专利名称：一种主动隔振控制平台的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及主动隔振控制系统，特别涉及一种基于音圈电机的主动 隔振控制平台。
背景技术：
随着精密加工、精密测量技术以及航天技术的发展，机电系统中不 可避免的振动现象对产品的加工精度、测量精度以及航天器上有效载荷 所造成的不良影响变得日益突出。例如，在集成电路制造过程中，精密 的机械加工装置和测量用仪器仪表对微米级的微幅振动都非常敏感，以 致微小的振动都会影响芯片的加工精度，缩短机械设备的寿命，甚至对 整个系统造成严重损坏。再比如，对于卫星上用于拍摄地面物体的摄像 头，航天器的微小抖动就会导致所拍摄图像的严重变形。因此为了满足 精密制造、精密测量以及航天应用等领域对环境的振动因素所提出的严 格要求，尤其是有效抑制低频振动的要求，高效高精度的隔振控制平台 的研究显得格外的重要。
传统的被动隔振装置能够比较有效地克服高频振动的影响，对低频 振动的隔离效果较差，而且被动隔振装置对时变的振源无能为力。因此 被动隔振装置已经不能满足上述领域中有效抑制振动的要求和精度。目 前主动隔振装置中常用的作动器有如下几种，压电作动器、气动/液压作 动器、磁致伸缩作动器。其中压电作动器主要缺点是驱动力小，变形量 小。气动/液压作动器缺点在于体积大、重量大，辅助设备复杂、时滞大、 控制精度不高，因而不适用于精密隔振场合。磁致伸縮作动器比较适合 在高频、大作动力的隔振场合应用，不过其价格非常昂贵
发明内容
为了克服了目前常用的主动隔振作动器的不足，本发明是提供一种 基于音圈电机的主动隔振控制平台，进而可以通过振动主动控制算法， 达到对低频振动有效隔离的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于音圈电机的主 动隔振控制平台，包括主动隔振装置和主动隔振控制器，两者之间通过 电气连接；所述主动隔振控制器接收主动隔振装置的状态信息，主动隔 振控制器利用振动主动控制算法计算得到控制主动隔振装置的命令。
其中，主动隔振装置包括第一三自由度加速度传感器、第二三自 由度加速度传感器、上平台、下平台、 一个减振装置、振源，连接关系 为 一个减振装置固定在上平台和下平台上之间；第一三自由度加速度 传感器安装在上平台上，用于输出上平台的加速度信号；第二三自由度 加速度传感器安装在下平台上，用于输出下平台的加速度信号；振源的 上端部与下平台连接。
其中，减振装置由中间体、音圈电机作动器和可变差分变压器式位 移传感器组成，连接关系为 一个中间体固定在下平台上； 一个音圈电 机作动器位于中间体内部，音圈电机作动器的一端部与上平台连接；一 个可变差分变压器式位移传感器安装在上平台和中间体之间，用于测量 输出上平台和下平台的相对位移信号。
其中，主动隔振控制器按照主从开放式控制结构设计，由上位控制 计算机和下位执行控制器组成，两者之间通过总线连接。
其中，上位控制计算机与下位执行控制器连接，用于接收下位执行 控制器所传给它的加速度信号和相对位移信号，并生成控制所需的信息， 通过总线发送给下位执行控制器。
其中，下位执行控制器分别与第一三自由度加速度传感器第二三自 由度加速度传感器和可变差分变压器式位移传感器连接，用于接收第一 三自由度加速度传感器输出上平台的加速度信号、接收第二三自由度加 速度传感器输出下平台的加速度信号和接收可变差分变压器式位移传感 器L的上平台、下平台之间的相对位移信号，并生成控制音圈电机作动器 的模拟控制信号。
其中，上位控制计算机为嵌入式工业控制计算机。其中，下位执行控制器为下位开放式控制器。
其中，下位开放式控制器包括多轴运动控制卡、第一变送器、第 二变送器、第三变送器和驱动器；多轴运动控制卡分别与第一变送器、 第二变送器、第三变送器以及驱动器电气连接；第一变送器和第二变送 器，各自用屏蔽双绞电缆连接至对应的第一三自由度加速度传感器和第
二三自由度加速度传感器；第三变送器，用屏蔽双绞电缆连接至可变差 分变压器式位移传感器；驱动器，用屏蔽双绞电缆连接至音圈电机。 本发明具有的有益效果如下
1) 本发明采用音圈电机作为主动隔振装置的作动器，由于音圈电机 是一种将电能直接转化为直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构 的传动装置，这使得整个隔振装置结构简单、无接触、无磨损、噪声低、 散热好。更重要的是，音圈电机在理论上具有无限分辨率、无滞后、高 响应、高加速度、高速度、力特性好等优点，提供了有效隔离振动的物 理基础。
