專利名稱：用于精密機(jī)床的智能隔振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隔振裝置，尤其是涉及一種用于精密機(jī)床的智能隔振裝置，能夠減少外界對(duì)機(jī)床的振動(dòng)影響。
背景技術(shù)：
在精密機(jī)床的工作過(guò)程中，外界環(huán)境的振動(dòng)會(huì)影響設(shè)備的加工精度，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。因此，采用隔振措施對(duì)來(lái)自外界的振動(dòng)和設(shè)備負(fù)載的擾動(dòng)進(jìn)行有效隔離顯得非常有必要。一般常用的隔振裝置采用的減振材料大多為橡膠、樹(shù)脂等高分子材料，它主要是利用高分子材料中粘彈性效果和摩擦效果，將機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，從 而達(dá)到減振目的。然而，這類材料的最大減振效果，一般是在該類材料玻璃化溫度(Tg)附近，因此應(yīng)用受到一定的限制，如果使用溫度不在該材料的玻璃化溫度附近時(shí)，則減振效果就大打折扣。此外,該類材料本身不具備智能性和主動(dòng)性,系統(tǒng)的阻尼特性不能適應(yīng)外部環(huán)境的變化。主動(dòng)隔振就是隔振過(guò)程中利用外界能源以產(chǎn)生控制振動(dòng)所需的作用力，產(chǎn)生作用力的作動(dòng)器可以是壓電陶瓷、液壓元件、氣動(dòng)元件和電動(dòng)元件等。對(duì)于低頻振動(dòng)，主動(dòng)隔振器通過(guò)伺服控制作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)低頻共振峰值的最小化。壓電材料是指受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料，壓電材料可以因機(jī)械變形產(chǎn)生電場(chǎng)，也可以因電場(chǎng)作用產(chǎn)生機(jī)械變形，這種固有的機(jī)一電耦合效應(yīng)使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。利用壓電效應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究始于20世紀(jì)80年代初，人們利用壓電元件的正壓電效應(yīng)來(lái)檢測(cè)振動(dòng)參數(shù)，利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)來(lái)抑制振動(dòng)。振動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)類型有薄板類、梁類、珩架等，所用的壓電材料有壓電陶瓷和壓電聚合物，壓電陶瓷如鋯鈦酸鉛，壓電聚合物如聚偏氟乙烯。聚偏氟乙烯(PVDF)是目前壓電性能最優(yōu)的壓電材料之一，作為一種新型薄膜狀換能材料，具有質(zhì)地輕軟、可繞性好、壓電特性好等特點(diǎn)。與目前常用的無(wú)機(jī)物壓電材料(如石英、壓電陶瓷類)相比，它還具有聲阻抗小、頻率響應(yīng)寬、介電常數(shù)小、耐沖擊性強(qiáng)以及便于加工成任意形狀等優(yōu)點(diǎn)。壓電復(fù)合材料是由兩相或多相材料復(fù)合而成的，通常見(jiàn)到的是由壓電陶瓷和壓電聚合物組成的兩相復(fù)合材料，這種材料兼有壓電陶瓷和聚合材料的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的壓電陶瓷或與壓電單晶相比，它具有更好的柔順性和機(jī)械加工性能，克服了易碎和不易加工成形的缺點(diǎn)，且密度小，聲速低，易與空氣、水及生物組織實(shí)現(xiàn)聲阻抗匹配。與壓電聚合物材料相t匕，它具有較高的壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)，因此靈敏度很高。目前也有一些其他結(jié)構(gòu)的防振結(jié)構(gòu)，如
公開(kāi)日為2010年11月17日，公開(kāi)號(hào)為CN101887741A的中國(guó)專利中，公開(kāi)了一種防振結(jié)構(gòu)，該防振結(jié)構(gòu)用以使一儲(chǔ)存裝置防振，其包括有一殼體、一支撐架及至少一第一緩沖材料，其中殼體具有一底板及一頂板，且殼體的底板及頂板相互對(duì)合并包覆于儲(chǔ)存裝置外，該防振結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理，對(duì)精密設(shè)備的防振效果差。又如
