一种基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法及装置与流程

本申请涉及隔振处理，尤其涉及一种基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法及装置。

背景技术：

1、压电陶瓷作为执行器，其具备正压电效应和逆压电效应，两种效应可以同时利用，即压电陶瓷既能作为执行器，又能作为传感器，当压电主动隔振系统选用压电陶瓷作为执行器时，系统存在一阶固有共振峰（低频），一阶共振附近会伴随产生一阶反共振谷，也就是一阶模态对应的反共振，其主要是由于压电陶瓷的一身二用，使系统内部存在两条信号通路，包括：压电直接电–力耦合通路和结构机械振动传播通路，在两条通路作用下，控制器输出给压电陶瓷的驱动电压直接通过压电电容耦合到传感信号（即电气串扰），二者叠加造就反共振特性，一阶共振模态对应的反共振频率的幅值越小，对应的灵敏度越高，这样会导致系统的稳定性变差，同时系统刚度也变差，最终影响系统对被控对象振动的抑制效果。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于至少提供一种基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法及装置，通过在控制器输入前端引入刚度补偿信号，降低一阶低频反共振频率，从而提高系统鲁棒性。

2、本申请主要包括以下几个方面：

3、第一方面，本申请实施例提供一种基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法，并置压电陶瓷减振系统包括控制器、压电执行器和压电传感器，其中，方法包括：在压电执行器输入端，注入给定噪声信号；利用压电传感器采集被控对象振动产生的测量信号；基于给定刚度补偿系数对压电执行器的输入信号进行基于一阶低频模态反共振的刚度补偿处理，得到刚度补偿信号；根据控制器规划输入信号、测量信号和刚度补偿信号，确定控制器的目标输入信号，并获取控制器在目标输入信号下的目标输出信号；根据目标输出信号和给定噪声信号，更新压电执行器的输入信号。

4、在一种可能的实施方式中，通过以下方式得到刚度补偿信号：计算压电执行器的输入信号与给定刚度补偿系数之间的乘积；将乘积确定为刚度补偿信号。

5、在一种可能的实施方式中，通过以下方式确定控制器的目标输入信号：确定控制器规划输入信号与测量信号之间的反馈误差信号；将反馈误差信号与刚度补偿信号之间的差值，确定为控制器的目标输入信号。

6、在一种可能的实施方式中，通过以下方式确定给定刚度补偿系数：根据并置压电陶瓷减振系统对应的系统刚度参数，计算初始刚度补偿系数；令并置压电陶瓷减振系统处于引入刚度补偿的闭环控制状态，闭环控制状态是指将控制器的输出信号引入压电执行器的输入端；同步采集给定噪声信号和压电执行器的输入信号；根据采集到的给定噪声信号和压电执行器的输入信号搭建灵敏度函数并绘制对应的灵敏度变化曲线；根据灵敏度变化曲线和给定灵敏度限制条件，对初始刚度补偿系数进行调节，得到给定刚度补偿系数。

7、在一种可能的实施方式中，系统刚度参数包括系统压电刚度、预载刚度和作为压电载体的柔性块结构的柔性块刚度，其中，通过以下方式确定初始刚度补偿系数：根据系统压电刚度、预载刚度和柔性块刚度，计算系统共振点刚度；将系统共振点刚度与给定系数之间的乘积，确定为初始刚度补偿系数。

8、在一种可能的实施方式中，通过以下公式计算系统共振点刚度：

9、

10、其中，表示系统共振点刚度，表示系统压电刚度，表示预载刚度，表示柔性块刚度。

11、在一种可能的实施方式中，根据灵敏度变化曲线和给定灵敏度限制条件，对初始刚度补偿系数进行调节，得到给定刚度补偿系数的步骤包括：分析灵敏度变化曲线，确定波峰处灵敏度幅值；确定波峰处灵敏度幅值是否满足给定灵敏度限制条件；若波峰处灵敏度幅值满足给定灵敏度限制条件，则直接将初始刚度补偿系数确定为给定刚度补偿系数；若波峰处灵敏度幅值不满足给定灵敏度限制条件，则调节初始刚度补偿系数，并基于调节后的初始刚度补偿系数，返回执行同步采集给定噪声信号和压电执行器的输入信号。

12、第二方面，本申请实施例还提供一种基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿装置，并置压电陶瓷减振系统包括控制器、压电执行器和压电传感器，其中，装置包括：噪声注入模块，用于在压电执行器输入端，注入给定噪声信号；数据采集模块，用于利用压电传感器采集被控对象振动产生的测量信号；刚度补偿模块，用于基于给定刚度补偿系数对压电执行器的输入信号进行基于一阶低频模态反共振的刚度补偿处理，得到刚度补偿信号；控制输出模块，用于根据控制器规划输入信号、测量信号和刚度补偿信号，确定控制器的目标输入信号，并获取控制器在目标输入信号下的目标输出信号；执行输入模块，用于根据目标输出信号和给定噪声信号，更新压电执行器的输入信号。

13、第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，存储器存储有处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，处理器与存储器之间通过总线进行通信，机器可读指令被处理器运行时执行上述第一方面或第一方面中任一种可能的实施方式中的基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法的步骤。

14、第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面或第一方面中任一种可能的实施方式中的基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法的步骤。

15、本申请实施例提供的一种基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法及装置，包括：在压电执行器输入端，注入给定噪声信号；利用压电传感器采集被控对象振动产生的测量信号；基于给定刚度补偿系数对压电执行器的输入信号进行基于一阶低频模态反共振的刚度补偿处理，得到刚度补偿信号；根据控制器规划输入信号、测量信号和刚度补偿信号，确定控制器的目标输入信号，并获取控制器在目标输入信号下的目标输出信号；根据目标输出信号和给定噪声信号，更新压电执行器的输入信号。通过在控制器输入前端引入刚度补偿信号，降低一阶低频反共振频率，从而提高系统鲁棒性。

16、为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

1.一种基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法，其特征在于，所述并置压电陶瓷减振系统包括控制器、压电执行器和压电传感器，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式得到所述刚度补偿信号：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述控制器的目标输入信号：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述给定刚度补偿系数：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述系统刚度参数包括系统压电刚度、预载刚度和作为压电载体的柔性块结构的柔性块刚度，

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过以下公式计算所述系统共振点刚度：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述灵敏度变化曲线和给定灵敏度限制条件，对所述初始刚度补偿系数进行调节，得到所述给定刚度补偿系数的步骤包括：

8.一种基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿装置，其特征在于，所述并置压电陶瓷减振系统包括控制器、压电执行器和压电传感器，

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的基于并置压电陶瓷减振系统的刚度补偿方法的步骤。