[發明專利]質量-彈簧-阻尼多參數調諧實驗方法

在審

• 申請號: 202011548884.6
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112509438A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 張永立;段海龍;蘇秉華;李洪興;易國榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學珠海學院
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 張文華

本發明涉及質量?彈簧?阻尼多參數調諧實驗方法，基于質量彈簧阻尼多參數調諧實驗系統進行，能夠進行二階振蕩系統的脈沖響應實驗：改變阻尼系數，可以得到不同的阻尼比，從而得到不同振幅、不同頻率的脈沖響應曲線；進行二階振蕩系統的階躍響應實驗：改變阻尼系數，可以得到不同的阻尼比，從而得到不同振幅、不同頻率的階躍響應曲線；進行二階振蕩系統的頻率響應實驗：改變阻尼系數，可以得到不同的阻尼比，從而得到不同的頻率響應曲線；系統的阻尼比不變時，通過改變正弦變化信號的頻率，可得到不同頻率下的頻率響應曲線。本發明能夠進行從基礎到前沿的各種合適的控制系統實驗，以及對先進控制理論驗證。

技術領域

本發明屬于調諧系統技術領域，尤其涉及質量-彈簧-阻尼多參數調諧實驗方法。

背景技術

彈簧-質量-阻尼組成的諧振系統是控制理論教學與科研中最常見的二階振蕩系統，是控制理論與算法最直觀的研究載體之一；由彈簧-質量-阻尼組成的系統也是最常見的機械振動系統，在生活中具有相當廣泛的用途，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生的能量的主要部件，其吸收耗散能量的能力大小直接關系到系統的安全與穩定。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，其緩沖系統的性能直接影響著汽車的穩定與駕駛員安全；天宮一號在太空實現交會對接時緩沖系統的穩定與否直接影響著交會對接的成功，另外，質量彈簧阻尼系統是經典的自動控制原理教學模型。因此，對彈簧-質量-阻尼系統的研究有著非常深的現實意義。

控制理論與技術和國計民生緊密相聯，涉及軍用、民用、航空、航天、航海、教育、科研等領域。控制理論與技術是智能時代各種技術的基礎，是國家新工科建設的基礎理論課程，是智能控制、人工智能、機器人等先進理論與技術的基礎。然而，目前大中專院校的控制理論的教學實驗設備大多采用Matlab仿真與RLC振蕩電路系統。自動控制理論及其傳統的電子式自動控制原理實驗箱，對于初學者來說比較抽象，難以展示控制理論中的關鍵概念與原理，難以將理論與實踐結合起來，直觀性較差，教學手段落后，難以滿足當前的技術發展與新工科教學。

因此，研究一種適于控制理論技術教學與科研、能夠貫穿控制理論從基礎到前沿的實驗的質量-彈簧-阻尼多參數調諧實驗方法，對新工科和智能技術的教育和發展具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適于控制理論技術教學與科研、能夠貫穿控制理論從基礎到前沿的實驗的質量-彈簧-阻尼多參數調諧實驗方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

質量-彈簧-阻尼多參數調諧實驗方法，所述實驗方法基于質量彈簧阻尼多參數調諧實驗系統進行，所述質量彈簧阻尼多參數調諧實驗系統包括支撐框架及安裝在所述支撐框架上的阻尼調節機構、質塊-彈簧機構、正弦輸入機構、脈沖發生機構、檢測與伺服控制系統；

所述阻尼調節機構包括左導電極板、右導電極板、強力磁鐵；所述左導電極板、右導電極板對稱分布在所述強力磁鐵兩側，并可通過位移調節機構使得左導電極板、右導電極板遠離或者接近所述強力磁鐵，從而調節系統阻尼系數；

所述正弦輸入機構包括豎直光軸導軌、正弦輸入桿、可調偏心距轉盤；所述豎直光軸導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軌上，且其在可調偏心距轉盤的驅動下可以沿豎直光軸導軌上下運動，形成正弦位移輸入；

所述質塊-彈簧機構包括彈簧、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，另一端與強力磁鐵固定連接；所述脈沖發生機構包括懸垂球、脈沖支桿、脈沖輸入導桿；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動，所述脈沖輸入導桿一端位于所述頂板上方，另一端依次穿過頂板、豎直光軸導軌并與連接板固定連接，通過懸垂球撞擊脈沖輸入導桿，可引起強力磁鐵-彈簧-阻尼系統的振蕩；