公開(kāi)日為2010年11月24日，公開(kāi)號(hào)為CN201656656U的中國(guó)專利中，公開(kāi)了一種電機(jī)冷卻器的防振結(jié)構(gòu)，該防振結(jié)構(gòu)包括電機(jī)的機(jī)座、冷卻器及橡膠圈，冷卻器通過(guò)連接件安裝在機(jī)座的上端面，橡膠圈設(shè)在冷卻器的底面與機(jī)座的上端面之間，機(jī)座的上端面上均布地設(shè)有若干限位凸塊；橡膠圈在機(jī)座上的限位凸塊的相應(yīng)位置開(kāi)設(shè)缺口，橡膠圈的厚度大于限位凸塊的高度；在安裝冷卻器時(shí)，將被壓縮后的橡膠圈的厚度與限位凸塊的高度一致，以使冷卻器的底面與限位凸塊的上端面接觸，該防振結(jié)構(gòu)專用于消除電機(jī)在運(yùn)行中冷卻器會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)的現(xiàn)象，適用面較窄。綜上所述，目前還沒(méi)有一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，性能可靠，減振作用明顯，屬于智能型減振裝置的用于精密機(jī)床的智能隔振裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理， 減振作用明顯，性能可靠的用于精密機(jī)床的智能隔振裝置。本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該用于精密機(jī)床的智能隔振裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于包括
通過(guò)PVDF壓電薄片檢測(cè)外部振動(dòng)的振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率和振幅，以及通過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)將外部振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將電信號(hào)進(jìn)行校正和放大，以提供準(zhǔn)確的執(zhí)行參數(shù)的檢測(cè)單元；
接收到來(lái)自檢測(cè)單元的信號(hào)后，通過(guò)自適應(yīng)運(yùn)算，計(jì)算出與外部振動(dòng)的相位相反和振幅相等的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的控制單元；
采用壓電復(fù)合材料制成，接收到來(lái)自控制單元的電信號(hào)后，利用逆壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)自身變形來(lái)抵消和減弱外部振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能隔振裝置的減振和隔振功能的執(zhí)行單元；
所述控制單元和檢測(cè)單元連接，所述執(zhí)行單元和控制單元連接。由此使得本發(fā)明的性能可靠，減振作用明顯，能夠達(dá)到智能控制的目的。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述控制單元的控制過(guò)程為PVDF壓電薄片選取的PVDF壓電材料的壓電晶軸取向?yàn)闃O化方向定義為方向3,即垂直于材料平面的方向，垂直于方向3的另外兩個(gè)方向分別定義為方向I和方向2，對(duì)于沿方向3極化處理后的PVDF壓電薄片，具有特定的聚合物薄片結(jié)構(gòu)，僅在方向3產(chǎn)生電荷，其壓電方程為
D3 = d3lTj+ H + d33T31式(I)
其中必為方向3的電位移if/m2、;成/為壓電系數(shù)，表示在J方向作用的應(yīng)力在i方向檢出；G為i方向的應(yīng)力Wm2)；
控制單元的控制過(guò)程采用自適應(yīng)控制算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化減振，控制單元的控制系統(tǒng)分為兩部分控制信號(hào)的產(chǎn)生和控制算法的加權(quán)自適應(yīng)，其中，x(k)為參考信號(hào)，它要求與振動(dòng)信號(hào)具有相關(guān)性；P(k)為期望信號(hào)，是外界振動(dòng)作用于執(zhí)行系統(tǒng)的相應(yīng)，w,{k)為系數(shù)矢量；在A時(shí)刻，N階有限脈沖響應(yīng)濾波器的輸出為
y Qd = Σ Wj {k) X {k~i) =Wt {k) X {k)式(2)
在前饋控制中，控制信號(hào)s (k)并不等于濾波器的輸出y(k)，因?yàn)閳?zhí)行單元和誤差傳感器之間存在著距離，所以從控制器的輸出到誤差傳感器之間形成了一個(gè)路徑傳遞函數(shù)
C = [c0, C1,…，Cdi-Jt式(3)s {k) = Σ y {k~i) C1=Yt {k)C式(4)
其中，Y⑷=Xt⑷W,代入式(4)，得 s ⑷=[XTWW]TC = WTXf ⑷式(5)
其中，Xf O) =X (Ji) C,為濾波后的參考信號(hào)序列；
算法的目的是尋求最優(yōu)W (幻，使誤差信號(hào)最小，即
