简析智能减振器的舰船机械设备减振系统范文

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摘要：复杂舰船机械设备采用常规舰船机械设备主动减振系统工作时，存在主动减振控制精度较低的问题，为此提出基于智能减振器的舰船机械设备主动减振系统设计。对主动减振系统的执行机构硬件与控制机构硬件进行设计，完成舰船机械设备主动减振系统的硬件设计；依托主动减振系统的控制算法对软件控制过程进行设计，实现舰船机械设备主动减振系统软件设计，实现基于智能减振器的舰船机械设备主动减振系统设计。试验数据表明，提出的主动减振系统较常规主动减振系统，主动减振控制精度提高26.54%，适合复杂舰船机械设备的主动减振。

关键词：智能减振器；舰船机械；主动减振；系统设计

0引言

常规舰船机械设备主动减振系统通过传感器执行机构，能实现船舶机械设备的减振，但受主动减振系统硬件与软件限制，应用于复杂舰船机械设备主动减振时，存在主动减振控制精度较低的不足[1]，不适合复杂舰船机械设备的主动减振。为此提出基于智能减振器的舰船机械设备主动减振系统设计。通过舰船机械设备主动减振系统硬件设计与软件设计，实现基于智能减振器的舰船机械设备主动减振系统设计。为了保证设计的主动减振系统的有效性，模拟舰船机械设备振动试验环境，利用2种不同的主动减振系统，进行主动减振控制精度仿真试验，得出提出主动减振系统具备良好的主动减振控制精度。

1舰船机械设备主动减振系统硬件设计

舰船机械设备主动减振系统硬件设计，主要包括舰船机械设备主动减振系统的执行机构设计和控制机构设计。通过控制机构发出指令，执行机构实现舰船机械设备的主动减振。

1.1主动减振系统执行机构硬件设计

与常规舰船机械设备主动减振系统不同，提出的舰船机械设备主动减振系统执行机构硬件引入智能减振器，基于振动传感器、信号调制调节器、信号控制器、DAC电路、驱动器、变频器、执行器等，组成新的舰船机械设备主动减振系统执行机构，当振源产生振动，引起被控对象的振动。其传感器2在振动为传播至被控对象时，启动控制器，驱动执行机构，用于被控对象舰船机械设备的主动减振，同时传感器1监控被控对象的振动情况。当传感器1未识别产生的振动，或者振动低于预期设定值，传感器1不启动控制器。若传感器1识别到大于预期设定值的振动，则启动控制器，驱动执行机构，增加减振效果，保证舰船机械设备平稳运行。其中执行器的控制量可用下式表示[2]：Q=(q+F∂R∂h)θ，(1)式中，q是传感器1接收的振动信号，F是传感器2接收的振动信号，h是预期设定振动值，R是舰船机械设备的质量，θ是舰船机械设备的形状参数。因信号在振动环境中传播存在衰减现象，执行器发出信号强度需要满足下式[3]：Q′=m−1∑i=0Q(2t+1−W)1/2，(2)式中，t是环境系数，W是振动波段，m是信号波段，其中在高频波段的信号不易产生衰减，在低频波段的信号易产生式衰减。传感器3对执行器进行检测，当执行器饱和运行，传感器3启动控制器，激发变频器，利用变频实现不同阶段的主动减振。同时，当传感器1未识别产生的振动，或者振动低于预期设定值时，传感器3关闭，执行传感器2和传感器1的命令，驱动控制机构，实现舰船机械设备主动减振系统执行机构硬件设计。

