[發(fā)明專利]基于質(zhì)量彈簧阻尼多參數(shù)調(diào)諧實驗系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112002187A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張永立;段海龍;蘇秉華;李洪興;易國榮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院
• 主分類號: G09B23/00
• 分類號: G09B23/00;G09B23/18
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 張文華

本發(fā)明涉及基于質(zhì)量彈簧阻尼多參數(shù)調(diào)諧實驗系統(tǒng)，包括支撐框架及安裝在支撐框架上的阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、質(zhì)塊?彈簧機(jī)構(gòu)、正弦輸入機(jī)構(gòu)、脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)、檢測與伺服控制系統(tǒng)；阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻尼系數(shù)；正弦輸入機(jī)構(gòu)可形成正弦位移輸入；質(zhì)塊?彈簧機(jī)構(gòu)包括彈簧、連接板及連接桿，彈簧的兩端分別與正弦輸入桿、連接板固定連接，連接桿一端與連接板底面固定連接，另一端與強(qiáng)力磁鐵固定連接；脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)通過懸垂球撞擊脈沖輸入導(dǎo)桿，可引起強(qiáng)力磁鐵?彈簧?阻尼系統(tǒng)的振蕩。本發(fā)明的二階機(jī)械動力系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)、輸入頻率、輸入幅值，可以對控制理論的典型問題進(jìn)行分析與綜合，是一個綜合性、一體化的教學(xué)、科研、實驗平臺。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于調(diào)諧系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于質(zhì)量彈簧阻尼多參數(shù) 調(diào)諧實驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

彈簧-質(zhì)量-阻尼組成的諧振系統(tǒng)是控制理論教學(xué)與科研中最常見的 二階振蕩系統(tǒng)，是控制理論與算法最直觀的研究載體之一；由彈簧-質(zhì)量 -阻尼組成的系統(tǒng)也是最常見的機(jī)械振動系統(tǒng)，在生活中具有相當(dāng)廣泛的 用途，緩沖器就是其中的一種。緩沖裝置是吸收和耗散振動過程產(chǎn)生的 能量的主要部件，其吸收耗散能量的能力大小直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全與 穩(wěn)定。緩沖器在生活中處處可見，例如我們的汽車減震裝置和用來消耗 碰撞能量的緩沖器，其緩沖系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的穩(wěn)定與駕駛員 安全；天宮一號在太空實現(xiàn)交會對接時緩沖系統(tǒng)的穩(wěn)定與否直接影響著 交會對接的成功，另外，質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)是經(jīng)典的自動控制原理教學(xué) 模型。因此，對彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)的研究有著非常深的現(xiàn)實意義。

控制理論與技術(shù)和國計民生緊密相聯(lián)，涉及軍用、民用、航空、航 天、航海、教育、科研等領(lǐng)域。控制理論與技術(shù)是智能時代各種技術(shù)的 基礎(chǔ)，是國家新工科建設(shè)的基礎(chǔ)理論課程，是智能控制、人工智能、機(jī) 器人等先進(jìn)理論與技術(shù)的基礎(chǔ)。然而，目前大中專院校的控制理論的教 學(xué)實驗設(shè)備大多采用Matlab仿真與RLC振蕩電路系統(tǒng)。自動控制理論 及其傳統(tǒng)的電子式自動控制原理實驗箱，對于初學(xué)者來說比較抽象，難 以展示控制理論中的關(guān)鍵概念與原理，難以將理論與實踐結(jié)合起來，直 觀性較差，教學(xué)手段落后，難以滿足當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展與新工科教學(xué)。

因此，研究一種適于控制理論技術(shù)教學(xué)與科研、能夠貫穿控制理論 從基礎(chǔ)到前沿的實驗的基于質(zhì)量彈簧阻尼多參數(shù)調(diào)諧實驗系統(tǒng)，對新工 科和智能技術(shù)的教育和發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適于控制理論技術(shù)教學(xué)與科研、能夠貫 穿控制理論從基礎(chǔ)到前沿的實驗的基于質(zhì)量彈簧阻尼多參數(shù)調(diào)諧實驗 系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

基于質(zhì)量彈簧阻尼多參數(shù)調(diào)諧實驗系統(tǒng)，包括支撐框架及安裝在所 述支撐框架上的阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、質(zhì)塊-彈簧機(jī)構(gòu)、正弦輸入機(jī)構(gòu)、脈沖發(fā) 生機(jī)構(gòu)、檢測與伺服控制系統(tǒng)；

所述阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括左導(dǎo)電極板、右導(dǎo)電極板、強(qiáng)力磁鐵；所述 左導(dǎo)電極板、右導(dǎo)電極板對稱分布在所述強(qiáng)力磁鐵兩側(cè)，并可通過位移 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使得左導(dǎo)電極板、右導(dǎo)電極板遠(yuǎn)離或者接近所述強(qiáng)力磁鐵，從 而調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻尼系數(shù)；

所述正弦輸入機(jī)構(gòu)包括豎直光軸導(dǎo)軌、正弦輸入桿、可調(diào)偏心距轉(zhuǎn) 盤；所述豎直光軸導(dǎo)軌一端固定于支撐框架的頂板上，正弦輸入桿安裝 在豎直光軸導(dǎo)軌上，且其在可調(diào)偏心距轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動下可以沿豎直光軸導(dǎo) 軌上下運(yùn)動，形成正弦位移輸入；

所述質(zhì)塊-彈簧機(jī)構(gòu)包括彈簧、連接板及連接桿，所述彈簧的兩端分 別與正弦輸入桿、連接板固定連接，連接桿一端與連接板底面固定連接， 另一端與強(qiáng)力磁鐵固定連接；所述脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)包括懸垂球、脈沖支桿、 脈沖輸入導(dǎo)桿；所述脈沖支桿豎直固定在頂板上，所述懸垂球安裝脈沖 支桿上且其相較于脈沖支桿可轉(zhuǎn)動，所述脈沖輸入導(dǎo)桿一端位于所述頂 板上方，另一端依次穿過頂板、豎直光軸導(dǎo)軌并與連接板固定連接，通 過懸垂球撞擊脈沖輸入導(dǎo)桿，可引起強(qiáng)力磁鐵-彈簧-阻尼系統(tǒng)的振蕩。