J=min E e2 {k) = min [p {k) + s (^) ]2 = min [p (A) + W1Xi-(A) ]2 式(6)
對(duì)于梯度下降算法，權(quán)系數(shù)的更新采用下列形式 ff(^ + I) = W⑷-μ Λ W⑷式(7)
其中μ為提高系統(tǒng)的性能而加入到加權(quán)系數(shù)的部分負(fù)梯度，即收斂系數(shù)；
式(6)對(duì)權(quán)系數(shù)W (幻進(jìn)行求導(dǎo)，得
Λ W⑷ ^ 3 e2 (A) / 3F = 2e (A) Xf(Ji)式(8)
將式(8)代入式(7)，得
w(A + I ) = w (A) — 2 e (Jc) xf {k)式(9)
依據(jù)式(9)，利用檢測(cè)單元采集到的信號(hào)e (幻X/(幻不斷地更新權(quán)系數(shù)w (幻，使執(zhí)行單元的輸出信號(hào)與振動(dòng)信號(hào)相位相反，振幅相等，從而實(shí)現(xiàn)智能隔振裝置的減振功能。由此使得本發(fā)明控制單元的控制效果更好，能夠更加有效的達(dá)到智能控制的目的，更加有效的實(shí)現(xiàn)裝置的減振和隔振功能。作為優(yōu)選，本發(fā)明還包括支架，所述執(zhí)行單元位于支架的上表面，所述檢測(cè)單元位于支架的下表面。作為優(yōu)選，本發(fā)明還包括輔助單元，所述輔助單元連接在檢測(cè)單元和執(zhí)行單元之間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，適用性廣，減振作用明顯，屬于智能型減振裝置，具有良好的隔振和抗振功能。本發(fā)明利用檢測(cè)單元中的PVDF薄片檢測(cè)外界振動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)單元中的信號(hào)處理系統(tǒng)將外部振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后提供給控制單元，控制單元采用自適應(yīng)運(yùn)算得出智能信號(hào)，并傳遞給執(zhí)行單元，利用壓電復(fù)合材料制成的執(zhí)行單元進(jìn)行信號(hào)逆轉(zhuǎn)換，通過(guò)執(zhí)行單元的變形實(shí)現(xiàn)裝置的減振和隔振功倉(cāng)泛。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例中用于精密機(jī)床的智能隔振裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例中控制部分的自適應(yīng)控制系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例。參見(jiàn)圖I至圖2，本實(shí)施例中用于精密機(jī)床的智能隔振裝置包括支架、檢測(cè)單元I、控制單元2、執(zhí)行單元3和輔助單元4。本實(shí)施例中的檢測(cè)單元I、控制單元2、執(zhí)行單元3和輔助單元4均連接在支架上，且執(zhí)行單元3位于支架的上表面，檢測(cè)單元I位于支架的下表面。本實(shí)施例中的控制單元2和檢測(cè)單元I連接，執(zhí)行單元3和控制單元2連接，輔助單元4連接在檢測(cè)單元I和執(zhí)行單元3之間。本實(shí)施例中的檢測(cè)單元I包括PVDF壓電薄片和信號(hào)處理系統(tǒng)，其中，PVDF壓電薄片用于檢測(cè)外部振動(dòng)的振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率和振幅，信號(hào)處理系統(tǒng)用于將外部振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將電信號(hào)進(jìn)行校正和放大，以達(dá)到能夠提供準(zhǔn)確的執(zhí)行參數(shù)的目的。本實(shí)施例中的控制單元2接收到來(lái)自檢測(cè)單元I的信號(hào)后，通過(guò)自適應(yīng)運(yùn)算，計(jì)算出與外部振動(dòng)的相位相反和振幅相等的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。本實(shí)施例中的執(zhí)行單元3采用壓電復(fù)合材料制成，該執(zhí)行單元3接收到來(lái)自控制單元2的電信號(hào)后，利用逆壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)信號(hào)，然后通過(guò)自身變形來(lái)抵消和減弱外部振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能隔振裝置的減振和隔振功能。 本實(shí)施例中采用PVDF壓電薄膜作為隔振裝置中用于檢測(cè)信號(hào)的檢測(cè)單元1，利用壓電復(fù)合材料作為隔振裝置的執(zhí)行單元3，該執(zhí)行單元3和檢測(cè)單元I分別位于隔振裝置的支架上表面和下表面，執(zhí)行單元3和檢測(cè)單元I通過(guò)中間的控制單元2及輔助單元4聯(lián)接為一體。