一種機(jī)電耦合振動(dòng)抑制的電流控制陷波濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種機(jī)電耦合振動(dòng)抑制的電流控制陷波濾波器，屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。在乳機(jī)壓下控制系統(tǒng)中，利用振動(dòng)信號(hào)頻率信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)作為輸出信號(hào)，F(xiàn)PGA作為處理芯片，通過(guò)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的大小控制陷波濾波器的濾波頻率，從而濾除對(duì)應(yīng)擾動(dòng)頻率，達(dá)到抑制乳機(jī)壓下系統(tǒng)垂向機(jī)電耦合振動(dòng)的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]構(gòu)成模擬濾波器的模擬電路受溫度、非線性等因素影響，造成模擬濾波器參數(shù)不穩(wěn)定，調(diào)整不靈活。數(shù)字濾波器比模擬濾波器有更高的信噪比和更高的精度，而且靈活性好。陷波濾波器在通訊工程、醫(yī)療設(shè)備、測(cè)量?jī)x器、圖像處理、控制等領(lǐng)域有重要作用，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，數(shù)字陷波濾波器用于窄帶噪聲信號(hào)抑制，但對(duì)數(shù)字濾波器性能和處理速度有嚴(yán)格要求，數(shù)字陷波濾波器能夠根據(jù)設(shè)定的狀態(tài)通過(guò)算法控制濾波器的輸出參數(shù)，從而根據(jù)設(shè)計(jì)的參數(shù)使濾波器自動(dòng)連續(xù)地對(duì)給定信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0003]現(xiàn)有的數(shù)字式自適應(yīng)濾波器有4種基本應(yīng)用類(lèi)型:(1)系統(tǒng)辨識(shí):主要用于擬合未知裝置的線性模型；(2)逆模型:主要用于擬合未知噪聲裝置；(3)預(yù)測(cè):用于對(duì)隨機(jī)信號(hào)的當(dāng)前值提供某種意義上的一個(gè)最好預(yù)測(cè)；(4)干擾消除:用于消除包含在基本信號(hào)中的未知干擾。目前在干擾消除方面數(shù)字式自適應(yīng)陷波濾波器的應(yīng)用較為廣泛，主要用于消除那些由有用信號(hào)和一個(gè)多余的正弦干擾疊加組成的原始輸入信號(hào)中的干擾信號(hào)。當(dāng)參考輸入為單一頻率時(shí)，它的陷阱中心頻率正好等于外加信號(hào)頻率。
[0004]但是現(xiàn)有陷波濾波器一般根據(jù)需求設(shè)計(jì)好后，濾波器模型和參數(shù)已確定，即使采用自適應(yīng)陷波濾波器，也只能根據(jù)變化的輸入信號(hào)和后驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)整濾波器參數(shù)。而在工業(yè)控制中，需要濾波器的參數(shù)根據(jù)被濾波信號(hào)以外的其它信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，例如根據(jù)振動(dòng)傳感器采集到的共振信號(hào)，從外部對(duì)濾波器輸入?yún)?shù)進(jìn)行調(diào)整，作用于控制信號(hào)，從而要求濾波器對(duì)指定且變化的頻率信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波，目前現(xiàn)有自適應(yīng)陷波濾波器無(wú)法實(shí)現(xiàn)利用外部擾動(dòng)信號(hào)對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0005]乳機(jī)運(yùn)行在高速、高壓、高精度的特殊條件下，對(duì)其運(yùn)行質(zhì)量要求日益提高。乳機(jī)液壓壓下系統(tǒng)是集精密機(jī)械、液壓、電氣、電子于一體的系統(tǒng)，是乳制薄板、帶材和箔材必不可少的設(shè)備。根據(jù)乳機(jī)壓下系統(tǒng)的受力分析，載荷傳遞的方向?yàn)榇怪狈较?，即乳機(jī)工作時(shí)機(jī)座系統(tǒng)所受力主要為乳制力，作用對(duì)象主要是機(jī)架、壓下油缸、乳輥和軸承座等。導(dǎo)致的振動(dòng)并沒(méi)有外部激振力，而是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)的一種周期性振動(dòng)，振動(dòng)的頻率與設(shè)備的固有頻率接近。乳機(jī)壓下系統(tǒng)的振動(dòng)強(qiáng)度初期可能是微弱的，但隨著生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)行，會(huì)逐漸導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)零部件的破壞，主要原因是振幅超過(guò)一定的幅值并經(jīng)過(guò)一定的作用時(shí)間發(fā)生零部件疲勞損壞。強(qiáng)烈的自激振動(dòng)還會(huì)引發(fā)零部件的突然斷裂或大的系統(tǒng)噪聲，甚至導(dǎo)致重大破壞。對(duì)機(jī)電耦合振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行離線診斷是分析與解決振動(dòng)的一個(gè)有效途徑，但離線診斷與分析一方面存在滯后，另一方面系統(tǒng)進(jìn)行診斷時(shí)可能已經(jīng)發(fā)生重大破壞。