Active damping of vibrating structures

Úloha aktivního tlumení vibrací je v praxi velmi častá. Podle konkrétních požadavků aplikace můžeme použít tlumení v otevřené či uzavřené smyčce. Požadavky na rychlost a přesné časovaní řídícího algoritmu jsou vzhledem k vysokým frekvencím vibrací enormní. Naopak rychlou odezvu procesu lze využít k změření celého důležitého úseku frekvenční charakteristiky kolem rezonanční frekvence. Na základě těchto poznatků jsme vyvinuli speciální dva funkční bloky SC2FA a ZV4IS:

SC2FA - Blok pro tlumení vysokofrekvenčních vibrací s autotunerem

Uživatel pouze specifikuje frekvenční pás kolem rezonanční frekvence. Regulátor provede identifikační experiment pomocí harmonického signálu s proměnnou frekvencí, vypočte model procesu a nastaví své parametry.

ZV4IS - Tvarovač vstupního signálu pro potlačení vibrací

Blok ZV4IS realizuje funkci frekvencního filtru typu pásmová zádrž. Hlavní oblastí použití je řízení pohybu mechanických systému s pružnými částmi, kde vlivem nedostatečné tuhosti konstrukce hrozí nebezpečí vzniku reziduálních vibrací. Ty se projevují jako mechanické chvění vybuzené v důsledku momentu nebo síly, kterou aktuátory pusobí na pracovní mechanismus stroje. Tyto vibrace mohou mít negativní vliv na přesnost regulace, vedou ke zvýšenému opotřebení mechanických částí stroje a v krajním případě mohou způsobit nestabilitu regulačních smyček. Obecně lze tvarovací filtr využít v libovolné aplikaci pro řízení kmitavých systémů nebo pro potlačení konkrétní frekvence ve spojitém signálu. Lze použít v otevřené i uzavřené smyčce (viz následující obr.).

Aplikace - Aktivní tlumení vibrací lopatek v aerodynamickém tunelu

Úloha aktivního tlumení vibrací lopatek v aerodynamickém tunelu byla navržena a sestavena pro zkoumání vzájemného ovlivňování osmi za sebou jdoucích lopatek turbíny při proudění vzduchu turbínou a při rozkmitávání čtyř aktivních lopatek zvolenou amplitudou, frekvencí a vzájemnou fází. Jednotlivé lopatky kmitají na frekvenci přibližně 84Hz s koeficientem tlumení x = 0.015. Regulátor má za úkol dvěma cívkami silově působit na lopatky. Při regulaci jsme využili systému REX a bloky SC2FA. Celé řízení je realizováno dvěma průmyslovými PC, která jsou pro komunikaci a vizualizaci propojeny přes Ethernet a pro řízení mají vstupní a výstupní PCI karty. Rychlé a přesné časování (8 regulátorů - 5khz) zajišťuje real-time operační systém PharLap.

Reference

• Aktivní tlumení vibrací lopatek v aerodynamickém tunelu (článek, pdf)
• Samonastavující se regulátor pro velmi slabě tlumené systémy (článek, pdf)
• Aktivní tlumení vibrací lopatek v aerodynamickém tunelu (poster, pdf)