一种光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统，属于光学仪器领域，包括两个激振装置，以及PZT作动器和空气弹簧，系统依次将信号采集模块、信号放大模块、A/D转换模块、控制模块、D/A转换模块、低通滤波模块、功率放大模块依次连接；所述功率放模块分别与一对PZT作动器连接。本系统提出了被动抗振和主动抗振相结合的混合抗振控制，其中主动抗振采用智能控制策略，克服了由模型和干扰所引起的不确定性，使得抗振控制系统能够有效地抑制不确定性和振动的干扰，在外部环境振动的干扰下具有较好的稳定性和控制精度，同时也能较好的抑制高低频振动，大大提高了光学移相干涉仪的测试精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种提高光学移相干涉仪抗振性能的智能抗振控制系统，尤其是一种能减少外界环境振动对光学移相干涉仪测量影响的抗振控制系统，属于光学仪器领域。
技术介绍
光学移相干涉术(PSI)是一种高精度、高灵敏度、非接触式光学测试方法，易受外界环境振动的影响，外界环境振动是移相干涉仪测量误差的主要来源之一。由于环境振动是移相干涉仪测量误差的主要来源之一，国际上一些科学家提出了不同的解决方法。近几十年来，抗振技术得到了不断发展，电磁悬浮、压电作动器、空气弹簧、电液伺服、非线性理论等各种新技术都陆续被应用到抗振领域，根据振动控制机理的不同，可以划分为两大类，即被动抗振技术和主动抗振技术。1.被动抗振一般采用附加子系统(弹簧和阻尼器)将振源与需抗振的结构或系统隔离，以减小结构或系统的振动。它是目前国内外较为成熟的、传统的抗振技术。虽然被动抗振技术具有结构简单和工作可靠等优点，但它很难有效地隔离低频和超低频振动信号，特别是含有超低频分量的宽频带随机激励信号，因为被动抗振装置的固有频率不能无限止地降低，因此，被动抗振技术一般不能满足处于复合激励环境下的精密装置的抗振设计要求。所以，被动抗振技术只能称为隔振技术。2.主动抗振控制是指采用由作动器和控制器组成的控制系统(通常为闭环控制)以抑制结构或系统的振动，它在复合激励环境下具有较强的抗干扰能力，具有很高的抗振精度，尤其在隔离超低频振动信号方面，因而引起了人们的重视。但是，主动抗振技术仍有很大的局限性，主要有以下几个方面原因:一是主动抗振系统需要设计一套较复杂的自动控制系统，还要有一套支持控制系统工作的能源机构，系统稳定性和可靠性差；二是主动抗振装置一般造价过于昂贵，而不能得到广泛应用。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提供一种光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统，为了使光学移相干涉测试平台在振动的干扰下具有较好的稳定性和控制精度，也同时具有良好的振动抑制效果。本技术提供一种新型的光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统，该光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统不仅能有效的提高光学移相干涉测试平台在外界环境振动干扰下的稳定性和控制精度，而且能弥补主动抗振装置和被动抗振装置的不足。本技术为解决上述技术问题采用如下技术方案:一种光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统，在所述实验平台的一侧设置有两个激振装置，所述两个激振装置能产生不同频率的振动干扰信号，所述智能控制系统包括信号采集模块、信号放大模块、A/D转换模块、控制模块、D/A转换模块、低通滤波模块、功率放大模块、一对PZT作动器以及一对空气弹簧；其中，所述一对空气弹簧固定于地面，分别支撑实验平台底面的两端；所述PZT作动器分别对称设置在空气弹簧的旁边，所述信号采集模块设置于实验平台的上表面，用于采集振动信号；所述信号采集模块的输出端依次与信号放大模块、A/D转换模块、控制模块、D/A转换模块、低通滤波模块、功率放大模块连接；所述功率放模块分别与一对PZT作动器连接。作为本技术的一种优选技术方案:还包括一小波数据处理模块，所述小波数据处理模块的输入端与A/D转换模块的输出端连接，小波数据处理模块的输出端与控制模块的输入端连接。作为本技术的一种优选技术方案:所述激振装置采用交流电机和偏心轮组成。作为本技术的一种优选技术方案:所述信号采集模块采用一种HBA-Ll型超低频测振仪。作为本技术的一种优选技术方案:所述信号放大模块为INV306D智能信号米集处理分析仪。针对外界环境振动对移相干涉仪产生的测量误差，本技术将被动抗振和主动抗振相结合的混合控制技术应用于光学移相干涉仪抗振平台智能控制系统中，采用被动抗振和主动抗振相结合的智能混合控制技术的抗振系统结构，将空气弹簧作为被动抗振元件，将压电作动器(PZT)作为主动抗振元件，空气弹簧具有一般弹性支承的低通滤波特性，其主要作用是隔离较高频率的振动，并支承平台。