本實(shí)施例選取PVDF壓電材料中的PVDF壓電薄片形式，可根據(jù)不同要求制作成不同尺寸和規(guī)格的壓電薄片，用于檢測(cè)外部振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)方向、頻率和振幅等參數(shù)，極化方向定義為垂直于材料平面的方向。本實(shí)施例通過(guò)檢測(cè)單元I中的信號(hào)處理系統(tǒng)將外部的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)化后的電信號(hào)進(jìn)行校正和放大，然后提供給控制單元2?？刂茊卧?接收到來(lái)自檢測(cè)單元I的信號(hào)后，通過(guò)自適應(yīng)運(yùn)算，計(jì)算出與外界振動(dòng)相位相反、振幅相等的數(shù)據(jù)，將其提供給執(zhí)行單元3?？刂茊卧?采用自適應(yīng)控制算法，控制系統(tǒng)可以分為兩部分控制信號(hào)的產(chǎn)生和控制算法的加權(quán)自適應(yīng)。本實(shí)施例中的執(zhí)行單元3接收到來(lái)自控制單元2的控制信號(hào)后，通過(guò)采用壓電復(fù)合材料制成的執(zhí)行單元3的變形實(shí)現(xiàn)抵消和減弱外部振動(dòng)，執(zhí)行單元3執(zhí)行來(lái)自控制單元2的控制信號(hào)，是利用其逆壓電效應(yīng)。制作執(zhí)行單元3的復(fù)合材料，可以根據(jù)不同的使用要求制成不同的外形和規(guī)格。本實(shí)施例中的檢測(cè)單元I包括PVDF壓電薄片和信號(hào)處理系統(tǒng)，PVDF壓電薄片用于檢測(cè)外部振動(dòng)的振動(dòng)方向、頻率和振幅等參數(shù)，并通過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，給執(zhí)行單元2提供準(zhǔn)確的執(zhí)行參數(shù)。 本實(shí)施例的PVDF壓電薄片選取的PVDF壓電材料的壓電晶軸取向?yàn)闃O化方向定義為方向3,即垂直于材料平面的方向，垂直于方向3的另外兩個(gè)方向分別定義為方向I和方向2。對(duì)于沿方向3極化處理后的PVDF壓電薄片，具有特定的聚合物薄片結(jié)構(gòu)，僅在方向3產(chǎn)生電荷，其壓電方程為
D3 = d3lTj+ H + d33T31式(I)
其中必為方向3的電位移if/m2、;成/為壓電系數(shù)，表示在J方向作用的應(yīng)力在i方向檢出；G為i方向的應(yīng)力Wm2)。本實(shí)施例的控制單元2的控制過(guò)程采用自適應(yīng)控制算法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化減振，控制單元2的控制系統(tǒng)分為兩部分控制信號(hào)的產(chǎn)生和控制算法的加權(quán)自適應(yīng)，原理圖如圖2所示。其中，x(k)為參考信號(hào)，它要求與振動(dòng)信號(hào)具有相關(guān)性；P(k)為期望信號(hào)，是外界振動(dòng)作用于執(zhí)行系統(tǒng)的相應(yīng)。在k時(shí)刻，N階有限脈沖響應(yīng)濾波器的輸出為y Qd = Σ Wj {k) X {k~i) =Wt {k) X {k)式(2)
在前饋控制中，控制信號(hào)s (k)并不等于濾波器的輸出y(k)。因?yàn)閳?zhí)行單元(或稱為控制器)和誤差傳感器之間存在著距離，所以從控制器的輸出到誤差傳感器之間形成了一個(gè)路徑傳遞函數(shù)
C = [c0, C1,…，Cdi-Jt式(3)
s {k) = Σ y{k~i) C1=Yt{k)C式(4)
其中，Y⑷=Xt⑷#。代入式(4)，得
S ⑷=[XTWW]TC = WTXf ⑷式(5)
其中，Xf O) =x Ud c,為濾波后的參考信號(hào)序列。算法的目的是尋求最優(yōu)W(幻，使誤差信號(hào)最小，即
J=min E e2 {k) = min [p {k) + s (^) ]2 = min [p (A) + W1Xi-(A) ]2 式(6)
對(duì)于梯度下降算法，權(quán)系數(shù)的更新采用下列形式 ff(^ + I) = W⑷-μ Λ W⑷式(7)
其中μ為提高系統(tǒng)的性能而加入到加權(quán)系數(shù)的部分負(fù)梯度，即收斂系數(shù)。式(6 )對(duì)權(quán)系數(shù)w⑷進(jìn)行求導(dǎo),得
Λ W⑷ ^ 3 e2 (A) / 3W = 2e (A) Xf(Ji)式(8)
將式(8)代入式(7)，得
w(A + I ) = w (A) — 2 e (Jc) xf {k)式(9)
