindelse), til frembringelse av et signal på en ledning 22 der signalet tilsvarer virkningen av aktuatoren 6' på restføleren 3. Ved å subtrahere det behandlede signal i ledningen 22 fra det målte restsignal i ledningen 8, kan et signal for ikke utlignet støy eller primærvibr;asjon avledes fra restsignalet i ledningen 23. Disse to signaler blir så benyttet til styring av frekvensen fra akjtuatoren tric connection), to generate a signal on a line 22 where the signal corresponds to the action of the actuator 6' on the residual sensor 3. By subtracting the processed signal in the line 22 from the measured residual signal in the line 8, a signal for uncompensated noise or primary vibration is derived from the residual signal in line 23. These two signals are then used to control the frequency from the actuator

! !

På fig. 5 fører ledningene 22,23 til en fasesammenligner In fig. 5 leads the wires 22,23 to a phase comparator

24 som vil frembringe en utgang på en ledning 25 når det er faseforskjell mellom signalene på ledningene 22 og 23. 24 which will produce an output on a wire 25 when there is a phase difference between the signals on the wires 22 and 23.

Via et lav-pass-filter 26, blir det nødvendige frekvens-styresignal matet til frekvensstyreuttaket 27 på aktuatoren 6' . Via a low-pass filter 26, the required frequency control signal is fed to the frequency control outlet 27 on the actuator 6'.

Fig. 5 viser også hvorledes amplitudestyring for aktuatoren 6' blir frembragt. En multiplikasjonsanordning 28 mottar signalene fra ledningene 22 og 8 og mater sin utgang til en integrator 29 som på sin side mater sin utgang til ampli-tudestyreuttaket 3 0 i aktuatoren 6'. Fig. 5 also shows how amplitude control for the actuator 6' is produced. A multiplication device 28 receives the signals from the lines 22 and 8 and feeds its output to an integrator 29 which in turn feeds its output to the amplitude control socket 30 in the actuator 6'.

Andre fremgangsmåter til avledning av det korrelerte restsignal kan innbefatte måling av toppamplitude og avledning av fase fra restsignalet. Other methods for deriving the correlated residual signal may include measurement of peak amplitude and derivation of phase from the residual signal.

De fleste systemer vil kreve en kombinasjon av frekvens- og amplitudestyresystemer. Most systems will require a combination of frequency and amplitude control systems.

Systemer til utligning av et antall harmonisk beslektede frekvenser er mulige, omfattende et antall av anordningene på fig. 5 i parallell eller i kaskade. Systems for equalizing a number of harmonically related frequencies are possible, comprising a number of the devices of fig. 5 in parallel or in cascade.

Noen eller alle de ovennevnte anordninger kan anvendes for å gi utligning enten ved kilden til primærvibrasjoner eller i lokale områder rundt restføleren. 1 tilfeller der repetisjonshastigheten for kilden 1 er føl-bart konstant, kan synkroniseringssignalet frembringes i en uavhengig oscillasjonskilde til pulser, slik at repetisjonshastigheten for den utlignende bølgeform ligger tett opptil repetisjonshastigheten for primærvibrasjonene P fra maskinen. Some or all of the above devices can be used to provide equalization either at the source of primary vibrations or in local areas around the residual sensor. 1 cases where the repetition rate for the source 1 is perceptibly constant, the synchronization signal can be produced in an independent oscillation source of pulses, so that the repetition rate for the compensating waveform is close to the repetition rate for the primary vibrations P from the machine.

Hvis oscillatorfrekvensen nøyaktig svarer til et multiplum av repetisjonshastigheten for kilden 1, kan situasjonen ikke funksjonelt skilles fra den synkronisertejutligning som er vist på fig. 1. If the oscillator frequency exactly corresponds to a multiple of the repetition rate of source 1, the situation is functionally indistinguishable from the synchronized equation shown in Fig. 1.

