[發明專利]基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法

有效

• 申請號: 201210552047.X
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103034254A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 李銳;何莉敏;李銀國;徐文韜;張雄;杜鵬飛
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明涉及自動控制領域，特別是一種基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法。

背景技術

地鐵浮置板軌道既是地鐵交通的振源也是將輪軌振動向地基傳遞的中間途徑，其振動具有寬頻、多方向耦合特征，能在較寬頻范圍隔振的軌道支承系統，可以有效降低輪軌振動能量的傳播，減少對地鐵沿線建筑物結構、居民生活、精密儀器的不良影響和危害.

目前，浮置板一般采用橡膠、鋼彈簧被動隔振系統，能夠在較寬頻范圍內實現輪軌振動的有效隔離，但被動隔振器其參數不能根據激振情況實時可調可控，尤其是對小于20Hz的低頻振動隔離能力不足，而這些低頻振動卻對人體、精密儀器有著重大的影響。

近年來，磁流變智能器件成為隔振裝置的重要發展方向，國內外對磁流變材料器件的研究已經基本成熟，廣泛應用于車輛、航空航天機械、動力裝置系統的隔減振中。其中，用磁流變脂制成的隔振器，能夠在可控電流產生的可控磁場下，通過改變磁流變脂的流動特性，在寬頻范圍實現阻尼可調可控，且長期放置無沉降性。因此，可用基于磁流變脂器件的浮置板軌道振動隔離方式，充分利用磁流變脂器件具有的阻尼寬頻可控優勢進行隔振。但地鐵運行產生的輪軌激振是一個寬頻的垂向、縱橫搖耦合振動，具有不確定性，難以建立精確數學模型，需要采用兼顧多向振動的半主動控制方法。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，它采用一種不依賴于精確模型的半主動控制方法，根據激振方向、激振頻率和振動能量傳遞率來改變隔振器的阻尼值，達到有效隔振的效果。

本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的，它包括有作為浮置板下方四個支承點的四個磁流變脂隔振器、四個分別安裝在浮置板四個支承點上的加速度傳感器和四個分別安裝在四個隔振器下端的力傳感器，所述隔振器含并聯的磁流變脂阻尼器和橡膠元件，具體控制方法如下：

1）通過加速度傳感器采集隔振器正上方浮置板各點的振動加速度；通過力傳感器采集輪軌激勵傳給地基的垂向振動力；

2）對步驟1）中采集到的振動加速度信號進行快速傅立葉變換，把三個最大振動能量對應的頻率作為浮置板的三個振動激勵主頻率；用力傳感器采集到的垂向振動力信號結合浮置板和隔振器的位置關系，計算出力矩傳遞率；

3）以浮置板振動的各激勵頻率和垂向力矩傳遞率作為輸入，采用模糊推理控制的方式推導不同頻率下隔振器的垂向阻尼值，再根據各頻率對應的振幅大小，采用加權平均法分別計算出各隔振器的垂向阻尼初值；

4）以輪軌激振力的各激振頻率和浮置板橫搖縱搖力矩傳遞率為輸入，采用模糊推理控制的方式推導不同頻率下各磁流變脂隔振器的橫搖縱搖阻尼值再根據各頻率對應的振幅大小，采用加權平均法分別計算出各隔振器的橫搖阻尼初值和縱搖阻尼初值；

5）根據步驟3）和步驟4）計算得到的隔振器的垂向、橫搖和縱搖的阻尼初值，計算每個隔振器的最終阻尼值；

6）根據每個隔振器的最終阻尼值求解隔振器的控制電流。

進一步，步驟3）中所述模糊推理控制規則為：在振動激勵頻率相對較小的工作區域采用相對較大阻尼；在振動激勵頻率相對較大工作區域采用相對較小阻尼；在基座受到的垂向絕對力傳遞率相對較大時，采用相對較大阻尼；在基座受到的絕對力傳遞率相對較小時，采用相對較小阻尼，垂向阻尼模糊推理規則表如下：

模糊化輸入變量時，振動激勵頻率和力的傳遞率的模糊子集分別為W、TZ，輸出變量垂向阻尼的模糊子集為C，輸入輸出變量的模糊語言值都設置為零ZE、正小PS、正中PM、正大PB、正最大PL。

進一步，步驟4）中所述模糊推理控制規則為：建立橫、縱搖隔振模糊控制規則，根據浮置板振動各激勵頻率和力矩傳遞率，實時改變隔振器的橫、縱搖阻尼值；浮置板隔振系統若能很好的抑制橫、縱搖力矩，則在低頻段各個隔振器采用中等大小的阻尼值，若在高頻段，各個隔振器采用較小的阻尼值；橫、縱搖力矩若被放大，如果在低頻段，就增加阻尼值，且在橫、縱搖向幅度較大的那側其隔振器使用大阻尼、另一側使用中等阻尼；若在高頻段，橫、縱搖向幅度較大的其隔振器使用中等阻尼，另一側使用小阻尼；橫搖阻尼模糊控制規則如下表：

縱搖阻尼模糊控制規則如下表：

振動激勵頻率、橫搖力矩傳遞率、縱搖力矩傳遞率的模糊子集分別為W、TX、TY，橫、縱搖阻尼的模糊子集為C，輸入激振頻率和輸出阻尼的模糊語言值均為零ZE、正小PS、正中PM、正大PB、正最大PL，輸入力矩傳遞率的模糊語言值為負大NB、負小NS、零ZE、正小PS、正大PB。