2) 上层控制的主控机采用嵌入式工业控制计算机，采用下位开放式
控制器，使得本发明在具备高速数据处理能力和实时数据通信能力的基 础上，大大缩小了隔振控制平台的尺寸，减小了能源消耗，降低了隔振 控制平台的整体成本，有效克服了台式计算机体积大、笨重、耗电量大、 高成本的缺陷。同时，本发明具有开放的结构体系，方便增加或改变其 硗件配置。
3) 本发明对隔离低频振动效果明显，能够达到高精度的隔振要求。 对于隔振系统模型中存在的不确定性因素，也能进行有效地抑制。
本发明可广泛应用于精密制造、精密测量、航天应用等对振动环境 有特殊要求的隔振领域。
图1是基于音圈电机的主动隔振控制平台的配置连接图； 图2是基于音圈电机的主动隔振控制平台的下位开放式控制器内部 连接示意图。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。 如图l为基于音圈电机的主动隔振控制平台的配置连接图所示，图中 包括主动隔振装置1和主动隔振控制器2，两者之间通过电气连接；其 主动隔振控制器2接收主动隔振装置1的状态信息，主动隔振控制器2利用 振动主动控制算法计算得到控制主动隔振装置l的命令。
所述振动主动控制算法采用基于神经网络的近似自适应动态规划方 法，无需建立隔振装置的精确动力学模型，通过测量隔振装置的输入输 出值，训练神经网络控制器达到规定的性能指标，当两个网络均达到收 敛条件，即得到所需的主动隔振控制器2，实现隔振控制。在本发明中， 用于实现主动隔振控制器2中传感器获得的信息包括通过线性可变差动
变压器(LVDT)式位移传感器L所测得的上平台M1、下平台M3之间的 相对位移信号，第一三自由度加速度传感器A1所测得的上平台M1的加速 度信号和第二三自由度加速度传感器所测得的下平台M3的加速度信号。 主动隔振控制器2中的评判网络和行为网络的训练同时进行，权值的更新 都采用最小二乘梯度下降算法。
所述主动隔振装置l包括上平台M1、下平台M3、第一三自由度加 速度传感器A1、第二三自由度加速度传感器A2、减振装置M4、音圈电机 作动器B、可变差分变压器(LVDT )式位移传感器L、振源V;其中 一个减振装置M4固定在上平台M1和下平台上M3之间；第一三自由度加 速度传感器A1安装在上平台M1上，用于测量上平台M1的状态，输出上 平台M1的加速度信号；第二三自由度加速度传感器A2安装在下平台M3 上，用于测量下平台M3的状态，输出下平台M3的加速度信号；振源V为 模拟振源用来产生正弦扰动信号或随机扰动信号，在振源V的上端部安装 下平台M3。
所述减振装置M4由中间体M2、音圈电机作动器B和可变差分变压 器式位移传感器L组成，其中 一个中间体M2固定在下平台M3上；一 个音圈电机作动器B位于中间体M2内部，音圈电机作动器B—端部的 动圈端盖部分的输出轴与上平台Ml连接，中间体M2对音圈电机作动器 B的垂直运动具有导向作用； 一个可变差分变压器式位移传感器L安装在上平台Ml和中间体M2之间，用于测量输出上平台Ml和下平台M3 的相对位移信号。
所述主动隔振控制器2包括主动隔振控制器2按照主从开放式控
制结构设计，由上位控制计算机P和下位执行控制器S组成，两者之间
通过PC/104总线连接通信；
其中上位控制计算机P与下位执行控制器s连接，用于接收下位执 行控制器S所传给它的加速度信号和相对位移信号，并生成控制所需的 信息，通过总线发送给下位执行控制器S。其中上位控制计算机P为嵌入 式工业控制计算机，可采用PC/104主机。
其中下位执行控制器S分别与第一三自由度加速度传感器Al第二三 自由度加速度传感器A2和可变差分变压器式位移传感器L连接，用于接 收第一三自由度加速度传感器A1输出上平台M1的加速度信号、接收第 二三自由度加速度传感器A2输出下平台M3的加速度信号和接收可变差 分变压器式位移传感器L的上平台Ml、下平台M3之间的相对位移信号， 并生成控制音圈电机作动器B的模拟控制信号；其中下位执行控制器S 为下位开放式控制器。
如图2是下位开放式控制器内部连接示意图示出，其中下位开放式 控制器S包括多轴运动控制卡C1、第一变送器C2、第二变送器C3、 第三变送器C4和驱动器C5;多轴运动控制卡Cl，分别与第一变送器C2、 第二变送器C3、第三变送器C4以及驱动器C5电气连接；第一变送器 C2和第二变送器C3，各自用屏蔽双绞电缆连接至对应的第一三自由度加 速度传感器A1和第二三自由度加速度传感器A2;第三变送器C4，用屏 蔽双绞电缆连接至可变差分变压器式位移传感器L;驱动器C5，用屏蔽 双绞电缆连接至音圈电机M。
