一种基于Arduino单片机的单自由度主动减振演示装置

本技术涉及主动减振，具体是一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置。

背景技术：

1、工程机械在水利工程、道路施工、矿山等场合得到大量的使用，这类机械的设计时通常采用静态设计，设计理念上更多的是考虑机械的强度、耐久性等和机械的工作性质直接相关因素。但从实际使用情况来看，工程机械普遍存在着施工过程中振动过大的问题，减振是工程上防止振动危害的主要手段。减振技术可分为被动减振和主动减振两类，较为传统也较为成熟的是被动减振技术，其由弹簧元件和阻尼元件构成，结构简单并且较为稳定。但其减振频段取决于弹簧和阻尼器的参数，可调节性较差，无法适应宽频段的减振需求。主动减振则可以较好地弥补被动减振的这一不足，且减振精度较高，其原理是在减振系统中设置传感器，并在振源与被减振物体之间设置作动器，通过传感器采集振动信号，经过微处理器产生抵消振动的信号并控制作动器抵消振动，但已有的主动减振装置在精密仪器、航空航天设备、大型汽轮发电机组及高速旋转机械中应用较多，结构复杂，成本高昂，集成度高且开放性低。

2、高校常常要求学生进行实验操作，学习实验步骤和操作要点，如果能通过计算机技术和虚拟仿真技术，安全高效地进行实验室体验，将为他们今后的发展提供有力的支持，提高他们在实际工作中的应对能力和创新能力，现有的主动减振装置不适合用于示教和原理验证等场合。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型提供一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，以较低的成本模拟真实场景下的单自由度的主动减振装置，解决现有主动减振装置结构复杂，成本高昂，集成度高且开放性低，不适合用于示教和原理验证的问题。

2、本实用新型提供了一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，包含安装板、电源，所述安装板上安装有一个振动模块、一个反振动模块和检测模块；所述振动模块包括第一arduino单片机、第一步进电机控制器、第一步进电机驱动器、下方滑台，所述第一arduino单片机与所述第一步进电机控制器电性连接，所述第一步进电机控制器通过所述第一步进电机驱动器与所述下方滑台电性连接；所述反振动模块包括第二arduino单片机、第二步进电机控制器、第二步进电机驱动器、上方滑台，所述上方滑台安装在所述下方滑台的滑块上，所述第二arduino单片机与所述第二步进电机控制器电性连接，所述第二步进电机控制器通过所述第二步进电机驱动器与所述上方滑台电性连接；所述检测模块包括检测装置；所述检测装置与所述第二arduino单片机电性连接；所述电源与所述第一arduino单片机、所述第二arduino单片机、所述第一步进电机控制器、所述第二步进电机控制器、所述检测装置电性连接。

3、可选地，所述第二arduino单片机包含lms自适应滤波器。

4、可选地，所述第二arduino单片机包含反馈式lms自适应滤波器。

5、可选地，所述第二arduino单片机通过转换输入反馈式lms自适应滤波器与所述第二步进电机控制器电性连接。

6、可选地，所述安装板为铝制板材，厚度不大于10mm，长度和宽度均不大于500mm。

7、可选地，所述下方滑台与所述下方滑台均为滑块型单轴电缸，包含步进电机和滚珠丝杠。

8、可选地，所述检测装置为激光位移传感器，所述被减振物与所述激光位移传感器的激光发射器安装在一条直线上。

9、可选地，所述检测装置通过一个l型立板安装在所述安装板上。

10、可选地，所述被减振物体为一金属块，且安装在所述上方滑台的滑块上。

11、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

12、首先，本实用新型包含振动模块、反振动模块和检测模块，振动模块的第一arduino单片机控制下方滑台产生一定频率范围的随机振动，以模拟真实场景下的单自由度的振动,上方滑台则由内嵌了主动减振算法(lms算法)的第二arduino单片机控制产生振动，以达到减振效果，结构简单，成本低，集成度低且开放性高。

13、其次，本实用新型的检测装置与第二arduino单片机电性连接，通过检测装置检测被减振物体的运动获取误差信号并发送给第二arduino单片机，第二arduino单片机将接收的误差信号，通过转换输入反馈式lms自适应滤波器，所述第二arduino单片机获取所述反馈式lms自适应滤波器处理后的反振动信号，发送至所述第二步进电机控制器。传统的lms自适应滤波器由fir滤波器与lms自适应算法两部分组成，而反馈式lms自适应滤波器则只需要测量误差信号，滤波器只需一个传感器测量信号，减少了误差来源，且因为减少了所需传感器的数量，从而减轻了减振系统装配的复杂度。

14、接着，本实用新型是基于arduino单片机搭建一套单自由度主动减振装置，arduino单片机的程序可以采用c语言、matlab/simulink、labview等进行编写，门槛较低且成本较低，装置的安装、使用和维护应简单方便，适合在主动减振的示教和算法验证等场合使用。

技术特征：

1.一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，其特征在于，包含安装板、电源，所述安装板上安装有一个振动模块、一个反振动模块和检测模块，

2.如权利要求1所述一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，其特征在于：所述第二arduino单片机包含lms自适应滤波器。

3.如权利要求1所述一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，其特征在于：所述第二arduino单片机包含反馈式lms自适应滤波器。

4.如权利要求3所述一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，其特征在于：所述第二arduino单片机通过转换输入反馈式lms自适应滤波器与所述第二步进电机控制器电性连接。

5.如权利要求1所述一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，其特征在于：所述安装板为铝制板材，厚度不大于10mm，长度和宽度均不大于500mm。

6.如权利要求1所述一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，其特征在于：所述下方滑台与所述下方滑台均为滑块型单轴电缸，包含步进电机和滚珠丝杠。

7.如权利要求1所述一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，其特征在于：所述检测装置为激光位移传感器，被减振物与所述激光位移传感器的激光发射器安装在一条直线上。

8.如权利要求7所述一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，其特征在于：所述检测装置通过一个l型立板安装在所述安装板上。

9.如权利要求1所述一种基于arduino单片机的单自由度主动减振演示装置，其特征在于：被减振物体为一金属块，且安装在所述上方滑台的滑块上。

技术总结本技术涉及主动减振技术领域，具体是一种基于Ardui no单片机的单自由度主动减振演示装置，包含：一个振动模块、一个反振动模块和检测模块；本装置的主体由两个直线滑台模组上下组合而成，下方滑台由第一Ardui no单片机控制产生一定频率范围的随机运动以模拟真实场景下的振动；上方滑台则由内嵌了主动减振算法的第二Ardu i no单片机控制，检测装置与第二Ardui no单片机相连，检测装置检测被减振物体的运动得到误差信号，第二Ardui no单片机对信号进行处理得到反振动信号并控制上滑台运动以达到减振效果。本装置以较低的成本完成主动减振，采用Ardui no单片机作为控制器，门槛较低，且开放性高、操作方便，适合在主动减振的示教以及算法验证等场合使用。技术研发人员：王文哲,唐国安受保护的技术使用者：复旦大学技术研发日：20230918技术公布日：2024/5/8