[發明專利]變剛度減振測控系統

無效

• 申請號: 00124208.3
• 申請日: 2000-08-09
• 公開（公告）號: CN1311381A
• 公開（公告）日: 2001-09-05
• 發明（設計）人: 李敏霞;桂麗萍
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本系統屬于對建筑物減振的裝置。為了提高建筑物的抗震抗風能力，對建筑結構進行振動控制，人們發明了主動式控制裝置和被動式控制裝置。由于主動式控制裝置需要外界提供巨大的動力，因而難以在實際工程中得以推廣應用；而被動式控制裝置因不需要結構的振動信號，因而使其振動控制效果受到一定的限制。同時，無論是主動式還是被動式控制裝置其受控結構的剛度都是不可變的。

本系統就是針對上述已有技術之不足，而提出的一種新的裝置，它能夠根據結構振動的信號，使可變剛度處于開或關狀態，以達到有效地控制結構振動的目的。

本發明專利由液壓執行機構、變剛度控制器、傳感器及系統輔助件四部分組成。實現了系統的全部硬件化。避免了由于控制計算和信號轉換引起的時滯問題。其中液壓執行機構由液壓油缸、電滋閥及液壓管路組成；變剛度控制器是一個控制盒；傳感器有兩臺拾震器和一臺壓差傳感器；系統輔助件包括一個安裝控制器、一個安裝電磁閥及油路管等組成。

當控制器接收到結構的振動信號后，根據所設定的控制律，輸出控制信號傳送到液壓執行機構中的電滋閥，使其處于截止或暢通狀態，以實現可變剛度的開或關。

本發明專利具有三級逐級制約的控制律，第一優先級為緩壓保護控制律，其次為抗干擾能級門檻保護控制律，最后為基本控制律。

下面結合附圖對該系統做一說明：

圖1為該系統的結構示意圖，圖2為控制器的原理方框圖，圖3為執行機構的結構示意圖。

該系統由可變剛度構件Δk、活塞-油缸、控制器、控制電磁閥、上層傳感器、下層傳感器、安裝盒、安裝電磁閥塊、安裝油管、活動小油源和電纜組成，各部分之間的相互關系原理如圖1所示。

其中，安裝油管與電磁閥和油源之間連接采用快速接頭。

24VDC是建筑結構常備24V直流電源接口，也是變剛度系統所需要的唯一電源，它直接接入控制器。

可變剛度構件的大小、形狀可以根據具體應用情況而設計。

如圖1所示：活塞桿與結構主體剛度構件在A處固接，油缸剛體與可變剛度構件Δk在B處固接。活塞-油缸、控制電磁閥和壓差傳感器裝配成一個液壓集成塊，因為可變剛度構件Δk的開/關狀態最終由活塞-油缸實現，所以稱該集成塊為液壓執行機構。當系統安裝時，控制電磁閥接收安裝調試器的輸出信號，與安裝電磁閥塊共同實現液壓缸的補油、排氣及安裝就位。在工作狀態，控制電磁閥接收控制器的輸出信號實現可變剛度構件的ON/OFF控制狀態。液壓執行機構的總裝圖如圖3所示。

其中，液壓油缸采用FCS22系列對稱電液伺服作動器的結構形式。油缸前端為球鉸連接，以適應建筑結構的空間變形。在油缸的前后兩端，均設有安裝板作為過度聯接件，旨在保證系統自身的精密性與完整性的同時，使得系統能夠在結構工程的大公差條件下方便安裝。

在結構控制的正常工作狀態，控制器接收上/下層傳感器及壓差傳感器的信號，根據控制律完成對控制電磁閥的控制。

當油缸兩腔的油路不通時，由于油的不可壓縮性，活塞在油缸中不能相對運動，油缸缸體與活塞構成一個剛體，所以可變剛度構件Δk的B處通過油缸活塞與結構主體剛度構件的A處(沿油缸軸線方向)固接，可變剛度構件Δk成為受控結構的一個剛度構件，此時，稱Δk為ON狀態。此時可變剛度狀態為基本控制律所控制。

當油缸兩腔的油路相通時，活塞能夠相對油缸缸體滑動，油缸中的油液對該運動產生阻力，油缸缸體與活塞形成一個阻尼器，此時，該阻尼器與可變剛度構件Δk串聯作用在受控結構中，此時，稱Δk為OFF狀態。

為了避免液壓執行機構中電磁閥受到小能級信號干擾后的頻繁響應，控制系統具有抗干擾能級門檻保護功能。當結構振動速度信號的能級小于或等于能級門檻設置值時，可變剛度構件為ON狀態。相反則執行基本控制律。

為了對系統的最大工作壓力作有效的控制，系統具有緩壓保護功能。當液壓系統所承受的力大于系統最大設計工作壓力時，控制電磁閥開啟，此時油缸與活塞之間產生相對滑動，可變剛度構件為OFF狀態。否則可變剛度構件執行抗干擾能級門檻保護控制律。

本裝置結構簡單、造價低廉、易安裝和維護、使用方便、振動控制效果好，由于其既可減小結構的動力反應，又不破壞結構的使用功能，因此具有廣闊的前景。