算法執(zhí)行的本質(zhì)是依據(jù)式(9)，利用檢測(cè)單元I采集到的信號(hào)e⑷不斷地更新權(quán)系數(shù)w {k)，使執(zhí)行單元的輸出信號(hào)與振動(dòng)信號(hào)相位相反，振幅相等，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的減振。本實(shí)施例利用壓電復(fù)合材料作為執(zhí)行單元3，利用其逆壓電效應(yīng)來(lái)抵消或減小來(lái)自外界的振動(dòng)。利用壓電復(fù)合材料更好的機(jī)械加工性能，針對(duì)不同的使用場(chǎng)合制作大小合適的隔振裝置的執(zhí)行單元3。利用壓電復(fù)合材料更高的壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)，從而可以產(chǎn)生更大的驅(qū)動(dòng)力和輸出位移，進(jìn)而更有效的執(zhí)行來(lái)自信號(hào)檢測(cè)單元I的信號(hào)。檢測(cè)單元I位于裝置的最下面，和地面接觸。采用PVDF薄片結(jié)構(gòu)，利用其頻率響應(yīng)寬和介電常數(shù)小的特點(diǎn)，檢測(cè)來(lái)自地面的不同頻率、不同振幅的振動(dòng)。并在測(cè)得來(lái)自不同測(cè)點(diǎn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)后，通過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行校正和放大，轉(zhuǎn)換后提供給控制單元2。控制單元2接收來(lái)自檢測(cè)單元I的信號(hào)后，通過(guò)自適應(yīng)運(yùn)算，計(jì)算出與外界振動(dòng)相位相反、振幅相等的數(shù)據(jù)，將其提供給執(zhí)行單元3。執(zhí)行單元3 采用壓電復(fù)合材料制成。執(zhí)行單元3接收到來(lái)自控制單元的控制信號(hào)后，利用其逆壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行單元3的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)裝置的減振和隔振。此外，需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書(shū)中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同，本說(shuō)明書(shū)中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例說(shuō)明。凡依據(jù)本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或者簡(jiǎn)單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍 。
權(quán)利要求
1.一種用于精密機(jī)床的智能隔振裝置，其特征在于包括 通過(guò)PVDF壓電薄片檢測(cè)外部振動(dòng)的振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率和振幅，以及通過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)將外部振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將電信號(hào)進(jìn)行校正和放大，以提供準(zhǔn)確的執(zhí)行參數(shù)的檢測(cè)單元； 接收到來(lái)自檢測(cè)單元的信號(hào)后，通過(guò)自適應(yīng)運(yùn)算，計(jì)算出與外部振動(dòng)的相位相反和振幅相等的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的控制單元； 采用壓電復(fù)合材料制成，接收到來(lái)自控制單元的電信號(hào)后，利用逆壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)自身變形來(lái)抵消和減弱外部振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能隔振裝置的減振和隔振功能的執(zhí)行單元； 所述控制單元和檢測(cè)單元連接，所述執(zhí)行單元和控制單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于精密機(jī)床的智能隔振裝置，其特征在于所述控制單元的控制過(guò)程為=PVDF壓電薄片選取的PVDF壓電材料的壓電晶軸取向?yàn)闃O化方向定義為方向3,即垂直于材料平面的方向，垂直于方向3的另外兩個(gè)方向分別定義為方向I和方向2,對(duì)于沿方向3極化處理后的PVDF壓電薄片，具有特定的聚合物薄片結(jié)構(gòu)，僅在方向3產(chǎn)生電荷，其壓電方程為 D3 = d3lTj+ H + d33T31式(I) 