簡析智能減振器的艦船機械設備減振系統范文

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摘要：復雜艦船機械設備采用常規艦船機械設備主動減振系統工作時，存在主動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械設備主動減振系統設計。對主動減振系統的執行機構硬件與控制機構硬件進行設計，完成艦船機械設備主動減振系統的硬件設計；依托主動減振系統的控制算法對軟件控制過程進行設計，實現艦船機械設備主動減振系統軟件設計，實現基于智能減振器的艦船機械設備主動減振系統設計。試驗數據表明，提出的主動減振系統較常規主動減振系統，主動減振控制精度提高26.54%，適合復雜艦船機械設備的主動減振。

關鍵詞：智能減振器；艦船機械；主動減振；系統設計

0引言

常規艦船機械設備主動減振系統通過傳感器執行機構，能實現船舶機械設備的減振，但受主動減振系統硬件與軟件限制，應用于復雜艦船機械設備主動減振時，存在主動減振控制精度較低的不足[1]，不適合復雜艦船機械設備的主動減振。為此提出基于智能減振器的艦船機械設備主動減振系統設計。通過艦船機械設備主動減振系統硬件設計與軟件設計，實現基于智能減振器的艦船機械設備主動減振系統設計。為了保證設計的主動減振系統的有效性，模擬艦船機械設備振動試驗環境，利用2種不同的主動減振系統，進行主動減振控制精度仿真試驗，得出提出主動減振系統具備良好的主動減振控制精度。

1艦船機械設備主動減振系統硬件設計

艦船機械設備主動減振系統硬件設計，主要包括艦船機械設備主動減振系統的執行機構設計和控制機構設計。通過控制機構發出指令，執行機構實現艦船機械設備的主動減振。

1.1主動減振系統執行機構硬件設計

與常規艦船機械設備主動減振系統不同，提出的艦船機械設備主動減振系統執行機構硬件引入智能減振器，基于振動傳感器、信號調制調節器、信號控制器、DAC電路、驅動器、變頻器、執行器等，組成新的艦船機械設備主動減振系統執行機構，當振源產生振動，引起被控對象的振動。其傳感器2在振動為傳播至被控對象時，啟動控制器，驅動執行機構，用于被控對象艦船機械設備的主動減振，同時傳感器1監控被控對象的振動情況。當傳感器1未識別產生的振動，或者振動低于預期設定值，傳感器1不啟動控制器。若傳感器1識別到大于預期設定值的振動，則啟動控制器，驅動執行機構，增加減振效果，保證艦船機械設備平穩運行。其中執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接收的振動信號，F是傳感器2接收的振動信號，h是預期設定振動值，R是艦船機械設備的質量，θ是艦船機械設備的形狀參數。因信號在振動環境中傳播存在衰減現象，執行器發出信號強度需要滿足下式[3]：Q′=m−1∑i=0Q(2t+1−W)1/2，(2)式中，t是環境系數，W是振動波段，m是信號波段，其中在高頻波段的信號不易產生衰減，在低頻波段的信號易產生式衰減。傳感器3對執行器進行檢測，當執行器飽和運行，傳感器3啟動控制器，激發變頻器，利用變頻實現不同階段的主動減振。同時，當傳感器1未識別產生的振動，或者振動低于預期設定值時，傳感器3關閉，執行傳感器2和傳感器1的命令，驅動控制機構，實現艦船機械設備主動減振系統執行機構硬件設計。

1.2主動減振系統控制機構硬件設計

艦船機械設備主動減振系統控制機構是根據不同傳感器的指令，驅動執行器的控制機構。其主要包括電源電路、控制芯片、DA轉換電路、時針電路、傳感元件、AD轉換電路，以及相應控制算法機構，控制算法機構在艦船機械設備主動減振系統軟件設計進行闡述。為達到艦船機械設備主動減振系統控制目的，采用SHFH公式生產的HJFDA4568芯片作為控制芯片。HJFDA4568采用6對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，是執行器發出信號強度，R是核心頻率，S是流處理器數量，j是單元信息量為保證控制系統的穩定運行，與芯片連接的DA轉換電路、時針電路、傳感元件、AD轉換電路等，采用等向并聯的方式進行連接。C1是DA轉換電路，C2是時針電路，C3是傳感元件，C4是AD轉換電路。通過主動減振系統控制機構組成框架的確定，以及等向并聯，實現艦船機械設備主動減振系統控制機構硬件設計，基于艦船機械設備主動減振系統的執行機構設計，完成艦船機械設備主動減振系統硬件設計。

