仅基于电磁线圈电流与电压信号的主动吸振或吸声方法与流程

本专利涉及到与振动体或声音场的主动能量吸收及衰减抑制控制相关的，及其实现这些振动载体主动能量吸收与衰减控制的自适应控制方法相关的。

背景技术：

1、尽管各式振动体与声音场的吸收器和衰减抑制器被广泛应用于各类工程实践中。但缺乏结构简单，性能优良，且对多个频率和变化频率均有稳定收敛性能的高品质振动体或声音场吸收器与衰减抑制器。为克服上述技术缺陷，满足该领域技术需求，本专利提出了最简洁信号使用方式，即仅依据线圈电流信号和线圈电压信号，及收敛性绝对保证的自适应主动吸振或吸声控制算法。

技术实现思路

1、本发明提出了仅依据电测量得到的电磁线圈电流和电压信号，并采用先进的自适应控制算法对多个频率成分且频率可变动的振动能量或声音能量进行主动吸收的一种方法，方法由能量吸收作动器，线圈电流电压测量模块，能量吸收控制器和功率放大模块组成。其中，能量吸收作动器吸附在待吸振对象表面或置于待吸声场之中。能量吸收作动器内部电磁线圈的电流与电压信号通过线圈电流电压测量模块测得，并馈送至能量吸收控制器；另一方面，经功率放大模块放大后的能量吸收控制器输出信号直接驱动能量吸收作动器的电磁线圈，也即，控制器与功率放大模块和线圈电流电压测量模块相连。分析表明，尽管电磁线圈的电流与电压信号混合了吸收作动器与待吸振或吸声对象相对运动信息，以及经功率放大模块放大后的控制器输出信息，但是，从电磁线圈的电流与电压信号是可以解耦得到待吸振或吸声对象的运动信息。一般来讲，振源通常包含多个频率成分量，每个频率分量都需要吸收，本方法是将振源信号分解成为多个单频率信号进行分别吸收控制，再把每一个单频率吸收控制输出叠加在一起送至功率放大模块。这样一来，也就是控制器对多个频率且频率可变的振动或声音信号分别进行自适应算法控制，并且本发明证明了所提出的改进idxhs自适应吸振或吸声控制算法是绝对稳定收敛的。再有就是，待吸振或吸声对象的能量将被转换为电磁能被存储或电热能及机械热能被损耗掉，以此实现对振动或声音的能量吸收。

2、附图1是方法的原理框图，详细描述了能量吸收功能实现的具体方式。首先，吸收器作动单元300中的电磁线圈320上的电流与电压信号由驱动与传感单元200中的线圈电流电压测量模块220测得，再由221与222传入能量吸收控制器100中的峰值频率提取模块110，模块110先对线圈电流信号fft计算111和线圈电压信号fft计算112，再由峰值提取模块113提取峰值频率后，传送至收敛稳定控制模块120，模块120先使用延时对齐计算121，再进行稳定收敛残差计算122，计算结果输入至自适应控制模块130，模块130中先计算多个单频自适应算法131，然后把它们加在一起输出到功率放大模块210放大，再经线圈电流电压测量模块220，去驱动吸收器作动单元300中的电磁线圈320，而吸收器作动单元300含有磁铁310，线圈320，等效吸收器弹簧330，等效吸收器质量340及等效吸收器阻尼350，吸收作动力通过磁铁310作用于待吸振的对象400上。

3、以下分三个方面给出方法的理论推导，收敛性分析和吸收的自适应控制算法。附图说明中含有以下公式变量的索引说明。

4、1.待吸收对象的速度计算

5、线圈驱动方程：

6、vdr(s)-ed(s)＝icoil(s)(rc+slc)

7、ed(s)＝vr(s)cdbl

8、

9、vr(s)＝vp(s)-va(s)待吸收对象与吸收器运动方程：

10、

11、mpvp(s)s＝fint(s)-felc(s)-fcouple(s)-fbase(s)

12、mava(s)s＝felc(s)+fcouple(s)

13、felc(s)＝icoil(s)cebl

14、

15、

16、va(s)＝(felc(s)+fcouple(s))/mas

17、待吸收对象速度：

18、

19、其中，

20、由线圈电流与线圈电压信表示的待吸收对象速度为：

21、vp(s)＝g(s)·vdr(s)+h(s)·icoil(s)

22、

23、其中，

24、2.收敛的稳定分析

25、设待吸收对象速度误差表示为其中，vp是待吸收对象的振动速度，是vp的期望值，对于吸收控制而言，待吸收对象的期望值

26、再设速度误差ep的收敛速度误差表示为其中是速度误差收敛速度的期望值，为使控制稳定收敛，必须使其与ep反相，即其中，c0为正实数。则有：

27、

28、

29、

30、设为李亚普诺夫函数

31、

32、如果上式中其中，c1为正实数，则为

33、负定，控制误差必定稳定收敛，则稳定性收敛条件为：

34、

35、满足上式条件的控制算法一定稳定收敛。

36、3.自适应吸收控制算法

37、设与峰值频率(也即吸收频率)ωk相对应的待吸收对象振动速度为：

38、vp，k＝g(jωk)·vdr，k+h(jωk)·icoil，k

39、

40、速度误差为：

41、其中，为vp，k的期望值，对于吸收控制而言，故有：

42、ep，k＝-vp，k

43、

44、

45、

46、

47、由稳定收敛条件：

48、

49、消除得：

50、

51、由于线圈电流不可突变，对于足够短的时间间隔内，有，

52、于是，

53、进而，

54、

55、定义，并将上两式代入整理得，

56、

57、定义测量读数关系：

58、

59、

60、定义延时对齐调节关系：

61、

62、

63、调节延时使其满足：

64、δtdelay＝δtalign+δtcontrol为总延时等于对齐延时加控制延时。

65、于是，改进的idxhs(improved delayed-x harmonic synthesizer)自适应算法：

66、v′dr，k(n)＝adr，k(n)·sin[ωk(n)·t·n+φdr，k(n)]

67、adr，k(n)＝adr，k(n-1)+δadr，k(n)

68、φdr，k(n)＝φdr，k(n-1)+δφdr，k(n)

69、δadr，k(n)＝-μr·edr，k(n)·sin[ωk(n)·t·n+φdr，k(n)]

70、δφdr，k(n)＝-μp·edr，k(n)·cos[ωk(n)·t·n+φdr，k(n)]

71、ωk(n)＝ωk(n-1)+δωk(n)

72、δωk(n)＝μf·δphdr，k(n)

73、δphdr，k(n)＝(1-λ)·δphdr，k(n-1)+λ·δφdr，k(n)

74、定义驱动放大关系：

75、

76、

77、idxhs自适应控制算法的卓越之处在于可自动调节补偿来至测量延时δtsense，齐延时δtolign，控制算法延时δtcontrol和驱动相移对吸收控制算法带来的影响。