[發明專利]基于狀態觀測的半主動吸振器控制系統

有效

• 申請號: 201610084451.7
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN105546021B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 白先旭;辛付龍;錢立軍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F16F9/53
• 分類號: F16F9/53
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及基于狀態觀測的半主動吸振器控制系統，更具體地說是一種適用于汽車發動機懸置系統、新能源汽車動力總成懸置系統、艦艇動力系統、醫療器械系統、特種裝備運載器、機床加工設備等使用旋轉機械作為動力的磁流變彈性體吸振器減振控制系統。

背景技術

旋轉機械在為工程應用提供動力的同時，也給系統帶來了振動擾動，且振動擾動的頻率與其轉速成一定的比例。以汽車內燃機動力總成為例，在內燃機工作時，氣缸壓力和往復慣性力產生的俯仰力矩是內燃機的主要振動激勵，該擾動轉矩頻率是內燃機轉速角頻率的兩倍。在工程應用中，為減小旋轉機械的振動對系統造成的不良影響，在旋轉機械和基體之間設置有懸置元件。匹配合理的懸置元件既能有效隔離旋轉機械的振動向基體的傳遞，又能隔離來自基體的擾動對旋轉機械產生的不良影響。因此，設計合理的懸置元件不但能有效衰減旋轉機械系統的振動，而且可以延長系統相關零部件的使用壽命。

按照懸置元件可控特性，懸置元件可以分為被動懸置元件、半主動懸置元件和主動懸置元件。其中，被動懸置元件以橡膠懸置元件和液壓懸置元件最為常見；半主動懸置元件是基于諸如電磁流變材料等智能材料設計的執行器件。通過改變智能材料的可控參數來控制懸置元件的動力學特性，即可有效衰減懸置系統的振動。由于采用智能材料種類的不同及工作原理的差異，半主動懸置元件形式多種多樣。其中，基于動力吸振器原理而設計的懸置結構是半主動懸置元件的一種，該懸置元件通過控制動力吸振器的固有頻率跟蹤旋轉機械的激勵頻率，就可有效衰減旋轉機械的振動。動力吸振器的彈性元件由剛度可控的智能材料制成為佳，其中磁流變彈性體是廣泛采用的材料之一。磁流變彈性體是磁流變材料的一種，它由高分子聚合物和微米尺度的鐵磁性顆粒組成，其磁滯模量可由外加磁場的大小控制。磁流變彈性體具有剛度連續可控、響應速度快、可逆性好、無需封裝等優點，適合作為動力吸振器的彈性元件，因此磁流變彈性體動力吸振器在振動控制領域受到了一定的關注。

對磁流變彈性體動力吸振器進行有效的控制是其有效工作的必要條件。已有Kim等人通過實驗擬合了磁流變彈性體動力吸振器固有頻率與磁感應強度之間的數學表達式，通過測得系統的激勵頻率計算得到所需的外加磁場，仿真結果表明該算法具有良好的振動控制效果。Zhang等人設計了bang-bang控制算法對磁流變彈性體動力吸振器進行控制，結果表明該算法可以有效地衰減系統的振動。考慮到磁流變彈性體動力吸振器中由磁流變彈性體的非線性因素引起的磁場強度和磁流變彈性體磁滯模量的不確定關系，Liao等人提出了一種基于相位的控制算法，該算法具有調整速度快、穩定性好等優點。

申請號為2005100948823的中國發明專利申請中公開了一種磁流變彈性體移頻式吸振器的控制方法，首先測得吸振器的固有頻率與其線圈輸入電壓之間的對應關系，利用傳感器測得減振對象的振動信號并檢測其振動頻率，根據振動頻率與線圈電壓之間的關系確定所需的控制電壓。申請號為200510094987.9的中國發明專利申請中公開了一種磁流變彈性體主動吸振系統的控制方法，通過加速度傳感器獲得減振對象的振動頻率、幅值和相位信息，分別對變剛度元件和主動力元件進行自尋優算法的粗調和精調。申請號為201410299504.8的中國發明專利申請公開了一種變剛度變質量的吸振器控制方法，以快速傅里葉算法獲得外界激勵頻率，并在當前吸振器質量的條件下實現對吸振器剛度的控制。申請號為201410131768.2的中國發明專利申請中公開了一種主動吸振器控制方法，其根據監測得到未知振動源的振動信號，通過控制單元控制主動振動源實現對未知振動源振動的有效控制。

然而，由于旋轉機械復雜的工作條件，旋轉機械的激勵，包括其激勵頻率和激勵幅值總是不斷的變化，要對旋轉機械的振動信號進行準確的頻率識別非常困難。另一方面，由于磁流變彈性體的磁滯模量不僅與外加磁場大小相關，還和磁流變彈性體的應變量和激勵頻率相關，磁流變彈性體磁滯模量與外加磁場之間的精確數學模型很難建立。所以在旋轉機械半主動懸置系統的振動控制中，已有的基于激勵頻率識別的磁流變彈性體動力吸振器控制算法很難有效地工作。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術存在的不足之處，提供一種基于狀態觀測的半主動吸振器控制系統，以期能夠實現對半主動吸振器的快速、有效、穩定的控制，降低旋轉機械傳遞到基體的振動能量，減小旋轉機械相關零部件的振動，延長其使用壽命。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：