[發明專利]一種磁盤式負剛度電磁執行機構的電磁力控制方法

有效

• 申請號: 202011589270.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112597611B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 靳國永;袁俊杰;葉天貴;劉志剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發明是一種磁盤式負剛度電磁執行機構的電磁力控制方法。本發明涉及振動控制技術領域，本發明根據實際所需的靜態承載能力，確定磁盤式準零剛度隔振器所需機械彈簧正剛度k；建立磁未飽和情況下的單個電磁鐵電磁力數學模型；本發明針對磁盤式準零剛度隔振器，以線圈電流作為輸入控制量，使得負剛度電磁執行機構的電磁力與位移呈線性關系，改變了隔振系統的非線性本質，避免了工作時因非線性電磁力引起的多穩態現象，消除隔振器整體在工作時出現跳躍等復雜的動力學行為；不需要需要復雜的傳感器和控制系統，實現方式簡單方便。

技術領域

本發明涉及振動控制技術領域，是一種磁盤式負剛度電磁執行機構的電磁力控制方法。

背景技術

隔振技術作為減振降噪的重要技術手段，旨在振源與系統之間采取一定措施，安置適當制振或隔振器材以隔離振動的直接傳遞。傳統被動隔振器理論上只能對激勵頻率大于倍系統固有頻率的振動起到衰減作用，故在低頻隔振領域，準零剛度隔振技術近年來得到了越來越多的重視。

準零剛度隔振器多為正負剛度結構并聯組合而成，可將系統的總體剛度減小至接近或等于零，在保證高靜態支撐能力的同時，實現低動態剛度，降低了系統固有頻率，拓寬了系統的隔振頻帶，可很好的用于解決低頻振動隔離問題。

負剛度的實現方式作為準零剛度技術的重點，直接決定了隔振系統的整體性能。目前，實現負剛度所采用的的結構主要分為：機械彈簧式、磁鐵式、橡膠式以及電磁鐵式，其負剛度結構的作用力在工作點附近隨位移呈現明顯的非線性變化，非線性系統的本質使得準零剛度系統可能存在多個吸引子，引起多穩態現象，導致隔振器整體在工作時出現跳躍等復雜的動力學行為，若要將大振幅的吸引子向小振幅吸引子遷移實現減振降噪，控制系統和策略將會相當復雜。

針對上述問題，考慮到在諸多負剛度機構實現方式中，由于電磁式機構的控制方式較為靈活，可以通過設計相關控制器，制定控制策略，進一步提高機構的隔振性能，具有良好的準確性和快速性，故電磁鐵式負剛度執行機構逐漸成為研究的重點。磁盤式電磁鐵機構具有電磁力大，吸合快速，漏磁少的特點，可將其采取縱向對稱布置的結構設計成負剛度電磁執行機構。

發明內容

本發明針對磁盤式準零剛度隔振器的負剛度電磁執行機構提出一種“電磁力-位移”的線性控制方法，本發明提供了以下技術方案：

一種磁盤式負剛度電磁執行機構的電磁力控制方法，包括以下步驟：

步驟1：根據靜態承載力，選取提供隔振系統正剛度的機械彈簧，確定所述彈簧的正剛度；

步驟2：建立磁未飽和下的電磁力模型，確定電磁鐵的電磁吸力；

步驟3：負剛度電磁執行機構上下對稱，根據磁未飽和情況下的負剛度電磁執行機構，建立電磁力-位移模型；

步驟4：對電磁力-位移模型進行解析，確定負剛度電磁執行機構以電流為系統的輸入控制量時，通入上下線圈的電流、結構參數與位移、理想定值負剛度大小以的函數關系；

步驟5：建立隔振系統模型，根據負剛度電磁執行機構的在理想情況下的電磁力-位移模型，確定振動響應；

步驟6：根據振動響應，基于電流、結構參數與位移、理想定值負剛度大小以的函數關系，確定滿足負剛度電磁機構線性電磁力-位移關系所需的控制電流。

優選地，所述步驟2具體為：

建立磁未飽和下的電磁力模型，確定電磁鐵的電磁吸力，通過下式表示電磁鐵的電磁吸力：