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、故障診斷技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)，設(shè)計(jì)基于在線振動(dòng)的抑制方法對(duì)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行更為重要。因此，現(xiàn)場(chǎng)迫切需要一種能夠在發(fā)生垂直振動(dòng)時(shí)從控制通道進(jìn)行實(shí)時(shí)抑制的方法，從而消除乳機(jī)壓下系統(tǒng)的機(jī)電耦合振動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明一種機(jī)電耦合振動(dòng)抑制的電流控制陷波濾波器，目的在于為乳機(jī)壓下控制領(lǐng)域提供一種數(shù)字式陷波濾波器，從而公開(kāi)一種從控制通道濾除干擾頻率分量的自動(dòng)控制方法，使數(shù)字式陷波濾波器的參數(shù)可以根據(jù)被濾波信號(hào)以外的乳機(jī)垂直機(jī)電耦合振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而濾除控制信號(hào)中由干擾造成的頻率分量。
[0007]本發(fā)明一種機(jī)電耦合振動(dòng)抑制的電流控制陷波濾波器，其特征在于是一種抑制乳機(jī)壓下系統(tǒng)垂向機(jī)電耦合振動(dòng)的，由FPGAl及外圍電路構(gòu)成的電流控制數(shù)字式陷波濾波器，F(xiàn)PGAl包括待濾波信號(hào)觸發(fā)模塊4、待濾波信號(hào)采樣頻率控制模塊5、陷波濾波器的IP核6、參數(shù)計(jì)算模塊12、控制跟蹤信號(hào)使能模塊13、參數(shù)調(diào)整模塊14及系數(shù)重載模塊15，整套電流控制陷波濾波器由濾波處理部分及濾波控制部分組成，所述濾波處理部分由待濾波信號(hào)2、待濾波信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3、待濾波信號(hào)觸發(fā)模塊4、待濾波信號(hào)采樣頻率控制模塊
5、陷波濾波器的IP核6、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7及濾波輸出8組成；所述濾波控制部分由4~20mA電流控制跟蹤信號(hào)9、電流變送器10、控制跟蹤信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11、參數(shù)計(jì)算模塊12、控制跟蹤信號(hào)使能模塊13、參數(shù)調(diào)整模塊14、系數(shù)重載模塊15及乳機(jī)垂直振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)電流信號(hào)模塊16組成；待濾波信號(hào)2通過(guò)待濾波信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，F(xiàn)PGA I中的待濾波信號(hào)采樣頻率控制模塊5用于調(diào)整采樣頻率，待濾波信號(hào)觸發(fā)模塊4受待濾波信號(hào)采樣頻率控制模塊5的控制，將待濾波信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出的信號(hào)讀入FPGA I中，并送入陷波濾波器的IP核6中進(jìn)行運(yùn)算；4~20mA電流控制跟蹤信號(hào)9接收乳機(jī)垂直振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)電流信號(hào)模塊16的指令，輸出4~20mA范圍內(nèi)的電流信號(hào)，再通過(guò)電流變送器10轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，控制跟蹤信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，參數(shù)計(jì)算模塊12受控制跟蹤信號(hào)使能模塊13的控制，控制跟蹤信號(hào)使能模塊13根據(jù)乳機(jī)垂直振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)電流信號(hào)模塊16的振動(dòng)信號(hào)情況確定參數(shù)計(jì)算模塊12的工作狀態(tài)，經(jīng)過(guò)參數(shù)計(jì)算模塊12計(jì)算后的數(shù)據(jù)送入?yún)?shù)調(diào)整模塊14中，參數(shù)調(diào)整模塊14根據(jù)收到的4~20mA電流控制信號(hào)輸出相應(yīng)的參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)陷波濾波器的參數(shù)，系數(shù)重載模塊15利用陷波濾波器的IP核6的濾波算法調(diào)節(jié)作用，將參數(shù)調(diào)整模塊14輸出的參數(shù)實(shí)時(shí)送入陷波濾波器的IP核6中，對(duì)陷波濾波器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，陷波濾波器的IP核6受4~20mA電流控制作用，對(duì)待濾波信號(hào)2進(jìn)行濾波，以濾除與當(dāng)前4~20mA范圍電流對(duì)應(yīng)的干擾頻率分量；陷波濾波器的IP核6運(yùn)算輸出的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)濾波的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并由濾波輸出8輸出；振動(dòng)傳感器20安裝在乳機(jī)壓下裝置22的機(jī)架上部以感受垂直方向的振動(dòng)信號(hào)，當(dāng)乳機(jī)垂直振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)電流信號(hào)模塊16的振動(dòng)信號(hào)在正常范圍內(nèi)，不需要濾波時(shí)，控制跟蹤信號(hào)使能模塊13不發(fā)出濾波指令，參數(shù)調(diào)整模塊14不發(fā)送指令到系數(shù)重載模塊15，陷波濾波器的IP核6只傳輸數(shù)據(jù)不進(jìn)行濾波，待濾波信號(hào)2與濾波輸出8的信號(hào)保持不變；當(dāng)振動(dòng)傳感器20采集到乳機(jī)壓下系統(tǒng)的機(jī)電耦合振動(dòng)信號(hào)時(shí)，乳機(jī)垂直振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)電流信號(hào)模塊16控制控制跟蹤信號(hào)使能模塊13工作，乳機(jī)壓下控制模擬信號(hào)17輸出至待濾波信號(hào)2，經(jīng)電流控制數(shù)字陷波濾波器21濾波后，經(jīng)濾波輸出8輸出，再通過(guò)伺服放大器18驅(qū)動(dòng)伺服閥19，最后控制壓下油缸23的動(dòng)作，對(duì)機(jī)電耦合垂直振動(dòng)進(jìn)行抑制。
[0008]本發(fā)明一種機(jī)電耦合振動(dòng)抑制的電流控制陷波濾波器，與現(xiàn)有的數(shù)字式陷波濾波器相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明的數(shù)字式陷波濾波器的參數(shù)可以根據(jù)乳機(jī)壓下裝置垂直振動(dòng)信號(hào)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波參數(shù)調(diào)整，對(duì)乳機(jī)壓下控制信號(hào)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)機(jī)電耦合振動(dòng)在線抑制；
2.本發(fā)明的數(shù)字式陷波濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，可以應(yīng)用于乳機(jī)壓下控制等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)振動(dòng)抑制等場(chǎng)合。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1電流控制數(shù)字陷波濾波器結(jié)構(gòu)
1.FPGA 2.待濾波信號(hào)3.待濾波信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊4.待濾波信號(hào)觸發(fā)模塊
5.待濾波信號(hào)采樣頻率控制模塊6.陷波濾波器的IP核7.數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8.濾波輸出9.4~20mA電流控制跟蹤信號(hào)10.電流變送器11.控制跟蹤信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
12.參數(shù)計(jì)算模塊13.控制跟蹤信號(hào)使能模塊14.參數(shù)調(diào)整模塊15.系數(shù)重載模塊16.乳機(jī)垂直振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)電流信號(hào)模塊
圖2乳機(jī)壓下系統(tǒng)機(jī)電耦合垂直振動(dòng)抑制結(jié)構(gòu)
17.乳機(jī)壓下控制模擬信號(hào)18.伺服放大器 19.伺服閥 20.振動(dòng)傳感器 21.電流控制數(shù)字陷波濾波器22.乳機(jī)壓下裝置 23.壓下油缸。
具體實(shí)施方案
[0010]下面結(jié)合附圖1、附圖2及具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明一種電流控制的數(shù)字式陷波濾波器進(jìn)行進(jìn)一步解釋?zhuān)緦?shí)例是對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)解釋?zhuān)景l(fā)明包括但不限于這一實(shí)例。
[0011]實(shí)施方式1:
由FPGAl及外圍電路構(gòu)成的電流控制數(shù)字式陷波濾波器，F(xiàn)PGAl包括待濾波信號(hào)觸發(fā)模塊4、待濾波信號(hào)采樣頻率控制模塊5、陷波濾波器的IP核6、參數(shù)計(jì)算模塊12、控制跟蹤信號(hào)使能模塊13、參數(shù)調(diào)整模塊14及系數(shù)重載模塊15，整套裝置由濾波處理部分及濾波控制部分組成，所述濾波處理部分由待濾波信號(hào)2、待濾波信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3、待濾波信號(hào)觸發(fā)模塊4、待濾波信號(hào)采樣頻率控制模塊5、陷波濾波器的IP核6、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7及濾波輸出8組成；所述濾波控制部分由20mA電流控制跟蹤信號(hào)9、電流變送器10、控制跟蹤信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11、參數(shù)計(jì)算模塊12、控制跟蹤信號(hào)使能模塊13、參數(shù)調(diào)整模塊14、系數(shù)重載模塊15及乳機(jī)垂直振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)電流信號(hào)模塊16組成；待濾波信號(hào)2通過(guò)待濾波信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，F(xiàn)PGA I中的待濾波信號(hào)采樣頻率控制模塊5用于調(diào)整采樣頻率，待濾波信號(hào)觸發(fā)模塊4受待濾波信號(hào)采樣頻率控制模塊5的控制，將待濾波信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出的信號(hào)讀入F