本发明的工作原理如下，如图1所示主动隔振控制器2中的PC/104 主机作为上位控制计算机P发出控制命令启动下位开放式控制器S工作， 下位开放式控制器S中的运动控制程序通过内部定时器定时地采集第一 三自由度加速度传感器Al和第二三自由度加速度传感器A2和可变差分 变压器(LVDT)式位移传感器L的输出信号，接着通过信号滤波、信号 放大，将所采集的信号转换为模拟信号，经过A/D转换后，获得主动隔
8振装置1的上平台M1、下平台M2状态信息的数字信号，再通过PC/104 总线将处理后的信号传送至PC/104主机；PC/104主机P根据所得到的上 平台Ml、下平台M2状态信息的数字信号，采用PC/104主机P中的隔 振控制程序实现隔振控制。PC/104主机P中的隔振控制程序采用神经网 络控制算法计算出实现振动隔离音圈电机B所需输出力的大小，进而计 算出音圈电机作动器B的控制电压，再通过PC/104总线将控制电压信号 下发至下位开放式控制器S，下位开放式控制器S中的驱动器输出驱动信 号，从而驱动音圈电机作动器B，控制主动隔振装置1的运动，进而高效 地完成振动有效隔离的任务。
如图2下位开放式控制器S的工作原理如下其中多轴运动控制卡C1 为PMAC2A-PC/104 (简称PMAC)，它可以插在PC/104主机P的PC/104插 槽上，第一变送器C2和第二变送器C3和第三变送器C4的0端口与多轴运 动控制卡C1的JMACH1端口中AD端子连接，驱动器C5的I端口与多轴运 动控制卡C1的JMACH1端口中DA端子连接；第一变送器C2和第二变送器 C3和第三变送器C4的I端口分别与第一三自由度加速度传感器A1和第二 三自由度加速度传感器A2和可变差分变压器(LVDT)式位移传感器L相 连，驱动器C5的0端口与音圈电机M相连。嵌入式工业控制计算机PC/104 主机通过PC/104总线下发给多轴运动控制卡C1所需执行的命令，多轴运 动控制卡C1通过JMAC1 口的DA端子将控制命令转换为-10 10伏的模拟 信号，并发出给驱动器C5，进而驱动器C5将此模拟信号转换为0 10安培 的电流驱动音圈电机M完成相应的运动命令；第一三自由度加速度传感器 A1和第二三自由度加速度传感器A2和可变差分变压器式(LVDT)位移 传感器L的输出信号分别通过第一变送器C2、第二变送器C3和第三变送器 C4的I口进入相应的0口，再经过信号滤波、信号放大，分别将相应信号 转换为0 5伏的模拟信号；多轴运动控制卡C1利用内部定时器定时地通过 JMACH1的AD端子分别查询对象第一变送器C2、第二变送器C3和第三变 送器C4的0口，并将相应的模拟信号转换为数字信号，通过内部程序将获 取的主动减振装置上平台M1、下平台M3状态信息的数字信号经由PC/]04 总线传回至上位控制计算机P。
本发明控制平台通过图2所示的电路实现了对主动隔振装置1中音圈电机M的控制。在实施例中，搭建了由一个主动隔振装置1、 一台上 位控制计算机P采用嵌入式工业控制计算机、 一台下位执行控制器S采 用下位开放式控制器构成的具有主动隔振控制功能的平台。嵌入式工业
控制计算机可采用ADVANTECH-PCM3370;采用持续推力92.2牛顿， 峰值推力262牛顿，行程范围为士15毫米的音圈电机作动器B，以此音圈 电机M所构成的主动隔振装置1作为控制对象，驱动器C5采用COPLEY 的4122Z驱动器器，用于产生驱动音圈电机M所需电流，从而使得主动
隔振装置1获得振动隔离所需要的控制力，完成相应的运动。
本发明首先由第一三自由度加速度传感器A1和第二三自由度加速度 传感器A2和可变差分变压器式(LVDT)位移传感器L采集得到的加速度 信号和位移信号，经过各自第一变送器C2、第二变送器C3和第三变送 器C4的滤波、放大后，转换为0 5伏的模拟信号。相应信号通过屏蔽双 绞电缆传送到PMAC多轴运动控制卡Cl的AD端子，得到控制音圈电机 作动器B所需要的主动隔振装置1的状态信息并将其传送至PC/104主机。 PC/104主机根据所得到的信息，通过神经网络控制算法计算出为实现振 动隔离音圈电机作动器B所需输出力的大小。该输出力的大小对应驱动 器C5所需要的控制电压，上位控制计算机P通过PC/104总线将对应的 控制命令传送给下位开放式控制器S，开放式控制器S将此控制命令转换 为-10 10伏的控制电压，输入到其内部的驱动器C5，再由驱动器C5将 电压信号转换为0~10安培的驱动电流，从而驱动隔振装置中的音圈电机 作动器B运动，输出隔离振动所需力，实现对低频振动的有效隔离。