2艦船機械設備主動減振系統軟件設計

2.1主動減振系統的控制算法設計

主動減振系統的控制算法采用匯編語言為低級語言，利用匯編語言的簡單快速性，面向機械控制，以便于精準控制。利用C語言為高級語言，通過C語言進行芯片的內部指令和系統指令。依托CCS2.0軟件開發環境，利用C編譯器（CCompiler）將C語言源代碼程序自動的編譯成C28X的匯編語言源代碼程序，同時基于匯編器（Assembler）、鏈接器（Linker），進行程序調試、源文件編輯、環境配置、跟蹤和分析，并完成算法生成調試。依托傳感器、控制器，接入信號，利用DA轉換電路、運行主動減振系統的控制算法，依托AD轉換電路，實現主動減振系統的控制。

2.2主動減振系統軟件控制過程設計

軟件無法自行運行，需要人為設置參數，人為進行調試調節，實現單擊運行。主動減振系統軟件控制過程設計主要包括軟件的調試工作設計，以及軟件控制過程設計兩部分。軟件的調試工作，首先利用匯編語言編譯器編譯程序，生成目標文件，然后連接器編譯目標文件，生成新目標文件，將可執行文件調入仿真器調試，判斷檢查結果是否正確，否則調回前一步驟，是則進行代碼轉換，并寫入EEPROM，脫離仿真器，實現軟件的調試工作。軟件控制過程，首先初始化系統控制寄存器、初始化GPIO，配置GPIO功能、初始化PIE控制寄存器和中斷向量表，設定周期為0.1ms，啟動定時器TimerO，然后初始化SCI、XINTF等外設、初始化ADC模塊、配置ADC通道，其次打開所有中斷，進入主循環，根據傳感器1/2確定AD是否中斷，若中斷執行AD中斷程序，采集振動數據，進行艦船機械設備主動減振系統軟件控制，根據傳感器3確定TimerO是否中斷，若中斷執行控制指令，D/A輸出進行軟件信號控制。實現主動減振系統軟件控制過程設計，完成艦船機械設備主動減振系統軟件設計。

3仿真測試

為保證試驗的準確性，將2種主動減振系統置于相同的試驗參數中，進行主動減振控制精度仿真試驗。為保證數據處理的準確性，采用XSN-14數據處理平臺，僅針對不同的艦船機械設備，不同的主動減振系統的主動減振控制精度變化，進行統計分析，得出試驗結果。依據試驗曲線結果，利用XSN-14數據處理平臺，對提出的主動減振系統，與常規主動減振系統的主動減振控制精度進行算術加權處理，得出提出的主動減振系統較常規主動減振系統，主動減振控制精度提高26.54%，適合復雜艦船機械設備的主動減振。

4結語

本文提出了基于智能減振器的艦船機械設備主動減振系統設計，基于艦船機械設備主動減振系統硬件設計與軟件設計，實現了提出主動減振系統設計。試驗數據表明，提出的主動減振系統具備良好的主動減振控制精度。希望本文的研究能夠為艦船機械設備主動減振系統提供理論依據。

參考文獻：

[1]楊鐵軍,石慧,李新輝,等.一種基于智能減振器的艦船機械設備主動減振系統研究[J].振動工程學報,2017,30(2):167–176.

[2]陳永.基于物聯網的艦船智能控制系統設計[J].艦船科學技術,2017,39(8A):154–156.

[3]郭玉霞,張繼芳,姜久超,等.船體半主動控制減振及動力學特性研究[J].艦船科學技術,2016,38(12):31–33.

作者:賈瑞匣 單位:鄭州工業應用技術學院機電工程學院