Under forutsetning av at tilpasningen av generaitoren 4 er tilstrekkelig hurtig, kan det tillates en viss|glidning mellom repetisjonshastigheten for den utlignende bølgeform og glidningen for kilden 1 samtidig med at manjoppretthol-der tilstrekkelige grader av utligning. Glidningen vil resultere i et krav om en forandringshastighet i den utlignende bølgeform for å hindre en interferensvirkning mellom den utlignende bølgeform og kilden. Hastigheten på forandringen av amplituden for et utlignende bølgeform-element vil være større ved høyere frekvenser,|slik at den utligning som kan ventes fra et system hvis oscillator-frekvens ikke er fullstendig konstant vil være størst ved grunnfrekvensen og de lavere harmoniske frekvenser. On the condition that the adaptation of the generator 4 is sufficiently fast, a certain slippage between the repetition rate of the compensating waveform and the slippage of the source 1 can be allowed while at the same time maintaining sufficient degrees of equalization. The slip will result in a requirement for a rate of change in the compensating waveform to prevent an interference effect between the compensating waveform and the source. The rate of change of amplitude for an equalizing waveform element will be greater at higher frequencies, so that the equalization that can be expected from a system whose oscillator frequency is not completely constant will be greatest at the fundamental frequency and the lower harmonic frequencies.

i l in l

Claims

1. Method for producing a synchronization signal for an active vibration compensating system where a primary vibration from a source of repeated vibrations entering an area is at least partially balanced by a specially produced secondary vibration which is fed to the area and where the synchronization signal is used to synchronize the secondary vibrations to the source, characterized in that the synchronization signal is derived from the output of a vibration sensor which is placed in the aforementioned area and is affected by both the primary and secondary vibrations there.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the output from the residual vibration sensor is monitored in order to derive from it a frequency component which has a repetition rate locked to the repetition rate of the source of primary vibrations, which monitored component is used to generate the synchronization signal.

3. Method as stated in claim 1, characterized in that the synchronization signal is derived by a combination of the electrical output from the vibration sensor with an electrical signal derived from the source of the secondary vibrations or from a drive signal from the source.

4. Method as stated in claim 3, characterized in that the composition of an electrical output signal from the vibration sensor and the electrical signal derived from the source of secondary vibrations largely represents what the output from the vibration sensor would be if the primary vibration alone entered the said area.

5. Method as stated in claim 3, characterized in that the electrical signal derived from the source of secondary vibrations is a modified J version of the drive signal that is fed to the source and corresponds to what the output from the vibration sensor would be if the primary vibration was not present in the mentioned area. IN

6. Device for equalizing a primary<j>jvibration entering an area from a source of repeated vibrations in tions using a waveform generator (electronic or mechanical - e.g. a sine actuator) synchronized to the source for producing a secondary vibration which is fed to the said area and a vibration sensor in the area for sensing the residual vibration remaining after the primary and secondary vibrations have acted together in the area, characterized in that the device includes a circuit for the derivation of a synchronization signal for wave- in the shape generator, which circuit receives an input from the residual sensor. IN

7. Device as stated in claim 6, characterized in that the output from the residual sensor is fed both to the waveform generator and a phase-locked loop, an output from the phase-locked loop being fed as the synchronization signal to the waveform generator. in

8. Device as stated in claim 6, characterized in that the output from the residual sensor is fed to a negative summation device which also receives a signal derived from the output from the waveform generator,j where the output from the negative summation device is usedj in a phase-locked loop to generate the synchronization signal.

9. Device as specified in claim 6, characterized in that there is a device for generating a first electrical signal which is equivalent to the electrical output from the vibration sensor due to in the effect the secondary vibration has on it and further devices for deriving from the first electrical signal and the electrical output from the vibration sensor when it is affected by both primary vibrations and secondary vibrations, i i a second electrical signal which is fed together with the first electrical signal to a phase comparison device to produce the required synchronization signal.

10. Method for producing a synchronizing signal for an active vibration compensating system where a primary vibration from a source of repeated vibrations entering an area is at least partially offset by a specially produced secondary vibration that is fed to the area, the synchronizing signal being used to synchronizing the secondary vibrations of the source, characterized in that the synchronization signal is derived from an independent oscillation source into electrical pulses with a repetition rate that is close to the repetition rate of the primary vibration to be compensated.