其中必為方向3的電位移if/m2、;成/為壓電系數(shù)，表示在J方向作用的應(yīng)力在i方向檢出；G為i方向的應(yīng)力Wm2)； 控制單元的控制過(guò)程采用自適應(yīng)控制算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化減振，控制單元的控制系統(tǒng)分為兩部分控制信號(hào)的產(chǎn)生和控制算法的加權(quán)自適應(yīng)，其中，x(k)為參考信號(hào)，它要求與振動(dòng)信號(hào)具有相關(guān)性；P(k)為期望信號(hào)，是外界振動(dòng)作用于執(zhí)行系統(tǒng)的相應(yīng)，WjQd為系數(shù)矢量；在A時(shí)刻，N階有限脈沖響應(yīng)濾波器的輸出為 y Qd = Σ Wj {k) X {k~i) =Wt {k) X {k)式(2) 在前饋控制中，控制信號(hào)s (k)并不等于濾波器的輸出y(k)，因?yàn)閳?zhí)行單元和誤差傳感器之間存在著距離，所以從控制器的輸出到誤差傳感器之間形成了一個(gè)路徑傳遞函數(shù) C = [c0, C1,…，Cdi-Jt式(3) s {k) = Σ y{k~i) C1=Yt{k)C式(4) 其中，Y⑷=Xt⑷W,代入式(4)，得 s ⑷=[XTWW]TC = WTXf ⑷式(5) 其中，Xf O) =X (Ji) C,為濾波后的參考信號(hào)序列； 算法的目的是尋求最優(yōu)W (幻，使誤差信號(hào)最小，即J=min E e2 {k) = min [p {k) + s (^) ]2 = min [p (A) + W1Xi-(A) ]2 式(6) 對(duì)于梯度下降算法，權(quán)系數(shù)的更新采用下列形式 ff(^ + I) = W⑷-μ Λ W⑷式(7) 其中μ為提高系統(tǒng)的性能而加入到加權(quán)系數(shù)的部分負(fù)梯度，即收斂系數(shù)； 式(6)對(duì)權(quán)系數(shù)W (幻進(jìn)行求導(dǎo)，得 Λ W⑷ ^ 3 e2 (A) / 3F = 2e (A) Xf(Ji)式(8) 將式(8)代入式(7)，得 w(A + I ) = w (A) — 2 e (Jc) xf {k)式(9)依據(jù)式(9)，利用檢測(cè)單元采集到的信號(hào)e (幻X/(幻不斷地更新權(quán)系數(shù)w (幻，使執(zhí)行單元的輸出信號(hào)與振動(dòng)信號(hào)相位相反，振幅相等，從而實(shí)現(xiàn)智能隔振裝置的減振功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于精密機(jī)床的智能隔振裝置，其特征在于還包括支架，所述執(zhí)行單元位于支架的上表面，所述檢測(cè)單元位于支架的下表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于精密機(jī)床的智能隔振裝置，其特征在于還包括輔助單元，所述輔助單元連接在檢測(cè)單元和執(zhí)行單元之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于精密機(jī)床的智能隔振裝置。目前還沒(méi)有一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，減振作用明顯的用于精密機(jī)床的智能隔振裝置。本發(fā)明的特點(diǎn)是包括通過(guò)PVDF壓電薄片檢測(cè)外部振動(dòng)的振動(dòng)方向、頻率和振幅，以及通過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)將外部振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將電信號(hào)校正和放大，以提供執(zhí)行參數(shù)的檢測(cè)單元；接收到來(lái)自檢測(cè)單元的信號(hào)后，計(jì)算出與外部振動(dòng)的相位相反和振幅相等的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的控制單元；接收到來(lái)自控制單元的電信號(hào)后，利用逆壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)自身變形來(lái)抵消和減弱外部振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減振和隔振功能的執(zhí)行單元；執(zhí)行單元、控制單元和檢測(cè)單元依次連接。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，減振作用明顯，性能可靠。
文檔編號(hào)F16F7/00GK102777527SQ20121029376
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者高濤 申請(qǐng)人:中國(guó)聯(lián)合工程公司