MangoTree案例分享：基于AtomRIO FPGA平台，客户实现自适应主动减振

原创于 2025-12-31 13:37:01 发布 · 312 阅读

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#fpga开发 #模块测试 #测试工具

现代工业飞速发展，仪器设备功率与转速持续提升，振动的危害也越来越突出 —— 不仅影响产品质量与操作精度，还会缩短设备寿命、危及使用安全，因此，掌握振动控制已成为各国工业发展的重要课题。

例如，在高铁、地铁、船舶、制造车间等场景中，不可避免的振动会对车体、乘客或设备造成影响。主动减振系统可精准处理不同振源的振动信号，通过振动抵消实现高效吸振效果。

以MangoTree AtomRIO为核心工具的自适应主动减振技术，是基于某种控制算法达到减振降噪目标的技术。主要特点是需要外部能源，理论上控制效果可以根据客户的需求达到最佳的控制水平。

客户需要搭建高效稳定的主动减振系统以解决多场景振动难题，选择我们的AtomRIO硬件平台作为核心支撑，自主完成算法开发与应用方案落地，实现了振动的精准抑制。

主动减振的成功应用取决于四个重要的技术支撑：对系统传递通道的理解、合适的控制算法、可获得合适的传感器和作动器。主动减振在解决这些关键技术的同时，还需要进行大量的验证。

主动减振系统组成

主动减振系统在硬件方面分为3个部分：信号采集系统、信号处理系统、信号激励系统。

信号采集系统包括：恒流适配器、ADC、加速度传感器。采集被控对象的实时振动信号，实现闭环控制，保证快速收敛。

信号处理系统包括：控制器（AtomRIO）、显示器、鼠标辅助设备、电源适配器等。向被控对象振动的反方向施加一个力，抑制被控对象的振动。

信号采集系统、信号处理系统

信号激励系统包括：DAC、功放模块、吸振器、电源等。提供激励信号，使得被控制对象振动起来。

吸振器（信号激励系统）

客户将这三个部分有效地结合在一起。当加速度传感器检测到被控对象的信号，设计的主动控制算法使得作动器件（激振器）对被控对象施加控制动作，减小或者抑制被控对象的原始响应，达到控制的目的。

主动减振系统架构

这套主动减振系统以AtomRIO（可重配置的FPGA）为核心处理控制器。前端的加速度计获取振源产生的振动信号后，通过AD模块将振动信号转化为数字信号供FPGA采集，FPGA获取信号后进行一系列的处理：滤波、信号分析、自动校准，最后由信号发生模块产生激励吸振器的信号，经过DA之后控制吸振器，完成吸振功能。上位机CPU负责控制界面、FPGA参数配置、信号分析、数据存储等功能。

减振实验

为直观展示MangoTree AtomRIO平台对振动信号的处理能力，我们针对单频和多频这两种典型振源，进行了初步的减振实验探索。单频减振系统设计针对单个稳定振源，产生振动信号的频率、幅值是稳定不变的。多频减振系统是针对多个振源，产生的不同频率及幅值的振动信号，经过一系列复杂的型号分析处理之后，控制吸振器，已达到理想的减振效果，应用范围较为广泛。实际应用场景中的振动信号较为复杂，有不同频率与幅值的信号混杂在一起，多频振动更加符合。

下图为单频减振实验的振动频谱，图中数据显示，经主动减振技术处理后，原0.05的振动幅值得到了明显的控制，降低到0.005，约降低了10倍。再通过FFT算法将时域信号转化为频域信号，减振前被控对象FFT达到0.03，减振后降低到0.003以下。测试结果显示，经主动控制后的振动得到了明显的抑制。