一种固有频率可调的复合型动力吸振器及其控制方法

摘要

本发明提供一种固有频率可调的复合型动力吸振器及其控制方法，包括信号采集单元、控制单元、执行单元，其中执行单元由刚度可调和质量可调两部分组成。刚度可调单元包括连接U形基架，U形基架上附有励磁线圈和预紧螺栓，吸振块处于两磁流变弹性体中间，通过预紧螺栓预紧作用，固定在两夹板中间。所述储液箱、液体泵和液体下腔通过软管连接。本设计结构简单，减振效果好，有效减振频带宽，性能稳定，控制响应时间短，具有很高的实用价值，本发明在现有自适应式吸振器基础上进一步拓宽了减振频带，解决了传统式动力吸振器有效减振频带太窄的问题；克服了主动式动力吸振器过分依赖外界能量的缺陷。

主权项

一种固有频率可调的复合型动力吸振器的控制方法，其特征在于，所述的复合型动力吸振器包括：执行机构、信号采集单元、以及控制系统(15)；执行机构包括：设置于振动物体上的刚度可调单元(1)，刚度可调单元(1)上设置有固定质量单元(9)，固定质量单元(9)上安装有液体箱(10)，液体箱(10)上连接有供水装置；其中，刚度可调单元(1)包括设置于振动物体上的U形基架(4)，U形基架(4)上安装有用于产生磁场的励磁线圈(5)，U形基架(4)的开口处通过安装预紧螺栓(3)安装有一对夹板(7)，夹板(7)之间通过磁流变弹性体(6)夹持有吸振块(2)，组成一个闭合的导磁回路，固定质量单元(9)安装于吸振块(2)上；信号采集单元包括：安装于固定质量单元(9)上用于对吸振器进行振动信号采集的加速度传感器(11)、与供水装置相连接的流量传感器(13)、以及电荷放大器(16)，加速度传感器(11)的输出端与电荷放大器(16)的输入端连接；电荷放大器(16)和流量传感器(13)的输出端与控制系统(15)的输入端相连接；控制系统(15)的输出端与可控电源(14)以及供水装置相连接，可控电源(14)的输出端与励磁线圈(5)相连接；所述方法包括以下步骤：1)、获取复合型动力吸振器所受外界激振频率ω；2)、设减振频带为并将减振频带四等分，其四等分频带的端点分别记为ω₁，ω₂，ω₃，ω₄，ω₅，其中：第一频段为：[ω₁,ω₂],即第二频段为：[ω₂,ω₃],即第三频段为：[ω₃,ω₄],即第四频段为：[ω₄,ω₅],即式中，k_min为复合型动力吸振器最小刚度，即未加电流时的刚度，k_max为复合型动力吸振器最大刚度，即加电流最大时的刚度，m_min为可变质量的最小值，m为固定质量单元的质量，Δm为第一频段液体箱内可变质量，Δm_x1为第二频段液体箱内可变质量，Δm_x2为第三频段液体箱内可变质量；并且，令：$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{\frac{k_{\max }}{m+\Delta m}}=\sqrt{\frac{k_{\min }}{m+{\mathrm{\Delta m}}_{x1}}}\\ \sqrt{\frac{k_{\max }}{m+{\mathrm{\Delta m}}_{x1}}}=\sqrt{\frac{k_{\min }}{m+{\mathrm{\Delta m}}_{x2}}}\\ \sqrt{\frac{k_{\max }}{m+{\mathrm{\Delta m}}_{x2}}}=\sqrt{\frac{k_{\min }}{m}}\end{array}\right.---\left(3\right)$得$\left\{\begin{array}{c}\Delta m=\frac{k_{max}^3\times m}{k_{\min }^3}-m\\ {\mathrm{\Delta m}}_{x1}=\frac{k_{max}^2\times m}{k_{\min }^2}-m\\ {\mathrm{\Delta m}}_{x2}=\frac{k_{\max }\times m}{k_{\min }}-m\end{array}\right.---\left(4\right)$3)、令：$\left\{\begin{array}{c}{\omega }_1=\sqrt{\frac{k_{\min }}{m_{\min }+\Delta m}}\\ {\omega }_2=\sqrt{\frac{k_{\min }}{m+\Delta m}}=\sqrt{\frac{k_{\min }}{m+{\mathrm{\Delta m}}_{x1}}}\\ {\omega }_3=\sqrt{\frac{k_{\max }}{m+{\mathrm{\Delta m}}_{x1}}}=\sqrt{\frac{k_{\min }}{m+{\mathrm{\Delta m}}_{x2}}}\\ {\omega }_4=\sqrt{\frac{k_{\max }}{m+{\mathrm{\Delta m}}_{x2}}}=\sqrt{\frac{k_{\min }}{m}}\\ {\omega }_5=\sqrt{\frac{k_{\max }}{m}}\end{array}\right.---\left(5\right);$4)、确定频带划分关系后，在吸振器减振频带内，液体箱(10)内可变质量m_x的控制采用如下控制策略：$m_x=\left\{\begin{array}{c}\Delta m\mathrm{.......................}{\omega }_1\le \omega <{\omega }_2\\ {\mathrm{\Delta m}}_{x1}\mathrm{....................}{\omega }_2\le \omega <{\omega }_3\\ {\mathrm{\Delta m}}_{x2}\mathrm{....................}{\omega }_3\le \omega <{\omega }_4\\ \mathrm{0......................}{\omega }_4\le \omega \le {\omega }_5\end{array}\right.---\left(6\right)$5)、控制系统(15)根据所获得的复合型动力吸振器所受外界激振频率ω，以及减振频带所对应的控制策略，控制供水装置对液体箱(10)进行注入或输出水量；并且，控制系统(15)获取吸振器所需刚度，根据吸振器所需刚度与电流的关系，确定所需施加的电流，同时据所需施加的电流，将控制信号传给可控电源(14)，可控电源(14)接收控制信号后调节输送给励磁线圈(5)的电流，对刚度进行细调，通过刚度细调，实现对外界频率ω的追踪。