1.2主动减振系统控制机构硬件设计

舰船机械设备主动减振系统控制机构是根据不同传感器的指令，驱动执行器的控制机构。其主要包括电源电路、控制芯片、DA转换电路、时针电路、传感元件、AD转换电路，以及相应控制算法机构，控制算法机构在舰船机械设备主动减振系统软件设计进行阐述。为达到舰船机械设备主动减振系统控制目的，采用SHFH公式生产的HJFDA4568芯片作为控制芯片。HJFDA4568采用6对VCU波形输出，4线程控制，核心位宽256bit，核心频率915/1019MHz，最大类型支持DDR5，位宽512bit，带宽384GB/s，接口PCIEx-press3.0x16，输出接口三DVI接口/DisplayPort接口，采用8Pin+8Pin辅助供电。其芯片信道宽度满足下式：a=∑Q′+(R/S)∑(Q′+W×j)，(3)Q′式中，是执行器发出信号强度，R是核心频率，S是流处理器数量，j是单元信息量为保证控制系统的稳定运行，与芯片连接的DA转换电路、时针电路、传感元件、AD转换电路等，采用等向并联的方式进行连接。C1是DA转换电路，C2是时针电路，C3是传感元件，C4是AD转换电路。通过主动减振系统控制机构组成框架的确定，以及等向并联，实现舰船机械设备主动减振系统控制机构硬件设计，基于舰船机械设备主动减振系统的执行机构设计，完成舰船机械设备主动减振系统硬件设计。

2舰船机械设备主动减振系统软件设计

2.1主动减振系统的控制算法设计

主动减振系统的控制算法采用汇编语言为低级语言，利用汇编语言的简单快速性，面向机械控制，以便于精准控制。利用C语言为高级语言，通过C语言进行芯片的内部指令和系统指令。依托CCS2.0软件开发环境，利用C编译器（CCompiler）将C语言源代码程序自动的编译成C28X的汇编语言源代码程序，同时基于汇编器（Assembler）、链接器（Linker），进行程序调试、源文件编辑、环境配置、跟踪和分析，并完成算法生成调试。依托传感器、控制器，接入信号，利用DA转换电路、运行主动减振系统的控制算法，依托AD转换电路，实现主动减振系统的控制。

2.2主动减振系统软件控制过程设计

软件无法自行运行，需要人为设置参数，人为进行调试调节，实现单击运行。主动减振系统软件控制过程设计主要包括软件的调试工作设计，以及软件控制过程设计两部分。软件的调试工作，首先利用汇编语言编译器编译程序，生成目标文件，然后连接器编译目标文件，生成新目标文件，将可执行文件调入仿真器调试，判断检查结果是否正确，否则调回前一步骤，是则进行代码转换，并写入EEPROM，脱离仿真器，实现软件的调试工作。软件控制过程，首先初始化系统控制寄存器、初始化GPIO，配置GPIO功能、初始化PIE控制寄存器和中断向量表，设定周期为0.1ms，启动定时器TimerO，然后初始化SCI、XINTF等外设、初始化ADC模块、配置ADC通道，其次打开所有中断，进入主循环，根据传感器1/2确定AD是否中断，若中断执行AD中断程序，采集振动数据，进行舰船机械设备主动减振系统软件控制，根据传感器3确定TimerO是否中断，若中断执行控制指令，D/A输出进行软件信号控制。实现主动减振系统软件控制过程设计，完成舰船机械设备主动减振系统软件设计。

3仿真测试

为保证试验的准确性，将2种主动减振系统置于相同的试验参数中，进行主动减振控制精度仿真试验。为保证数据处理的准确性，采用XSN-14数据处理平台，仅针对不同的舰船机械设备，不同的主动减振系统的主动减振控制精度变化，进行统计分析，得出试验结果。依据试验曲线结果，利用XSN-14数据处理平台，对提出的主动减振系统，与常规主动减振系统的主动减振控制精度进行算术加权处理，得出提出的主动减振系统较常规主动减振系统，主动减振控制精度提高26.54%，适合复杂舰船机械设备的主动减振。

4结语

本文提出了基于智能减振器的舰船机械设备主动减振系统设计，基于舰船机械设备主动减振系统硬件设计与软件设计，实现了提出主动减振系统设计。试验数据表明，提出的主动减振系统具备良好的主动减振控制精度。希望本文的研究能够为舰船机械设备主动减振系统提供理论依据。

参考文献：

[1]杨铁军,石慧,李新辉,等.一种基于智能减振器的舰船机械设备主动减振系统研究[J].振动工程学报,2017,30(2):167–176.

[2]陈永.基于物联网的舰船智能控制系统设计[J].舰船科学技术,2017,39(8A):154–156.

[3]郭玉霞,张继芳,姜久超,等.船体半主动控制减振及动力学特性研究[J].舰船科学技术,2016,38(12):31–33.

作者:贾瑞匣 单位:郑州工业应用技术学院机电工程学院