[發明專利]一種實現整星自供能主被動一體化非線性振動控制裝置

有效

• 申請號: 201610533535.4
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN106059392B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 陳立群;張業偉;李響;方智偉;丁虎
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02N2/06
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種實現整星自供能主被動一體化非線性振動控制裝置。

背景技術

在航天工程領域中，衛星在發射過程中會受到不同形式的載荷作用，包括周期、隨機及瞬態等激勵。前人基于整星隔振技術，在星箭連接適配器（PAF）中加入隔振裝置能在一定程度上降低載荷對結構的危害。

近些年，利用非線性能量匯（Nonlinear energy sink，NES）實現機構振動控制的技術受到了廣大國內外學者的研究。NES主要包含立方非線性剛度、阻尼材料和質量塊組成，能夠實現振動能量從主系統單向且不可逆地傳遞至非線性部分，達到有效的減振目標。傳遞至非線性吸振器上能量最終被非線性部分的阻尼材料耗散，然而阻尼耗散能量產生的熱量可能會對機構產生危害，有必要研究在實現減振的情況下減少阻尼耗散的能量。

能量采集回收技術已得到很多的研究成果，包括有壓電式能量采集、電磁動圈式能量采集和磁致伸縮式能量采集等，以及復合式能量采集器，例如壓電電磁式能量采集器、壓電壓磁式能量采集器等。這些技術使得振動環境中的能量可以被采集回收再利用，是一種新能源的實現方式。所以，能量采集技術與非線性能量匯的結合運用，嘗試解決使用中可能帶來的弊端，并且探討實現非線性振動能量的采集回收。

振動控制問題已得到了很多研究，包括被動控制、主動控制以及主被動一體化控制。主動控制的實現方法中主要利用作動器和控制器組成的控制系統實現，其中作動器包括壓電作動器、電磁式作動器、形狀記憶合金作動器和超磁致伸縮作動器等。在這幾種方法中，主被動一體化控制解決了被動控制低頻限制的缺點以及主動控制高頻限制的缺點。尤其在航天結構振動問題的解決中，主被動一體化控制已經成為了研究的重要方面。但是在實際應用中，主、被動一體化控制會受到工程實際環境的能源限制，尤其是航天器自身所處的環境。因此，研究航天器可實現自供能主被動一體化非線性振動控制具有突出的意義。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提出一種實現整星自供能主被動一體化非線性振動控制裝置，以實現航天器自供能主被動一體化非線性振動控制。

為達到上述目的，本發明在解決技術問題時候所采用的技術方案是：

一種實現整星自供能主被動一體化非線性振動控制裝置，包括錐殼適配器，阻尼材料，立方非線性彈簧，質量塊，導桿，能量采集器，導線，作動器，控制器和傳感器；所述阻尼材料和立方非線性彈簧的一端固定在錐殼適配器上端面內側，另一端固定在質量塊上，阻尼材料、立方非線性彈簧和質量塊組成了非線性能量匯，即NES；所述能量采集器的一端固定在錐殼適配器上端面內側，另一端固定在質量塊上，實現NES和能量采集器的組合；所述導桿的兩端與錐殼適配器上下端面固定，約束質量塊的振動方向；所述作動器與錐殼適配器上下端面接觸，并通過導線與能量采集器連接，所述控制器將安裝在錐殼適配器上端的傳感器反饋信號轉換成控制信號并傳至作動器中。

所述能量采集器為壓電式能量采集器、電磁式能量采集器、磁致伸縮式能量采集器或復合式能量采集器等，所述復合式能量采集器為壓電電磁式能量采集器、壓電壓磁式能量采集器等。所述作動器為壓電式作動器、電磁式作動器、形狀記憶合金作動器或超磁致伸縮作動器等。

本發明具有如下突出的實質性特點和顯著的優點：

本發明利用非線性能量匯（NES）和能量采集器裝置的特點，將其組合安裝于星箭錐殼適配器內，此組合裝置通過導線與作動器連接，設計成一種可實現整星自供能的主、被動一體化振動控制裝置。

（1）非線性能量匯（NES）和能量采集器的組合裝置能夠實現錐殼結構上振動能量的定向轉移和振動能量的采集回收。這種組合裝置利用NES可將振動能量單向傳遞至此非線性裝置中，能量采集器能夠將傳遞至此部分的振動能量以電能的形式部分采集回收得到。這種新形式的裝置一方面降低了因阻尼耗散能量產生的熱量可能對機構產生的危害，另一方面實現了被轉移至NES中的振動能量的再次回收，改進了以往NES在機構消振過程中振動能量僅是阻尼耗散掉的單一方式，同時實現機構的被動振動控制以及采集能量的目標。

（2）在NES和能量采集器組合裝置中回收得到的電能可通過電路供給一類作動器，依據反饋的控制信號，多個與錐殼適配器連接的作動器可實現對整星的主動控制。自供能主被動一體化非線性振動控制很大程度上解決航天器實際環境的能源限制問題，具有突出的實際應用意義。

附圖說明

圖1是實現整星自供能主被動一體化非線性振動控制裝置的結構示意圖。

具體實施方式