本发明可以自动实现对低频振动的有效隔离。同时，由于结构开放， 因此可以便捷地为主动隔振控制平台增添一些为适应特定环境所需要的 新功能，提高了用户对隔振装置的控制能力。对于精密制造、精密测量、 航天应用等对振动环境有特殊要求的领域而言，该发明的应用具有重要 的作用。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理 解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发 明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种主动隔振控制平台，其特征是，包括主动隔振装置和主动隔振控制器，两者之间通过电气连接；所述主动隔振控制器接收主动隔振装置的状态信息，主动隔振控制器利用振动主动控制算法计算得到控制主动隔振装置的命令。
2. 根据权利要求l所述的主动隔振控制平台，其特征是，所述主动隔振装置包括第一三自由度加速度传感器、第二三自由度加速度传感 器、上平台、下平台、 一个减振装置、振源，其中 一个减振装置固定在上平台和下平台之间；第一三自由度加速度传感器安装在上平台上，用于输出上平台的加速度信号；第二三自由度加速度传感器安装在下平台上，用于输出下平台的加速度信号；振源的上端部与下平台连接。
3. 根据权利要求2所述的主动隔振控制平台，其特征是，所述减振 装置由中间体、音圈电机作动器和可变差分变压器式位移传感器组成，其中一个中间体固定在下平台上； 一个音圈电机作动器位于中间体内部，音圈电机作动器的一端部与 上平台连接；一个可变差分变压器式位移传感器安装在上平台和中间体之间，用 于测量输出上平台和下平台的相对位移信号。
4. 根据权利要求l所述的主动隔振控制平台，其特征是，所述的主 动隔振控制器按照主从开放式控制结构设计，由上位控制计算机和下位 执行控制器组成，两者之间通过总线连接。
5. 根据权利要求4所述的主动隔振控制平台，其特征是，所述上位 控制计算机与下位执行控制器连接，用于接收下位执行控制器所传给它 的加速度信号和相对位移信号，并生成控制所需的信息，通过总线发送 给下位执行控制器。
6. 根据权利要求4所述的主动隔振控制平台，其特征是，所述下位 执行控制器分别与第一三自由度加速度传感器第二三自由度加速度传感 器和可变差分变压器式位移传感器连接，用于接收第一三自由度加速度 传感器输出上平台的加速度信号、接收第二三自由度加速度传感器输出 下平台的加速度信号和接收可变差分变压器式位移传感器的上平台、下 平台之间的相对位移信号，并生成控制音圈电机作动器的模拟控制信号。
7. 根据权利要求4或5所述的主动隔振控制平台，其特征是，所述上位控制计算机为嵌入式工业控制计算机。
8. 根据权利要求4或6所述的主动隔振控制平台，其特征是，所述下位执行控制器为下位开放式控制器。
9. 根据权利要求7所述的主动隔振控制平台，其特征是，所述下位开放式控制器包括多轴运动控制卡、第一变送器、第二变送器、第三变送器和驱动器；多轴运动控制卡分别与第一变送器、第二变送器、第三变送器以及 驱动器电气连接；第一变送器和第二变送器，各自用屏蔽双绞电缆连接至对应的第一 三自由度加速度传感器和第二三自由度加速度传感器；第三变送器，用屏蔽双绞电缆连接至可变差分变压器式位移传感器; 驱动器，用屏蔽双绞电缆连接至音圈电机。
全文摘要
本发明公开了一种主动隔振控制平台，它包括主动减振装置和主动隔振控制器，主动隔振装置包括下平台、中间体和上平台，在中间体与下平台之间设有音圈电机作动器，一个安装在上平台和中间体之间的线性可变差分变压器式位移传感器，两个三自由度加速度传感器分别安装在上、下平台上。主动隔振控制器按照主从开放式控制结构设计，由上位控制计算机和下位执行控制器组成，其中上位控制计算机为嵌入式工业控制计算机PC/104主机，下位执行控制器为开放式控制器。本发明对于低频隔振非常有效，适用于精密制造、精密测量、航天应用等对振动环境有特殊要求的隔振领域。
文档编号G05B19/418GK101609341SQ20081011515
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者侯增广, 恩 李, 涛 杨, 潇 梁, 梁自泽, 丽 蔡, 民 谭, 嘉 马 申请人:中国科学院自动化研究所