同时，采用小波处理模块将随机振动信号进行时频分析后得到低频全局信息，同时，本技术应用H⑴控制理论和K控制理论构造控制器。通过以上技术来达到提高光学移相干涉仪的抗振效率和系统测量的精度。采用压电陶瓷片组成的晶体堆作为作动器，既避免了使用过高的电压，又容易保证获得我们所需要的电致位移量，其主要作用是有效隔离较低频率振动。激振装置采用交流电机和偏心轮组成，通过调节变频器的脉冲频率调节交流电机的转速，从而改变偏心轮的转速，最终得到不同频率的周期性振动干扰信号。信号采集模块采用HBA-Ll型超低频测振仪，其是一种用于超低频或低频振动测量的多功能仪器，它主要用于地面和结构物的脉动测量，一般结构物的工业振动测量，高柔结构物的超低频大幅度测量和微弱振动测量，其采用了无源闭环伺服技术，以获得良好的超低频特性，可提供测点的加速度、速度或位移参量，并可提供不同频带和不同滤波陡度，该仪器具有功耗低、精度高、可靠性好、分辨率高、动态范围大等特点。信号放大模块通过INV303P-5261D数据采集卡和DASP软件包实现的微机卡式自动测试分析仪，具有数据采集、信号处理、故障诊断、模态分析、噪声与振动测量、动力有限元计算等多种功能。本技术设计的光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统提出了被动抗振和主动抗振相结合的混合抗振控制，其中主动抗振采用智能控制策略，该方法克服了由模型和干扰所引起的不确定性，使得抗振控制系统能够有效地抑制模型的不确定性和振动的干扰。在外部环境振动的干扰下具有较好的稳定性和控制精度，同时也能较好的抑制高低频振动，大大提高了光学移相干涉仪的测试精度。附图说明图1是本技术的光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统的结构图。图2是本技术的光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统的实验检测框图。其中标号解释:1-HBA-Ll型超低频测振仪，2-PZT作动器，3_空气弹簧。图3是红色激振装置单独开启时得到的低频振动信号。图4是蓝色激振装置单独开启时得到的高频振动信号。图5是激振装置同时开启时得到的混合振动信号。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式进行描述:如图1所示，本技术设计的一种光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统，在所述实验平台的一侧设置有两个激振装置，所述两个激振装置能产生不同频率的振动干扰信号，所述智能控制系统包括信号采集模块、信号放大模块、A/D转换模块、控制模块、D/A转换模块、低通滤波模块、功率放大模块、一对PZT作动器以及一对空气弹簧；其中，所述一对空气弹簧固定于地面，分别支撑实验平台底面的两端；所述PZT作动器分别对称设置在空气弹簧的旁边，所述信号采集模块设置于实验平台的上表面，用于采集振动信号；所述信号采集模块的输出端依次与信号放大模块、A/D转换模块、控制模块、D/A转换模块、低通滤波模块、功率放大模块连接；所述功率放模块分别与一对PZT作动器连接。其中，各模块相对独立，系统的位移力I !底座的运动位移力I M。本技术的光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统中将空气弹簧作为被动抗振元件，将压电作动器(PZT)作为主动抗振元件。空气弹簧具有一般弹性支承的低通滤波特性，其主要作用是隔离较高频率的振动，并支承平台；而采用压电陶瓷片组成的晶体堆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学移相干涉仪抗振实验平台智能控制系统，在所述实验平台的一侧设置有两个激振装置，所述两个激振装置能产生不同频率的振动干扰信号，其特征在于：所述智能控制系统包括信号采集模块、信号放大模块、A/D转换模块、控制模块、D/A转换模块、低通滤波模块、功率放大模块、一对PZT作动器以及一对空气弹簧；其中，所述一对空气弹簧固定于地面，分别支撑实验平台底面的两端；所述PZT作动器分别对称设置在空气弹簧的旁边，所述信号采集模块设置于实验平台的上表面，用于采集振动信号；所述信号采集模块的输出端依次与信号放大模块、A/D转换模块、控制模块、D/A转换模块、低通滤波模块、功率放大模块连接；所述功率放模块分别与一对PZT作动器连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆振宇，张思俊，宦海，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：实用新型
国别省市：