压电机敏结构嵌入式控制器的开发与验证.pdf

第32卷第3期 振动、测试与诊断 V01．32No．3 2012年6月 Jun．2012 of Journal Vibration，MeasurementDiagnosis 压电机敏结构嵌入式控制器的开发与验证‘ 高守玮， 朱晓锦， 赵 苗， 高志远， 黄全振 (上海大学机电工程与自动化学院上海，200072) 摘要 为探索压电主动机敏结构测控单元微型化及高速处理技术，设计开发了一种以ARM和DSP为核心的双核 嵌入式控制器；阐述了系统构成与核心部件、系统软硬件设计思路、功能指标和开发过程；通过构建模型结构和试 验平台，结合自适应滤波前馈振动控制算法，进行了压电机敏柔性结构振动主动控制试验。试验结果验证了所设计 嵌入式控制器的可行性和有效性，并在压电机敏结构测控系统微型化方面获得有益结果。 关键词 机敏结构；振动主动控制；嵌入式系统；DSP+ARM 中图分类号TP391．8；TH86 据处理与运算功能，具有速度快、实时性强等特点， 引 言 而ARM处理器具有多种类输入输出接口，中断控 制能力强[6舶；因此，结合机敏结构测控单元特点并 机敏结构内涵是将分布式传感／驱动元件紧密 发挥两者特性，从而构建嵌入式控制器具有独特的 集成或融合于基体结构，同时将结构与控制器综合 优势。结合压电机敏柔性试验结构和自适应滤波前 起来，形成兼具控制功能与结构功能的一种主动结 馈控制方法，使用所开发的嵌入式控制器进行了结 构。其主要功能之一是实现结构振动响应的主动监 构振动自适应控制验证。试验结果表明，嵌入式控制 器相关技术性能和功能指标满足研究工作的需要， 控，在航空航天领域获得了广泛深入的研究u4]。就 取得了良好的模型结构振动响应控制效果，并较好 机敏传感和机敏致动材料而言，由于压电PZT材料 地满足了分布式测控的实时性与高速性要求。 存在正逆压电效应，具有低功耗、电操作、频带宽和 易布置等特性，是构成压电机敏结构的最具代表性 的机敏元件之一Is-4]。作为机敏结构研究核心内容之1设计背景与方案 一的主动控制理论与实现技术，当前研究主要侧重 当前主动减振机敏结构研究尚处于智能结构概 于智能控制方法与策略，而技术实现环节较之于工 念的前期形式，其基本构成原理如图1所示。 程实际应用还存在很大差距。从目前机敏结构振动 主动控制研究的试验舔节和控制系统设计开发来 网络／ ， 看，试验平台硬件构建中主要使用了基于PC微机为 各种外界 核心的控制器，并辅之于测控板卡、信号放大调理、 干扰振源 结构基体一