[發明專利]一種自適應顆粒阻尼吸振器及其控制方法

有效

• 申請號: 201611131104.1
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106402239B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 趙艷青;常綠;胡曉明;夏晶晶;戴建國;許善珍;孫麗;包海濤
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: F16F7/01
• 分類號: F16F7/01
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所32223
• 代理人: 李鋒

1.一種自適應顆粒阻尼吸振器，其特征在于：所述吸振器包括信號采集單元、執行單元以及控制單元(4)；

所述信號采集單元包括安裝于激勵源上用于測量激勵信號的振動傳感器A(6)、安裝于鐵磁性端蓋(8)上用于測量鐵磁性腔體(7)振動加速度的加速度傳感器(3)、安裝于結構體上用于測量結構體振動量的振動傳感器B(12)，數據采集儀(5)的輸入端分別與振動傳感器A(6)、振動傳感器B(12)以及加速度傳感器(3)的信號輸出端相連接，數據采集儀(5)的信號輸出端與控制單元(4)相連接；

所述執行單元包括設置于結構體上的剛度可變單元(1)和設置于剛度可變單元(1)上的顆粒阻尼可變單元(2)；顆粒阻尼可變單元(2)上包括鐵磁性腔體(7)、用于密封鐵磁性腔體(7)的鐵磁性端蓋(8)、繞在鐵磁性腔體(7)上帶有漆包線的電磁線圈(9)、以及裝在鐵磁性腔體(7)內的鐵磁性阻尼顆粒(10)；

所述控制單元(4)為PC終端，加速度傳感器(3)、振動傳感器A(6)、振動傳感器B(12)的數據信號經數據采集儀(5)與控制單元(4)的輸入端連接，控制單元(4)的輸出端分別與剛度可變單元(1)和顆粒阻尼可變單元(2)相連接。

2.根據權利要求1所述的一種自適應顆粒阻尼吸振器，其特征在于：所述振動傳感器A(6)、振動傳感器B(12)為位移傳感器、或為速度傳感器、或為加速度傳感器。

3.根據權利要求1所述的一種自適應顆粒阻尼吸振器，其特征在于：所述剛度可變單元(1)為機械式剛度可變單元、或為磁流變彈性體剛度可變單元、或為空氣彈簧剛度可變單元。

4.根據權利要求1所述的一種自適應顆粒阻尼吸振器，其特征在于：所述鐵磁性腔體(7)一端設置有鐵磁性端蓋(8)，鐵磁性腔體(7)橫截面形狀為圓形、或為矩形。

5.根據權利要求1或4所述的一種自適應顆粒阻尼吸振器，其特征在于：所述鐵磁性腔體(7)、鐵磁性端蓋(8)以及鐵磁性阻尼顆粒(10)均由鋼、或為鐵、或為鎳、或為鈷的高導磁性材料制成。

6.一種如權利要求1到5任一所述的自適應顆粒阻尼吸振器控制方法，其特征在于：所述控制方法首先利用快速傅里葉變換技術計算激勵振動信號的頻率響應函數，判斷結構體所受外界激振頻率的類型為單頻、或為多頻，然后根據激振頻率類型將控制方法分兩種情況進行控制，分別敘述如下：

第一種情況激勵頻率為單頻激勵，控制方法包括以下步驟：

步驟一、記錄激勵頻率ω，根據激勵頻率的大小調整吸振器剛度可變單元(1)的可變剛度k₂，使可變剛度k₂等于吸振器調諧時的剛度k_v，k_v按公式(1)變化，k_v＝ω²·(m_c+m_p)，(1)

式中ω為激勵頻率，m_c為鐵磁性腔體(7)、鐵磁性端蓋(8)和電磁線圈(9)的質量，m_p為鐵磁性阻尼顆粒(10)的質量；

步驟二、利用快速傅里葉變換技術分析吸振器可變剛度改變后的位于鐵磁性腔體(7)上加速度傳感器(3)所測量的加速度信號；

步驟三、判斷鐵磁性腔體(7)的加速度幅值是否大于一個重力加速度；

步驟四、如果鐵磁性腔體(7)加速度幅值大于一個重力加速度，則控制單元(4)向電磁線圈導線(11)通電，電磁線圈(9)產生電磁場，鐵磁性阻尼顆粒(10)在電磁場的作用下吸附在鐵磁性腔體(7)上，否則控制單元(4)控制電磁線圈導線(11)斷電；

步驟五、重新利用快速傅里葉變換計算激勵頻率響應函數，重復步驟一到步驟四；

可變剛度k₂在其可變范圍內可以實時追隨外界激振頻率ω的變化而變化，從而使吸振器始終處于調諧狀態，實現其最優減振性能；

第二種情況激勵頻率為多頻激勵，控制方法包括以下步驟：

步驟六、控制單元(4)切斷電磁線圈(9)的電流；

步驟七、分析激勵信號的頻率響應函數，找出多頻激勵中的最大振幅A_max及其對應的頻率ω_m；

步驟八、利用激勵信號與最佳剛度k_g的關系，計算步驟七A_max和ω_m所對應的吸振器最佳剛度k_g，激勵信號與最佳剛度k_g的關系是通過實驗擬合所得，具體為：首先在電磁線圈(9)不通電情況下，求出不同激振信號，即激勵信號的幅值和頻率，所對應最佳剛度k_g值，剛度k_g值為該激勵信號下使結構體振動量最小的剛度值，結構體振動量通過安裝在其上的振動傳感器B(12)測量，然后利用數據擬合方法擬合出激勵信號與最佳剛度k_g的關系；

步驟九、根據步驟八計算的最佳剛度k_g值，控制單元(4)調整吸振器剛度k₂等于最佳剛度k_g，使吸振器處于較理想的減振狀態；

步驟十、重新利用快速傅里葉變換計算激勵頻率響應函數，重復步驟六到步驟九。