[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

技術領域

本發明涉及振動控制技術領域，具體涉及一種自適應顆粒阻尼吸振器及其控制方法。

背景技術

振動廣泛存在于機械設備、土木結構、航天器等系統中，振動不但影響系統的使用性能，而且會導致零部件的永久性損壞，從而對人類的安全、環境等造成威脅。因此，振動控制技術一直是工程領域的研究熱點。非阻塞性顆粒阻尼(Non-Obstructive Particle Damping簡稱NOPD)技術是一種相對較新的振動控制技術，其是將顆粒阻尼填充到振動結構的空腔或者附加容器內，當結構產生振動時，通過阻尼顆粒之間或者顆粒與容器壁之間的碰撞、摩擦將振動能量轉化為熱能，從而控制結構振動。例如，中國專利號2013102045784中所發明的密封型顆粒阻尼器，該阻尼器利用阻尼性顆粒的碰撞、剪切變形、摩擦來消耗振動能量，從而達到抑制結構振動的目的。為了改善顆粒阻尼的減振性能，中國發明專利(專利號：ZL201010018341.3)受動力吸振器原理的啟發，提供了一種顆粒阻尼吸振器裝置，該裝置能夠克服顆粒阻尼在被控對象振動加速度幅值小于重力加速度情況下減振性能失效的缺點，但是這種顆粒阻尼吸振器屬于被動控制裝置，其不能根據外界激勵的變化調整自身參數，這無疑限制了其減振能力，如圖1所示。為了進一步提高顆粒阻尼與動力吸振器技術聯合對結構體抑振的能力，有必要對現有技術進行改進。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷或不足，提供一種自適應顆粒阻尼吸振器及其控制方法，不但能夠在單頻激勵下，實現自適應動力吸振器的減振性能，而且在多頻激勵下，實現顆粒阻尼吸振器的自適應控制能力，從而提高其對結構振動的抑制能力。

本發明通過以下技術方案實現：

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；

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。

本發明進一步技術改進方案是：

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。

本發明進一步技術改進方案是：

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。

本發明進一步技術改進方案是：

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。

本發明進一步技術改進方案是：

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。

本發明通過以下技術方案實現：

一種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)