基于LabVIEW的主动振动控制实验平台研究

阳学进，张 璨

（武汉轻工大学，湖北武汉430020）

基于LabVIEW的主动振动控制实验平台研究

阳学进，张 璨

（武汉轻工大学，湖北武汉430020）

以悬臂梁的振动控制作为研究对象，建立了基于LabVIEW的主动振动控制实验平台。该平台集传感、检测、控制为一体，实时采集悬臂梁的振动数据并予以相应的控制信号。平台中的数据输入、输出、存储均在计算机上实现，具有良好的实时性，降低了实验平台的成本，数据的精度与可靠性也大大加强。

主动振动控制；悬臂梁；LabVIEW；GMA

随着技术发展，柔性结构应用越来越广，尤其是在精密仪器与仪表领域。而柔性结构具有挠度大、阻尼小的特点。对于外界微小的振动，柔性结构仅依靠振动衰减需要较长时间，直接影响了仪器仪表测量的准确性。因此需要对柔性结构的振动进行抑制。柔性结构的典型代表是悬臂梁。本文以悬臂梁为被控对象，通过GMA对微小振动进行主动控制，从而验证了文中所采取的主动控制方法的有效性。

1 悬臂梁的主动控制

目前振动控制的类别较多，根据有无外部能源供给的角度可以分为被动控制和主动控制[1]。本文中悬臂梁的振动控制主要采取主动控制的方法。振动主动控制主要是指根据传感器或测振仪等检测到的系统信号，经过适当的控制器进行计算、处理，并输出驱动信号给致动器，致动器根据所给信号输出一定的作用力，并作用于系统，从而达到抑制结构或系统的振动的目的[2]。

2 实验平台硬件组成

主动振动控制平台的硬件主要包括三部分，其分别为：数据采集、数据分析处理、控制输出。其结构如图1所示。

图1 主动振动控制总体结构

2.1 数据采集部分

系统数据采集部分主要包括传感器和数据采集卡。由于传感器输出的信号量较小，因此在两者之间增加电荷放大器。

2.1.1 传感器

系统主要获取悬臂梁的振动加速度信号，故选用压电式加速度传感器，其型号为YD36（9021）.传感器相关参数为：电荷灵敏度为9.2 pc/ms2，频率范围5 kHz.悬臂梁的振动属于低频范围，因而该传感器能够准确采集到相关参数。

2.1.2 电荷放大器

电荷放大器主要对传感器的输出电荷信号进行正比例放大，并输出电荷对应的电压值，便于数据采集卡对信号进行采集，系统中所选的电荷放大器型号为YE5852，灵敏度0.01~1 000 mV/pC，频率范围为0.3 Hz~100 kHz.

2.1.3 数据采集卡

基于LabVIEW的实验平台的数据采集卡主要分为三类：研华数据采集卡、NI数据采集卡、第三方数据采集卡。平台所用的数据采集卡为PCI-8333.该数据卡具有良好的适应性，可应用到具有PCI总线插槽的PC，并且能够即插即用。数据采集卡的参数选择：采用单端16路模拟信号输入端，值的范围为-5 V ~+5 V；采用2路电流信号输出，值的范围为0~5 V.

2.2 数据分析处理部分

数据分析处理是对数据采集卡获取的数据进行相应运算，得到期望的参数值，主要包括速度平均值、悬臂梁振动位移、PID控制运算。

2.3 控制输出部分

控制输出部分的作用是根据系统的输出控制信号，直接作用于悬臂梁一对应的输出力。该系统中选取的致动器为超磁致伸缩致动器（GMA）。GMA具有响应速度快、应变大、驱动电压低、控制力大的优点[3]。超磁致伸缩致动器的详细结构可参见参考文献[4]。

3 实验平台软件组成

3.1 编程软件

实验平台的编程语言为LabVIEW.LabVIEW以图形化编程语言为基础，以框图形式显示程序，其主要用途主要包括测试与测量、过程控制和工业自动化、实验室。

3.2 程序结构

程序控制是振动主动控制系统的核心部分，其主要功能包括：数据初始化；数据获取及运算；数据存储；输出控制信号。建立的主动振动实验平台系统控制程序框图如图2所示。其所对应的平台界面如图3所示。

图2 程序控制框图

图3 平台界面

4 实验结果

悬臂梁的振动主动控制实物图如图4所示。实验步骤为：悬臂梁上施加激励，其振动信号经过加速度传感器传递到控制平台，经过程序的运算，得到相应的输出控制信号，其作用于GMA，从而使得悬臂梁受到主动控制力的作用，实现振动的抑制。

图4 振动主动控制系统的框架

在悬臂端施加一随机激励，通过系统平台得到了其自由衰减和振动主动控制下振动衰减的曲线如图5、图6所示。

图5 初始激励下悬臂梁自由衰减曲线

图6 致动器作用下悬臂梁振动衰减曲线

5 结束语

本文建立了基于LabVIEW的主动振动控制系统，分别获得了随机激励下悬臂梁的自由衰减和主动振动控制下的衰减曲线及时间。后者所需时间更短，从而验证了主动振动控制实验平台的有效性。

[1]张春良，梅德庆，陈子辰.振动主动控制及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.

[2]阳学进.考虑磁滞瞬态损耗的GMA在振动主动控制中的应用[D].武汉：武汉理工大学，2014.

[3]卢全国，陈定方.GMM的发展现状及其在精密致动器件中的应用[J].湖北工业大学学报，2006，21（3）：92-94.

[4]阳学进，邓思琪.超磁致伸缩致动器结构设计与静态特性实验[J].湖北工业大学学报，2014，014，29（4）：11-13.

Research on Active Vibration Control Experimental Platform Based on LabVIEW

YANG Xue-Jin，ZHANG Can
（Wuhan Polytechnic University，Wuhan Hubei 430020，China）

The active vibration control experiment platform is established for the cantilever based on LabVIEW. The platform combines sensing，detection and control as a whole.At the same time it has the function of real-time data acquisition and provides the appropriate control signals for the cantilever.Besides，platform’s datas are stored on a computer.The cost of the experimental platform is reduced and the reliability is greatly enhanced.

active vibration control；cantilever；LabVIEW；GMA

TP216

A

1672-545X（2016）11-0102-03

2016-08-01

阳学进（1989-），男，湖北监利人，硕士，助教，研究方向为智能结构与器件。