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摘要：復(fù)雜艦船機(jī)械設(shè)備采用常規(guī)艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)工作時(shí)，存在主動(dòng)減振控制精度較低的問題，為此提出基于智能減振器的艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)主動(dòng)減振系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)硬件與控制機(jī)構(gòu)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；依托主動(dòng)減振系統(tǒng)的控制算法對(duì)軟件控制過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)基于智能減振器的艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，提出的主動(dòng)減振系統(tǒng)較常規(guī)主動(dòng)減振系統(tǒng)，主動(dòng)減振控制精度提高26.54%，適合復(fù)雜艦船機(jī)械設(shè)備的主動(dòng)減振。

關(guān)鍵詞：智能減振器；艦船機(jī)械；主動(dòng)減振；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0引言

常規(guī)艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)通過傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)械設(shè)備的減振，但受主動(dòng)減振系統(tǒng)硬件與軟件限制，應(yīng)用于復(fù)雜艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振時(shí)，存在主動(dòng)減振控制精度較低的不足[1]，不適合復(fù)雜艦船機(jī)械設(shè)備的主動(dòng)減振。為此提出基于智能減振器的艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)基于智能減振器的艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了保證設(shè)計(jì)的主動(dòng)減振系統(tǒng)的有效性，模擬艦船機(jī)械設(shè)備振動(dòng)試驗(yàn)環(huán)境，利用2種不同的主動(dòng)減振系統(tǒng)，進(jìn)行主動(dòng)減振控制精度仿真試驗(yàn)，得出提出主動(dòng)減振系統(tǒng)具備良好的主動(dòng)減振控制精度。

1艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，主要包括艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過控制機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)艦船機(jī)械設(shè)備的主動(dòng)減振。

1.1主動(dòng)減振系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)硬件設(shè)計(jì)

與常規(guī)艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)不同，提出的艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)硬件引入智能減振器，基于振動(dòng)傳感器、信號(hào)調(diào)制調(diào)節(jié)器、信號(hào)控制器、DAC電路、驅(qū)動(dòng)器、變頻器、執(zhí)行器等，組成新的艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)振源產(chǎn)生振動(dòng)，引起被控對(duì)象的振動(dòng)。其傳感器2在振動(dòng)為傳播至被控對(duì)象時(shí)，啟動(dòng)控制器，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于被控對(duì)象艦船機(jī)械設(shè)備的主動(dòng)減振，同時(shí)傳感器1監(jiān)控被控對(duì)象的振動(dòng)情況。當(dāng)傳感器1未識(shí)別產(chǎn)生的振動(dòng)，或者振動(dòng)低于預(yù)期設(shè)定值，傳感器1不啟動(dòng)控制器。若傳感器1識(shí)別到大于預(yù)期設(shè)定值的振動(dòng)，則啟動(dòng)控制器，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，增加減振效果，保證艦船機(jī)械設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。其中執(zhí)行器的控制量可用下式表示[2]：Q=(q+F∂R∂h)θ，(1)式中，q是傳感器1接收的振動(dòng)信號(hào)，F(xiàn)是傳感器2接收的振動(dòng)信號(hào)，h是預(yù)期設(shè)定振動(dòng)值，R是艦船機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量，θ是艦船機(jī)械設(shè)備的形狀參數(shù)。因信號(hào)在振動(dòng)環(huán)境中傳播存在衰減現(xiàn)象，執(zhí)行器發(fā)出信號(hào)強(qiáng)度需要滿足下式[3]：Q′=m−1∑i=0Q(2t+1−W)1/2，(2)式中，t是環(huán)境系數(shù)，W是振動(dòng)波段，m是信號(hào)波段，其中在高頻波段的信號(hào)不易產(chǎn)生衰減，在低頻波段的信號(hào)易產(chǎn)生式衰減。傳感器3對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)執(zhí)行器飽和運(yùn)行，傳感器3啟動(dòng)控制器，激發(fā)變頻器，利用變頻實(shí)現(xiàn)不同階段的主動(dòng)減振。同時(shí)，當(dāng)傳感器1未識(shí)別產(chǎn)生的振動(dòng)，或者振動(dòng)低于預(yù)期設(shè)定值時(shí)，傳感器3關(guān)閉，執(zhí)行傳感器2和傳感器1的命令，驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)硬件設(shè)計(jì)。

1.2主動(dòng)減振系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)硬件設(shè)計(jì)

艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)是根據(jù)不同傳感器的指令，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的控制機(jī)構(gòu)。其主要包括電源電路、控制芯片、DA轉(zhuǎn)換電路、時(shí)針電路、傳感元件、AD轉(zhuǎn)換電路，以及相應(yīng)控制算法機(jī)構(gòu)，控制算法機(jī)構(gòu)在艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。為達(dá)到艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)控制目的，采用SHFH公式生產(chǎn)的HJFDA4568芯片作為控制芯片。HJFDA4568采用6對(duì)VCU波形輸出，4線程控制，核心位寬256bit，核心頻率915/1019MHz，最大類型支持DDR5，位寬512bit，帶寬384GB/s，接口PCIEx-press3.0x16，輸出接口三DVI接口/DisplayPort接口，采用8Pin+8Pin輔助供電。其芯片信道寬度滿足下式：a=∑Q′+(R/S)∑(Q′+W×j)，(3)Q′式中，是執(zhí)行器發(fā)出信號(hào)強(qiáng)度，R是核心頻率，S是流處理器數(shù)量，j是單元信息量為保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，與芯片連接的DA轉(zhuǎn)換電路、時(shí)針電路、傳感元件、AD轉(zhuǎn)換電路等，采用等向并聯(lián)的方式進(jìn)行連接。C1是DA轉(zhuǎn)換電路，C2是時(shí)針電路，C3是傳感元件，C4是AD轉(zhuǎn)換電路。通過主動(dòng)減振系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)組成框架的確定，以及等向并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)硬件設(shè)計(jì)，基于艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。

2艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1主動(dòng)減振系統(tǒng)的控制算法設(shè)計(jì)

主動(dòng)減振系統(tǒng)的控制算法采用匯編語言為低級(jí)語言，利用匯編語言的簡單快速性，面向機(jī)械控制，以便于精準(zhǔn)控制。利用C語言為高級(jí)語言，通過C語言進(jìn)行芯片的內(nèi)部指令和系統(tǒng)指令。依托CCS2.0軟件開發(fā)環(huán)境，利用C編譯器（CCompiler）將C語言源代碼程序自動(dòng)的編譯成C28X的匯編語言源代碼程序，同時(shí)基于匯編器（Assembler）、鏈接器（Linker），進(jìn)行程序調(diào)試、源文件編輯、環(huán)境配置、跟蹤和分析，并完成算法生成調(diào)試。依托傳感器、控制器，接入信號(hào)，利用DA轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)行主動(dòng)減振系統(tǒng)的控制算法，依托AD轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)減振系統(tǒng)的控制。

2.2主動(dòng)減振系統(tǒng)軟件控制過程設(shè)計(jì)

軟件無法自行運(yùn)行，需要人為設(shè)置參數(shù)，人為進(jìn)行調(diào)試調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)單擊運(yùn)行。主動(dòng)減振系統(tǒng)軟件控制過程設(shè)計(jì)主要包括軟件的調(diào)試工作設(shè)計(jì)，以及軟件控制過程設(shè)計(jì)兩部分。軟件的調(diào)試工作，首先利用匯編語言編譯器編譯程序，生成目標(biāo)文件，然后連接器編譯目標(biāo)文件，生成新目標(biāo)文件，將可執(zhí)行文件調(diào)入仿真器調(diào)試，判斷檢查結(jié)果是否正確，否則調(diào)回前一步驟，是則進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，并寫入EEPROM，脫離仿真器，實(shí)現(xiàn)軟件的調(diào)試工作。軟件控制過程，首先初始化系統(tǒng)控制寄存器、初始化GPIO，配置GPIO功能、初始化PIE控制寄存器和中斷向量表，設(shè)定周期為0.1ms，啟動(dòng)定時(shí)器TimerO，然后初始化SCI、XINTF等外設(shè)、初始化ADC模塊、配置ADC通道，其次打開所有中斷，進(jìn)入主循環(huán)，根據(jù)傳感器1/2確定AD是否中斷，若中斷執(zhí)行AD中斷程序，采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)軟件控制，根據(jù)傳感器3確定TimerO是否中斷，若中斷執(zhí)行控制指令，D/A輸出進(jìn)行軟件信號(hào)控制。實(shí)現(xiàn)主動(dòng)減振系統(tǒng)軟件控制過程設(shè)計(jì)，完成艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。

3仿真測(cè)試

為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將2種主動(dòng)減振系統(tǒng)置于相同的試驗(yàn)參數(shù)中，進(jìn)行主動(dòng)減振控制精度仿真試驗(yàn)。為保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，采用XSN-14數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，僅針對(duì)不同的艦船機(jī)械設(shè)備，不同的主動(dòng)減振系統(tǒng)的主動(dòng)減振控制精度變化，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出試驗(yàn)結(jié)果。依據(jù)試驗(yàn)曲線結(jié)果，利用XSN-14數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，對(duì)提出的主動(dòng)減振系統(tǒng)，與常規(guī)主動(dòng)減振系統(tǒng)的主動(dòng)減振控制精度進(jìn)行算術(shù)加權(quán)處理，得出提出的主動(dòng)減振系統(tǒng)較常規(guī)主動(dòng)減振系統(tǒng)，主動(dòng)減振控制精度提高26.54%，適合復(fù)雜艦船機(jī)械設(shè)備的主動(dòng)減振。

4結(jié)語

本文提出了基于智能減振器的艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于艦船機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了提出主動(dòng)減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，提出的主動(dòng)減振系統(tǒng)具備良好的主動(dòng)減振控制精度。希望本文的研究能夠?yàn)榕灤瑱C(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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作者:賈瑞匣 單位:鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院