[发明专利]一种自适应颗粒阻尼吸振器及其控制方法

权利要求书

1.一种自适应颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述吸振器包括信号采集单元、执行单元以及控制单元(4)；

所述信号采集单元包括安装于激励源上用于测量激励信号的振动传感器A(6)、安装于铁磁性端盖(8)上用于测量铁磁性腔体(7)振动加速度的加速度传感器(3)、安装于结构体上用于测量结构体振动量的振动传感器B(12)，数据采集仪(5)的输入端分别与振动传感器A(6)、振动传感器B(12)以及加速度传感器(3)的信号输出端相连接，数据采集仪(5)的信号输出端与控制单元(4)相连接；

所述执行单元包括设置于结构体上的刚度可变单元(1)和设置于刚度可变单元(1)上的颗粒阻尼可变单元(2)；颗粒阻尼可变单元(2)上包括铁磁性腔体(7)、用于密封铁磁性腔体(7)的铁磁性端盖(8)、绕在铁磁性腔体(7)上带有漆包线的电磁线圈(9)、以及装在铁磁性腔体(7)内的铁磁性阻尼颗粒(10)；

所述控制单元(4)为PC终端，加速度传感器(3)、振动传感器A(6)、振动传感器B(12)的数据信号经数据采集仪(5)与控制单元(4)的输入端连接，控制单元(4)的输出端分别与刚度可变单元(1)和颗粒阻尼可变单元(2)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种自适应颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述振动传感器A(6)、振动传感器B(12)为位移传感器、或为速度传感器、或为加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种自适应颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述刚度可变单元(1)为机械式刚度可变单元、或为磁流变弹性体刚度可变单元、或为空气弹簧刚度可变单元。

4.根据权利要求1所述的一种自适应颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述铁磁性腔体(7)一端设置有铁磁性端盖(8)，铁磁性腔体(7)横截面形状为圆形、或为矩形。

5.根据权利要求1或4所述的一种自适应颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述铁磁性腔体(7)、铁磁性端盖(8)以及铁磁性阻尼颗粒(10)均由钢、或为铁、或为镍、或为钴的高导磁性材料制成。

6.一种如权利要求1到5任一所述的自适应颗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叶变换技术计算激励振动信号的频率响应函数，判断结构体所受外界激振频率的类型为单频、或为多频，然后根据激振频率类型将控制方法分两种情况进行控制，分别叙述如下：

第一种情况激励频率为单频激励，控制方法包括以下步骤：

步骤一、记录激励频率ω，根据激励频率的大小调整吸振器刚度可变单元(1)的可变刚度k₂，使可变刚度k₂等于吸振器调谐时的刚度k_v，k_v按公式(1)变化，k_v＝ω²·(m_c+m_p)，(1)

式中ω为激励频率，m_c为铁磁性腔体(7)、铁磁性端盖(8)和电磁线圈(9)的质量，m_p为铁磁性阻尼颗粒(10)的质量；

步骤二、利用快速傅里叶变换技术分析吸振器可变刚度改变后的位于铁磁性腔体(7)上加速度传感器(3)所测量的加速度信号；

步骤三、判断铁磁性腔体(7)的加速度幅值是否大于一个重力加速度；

步骤四、如果铁磁性腔体(7)加速度幅值大于一个重力加速度，则控制单元(4)向电磁线圈导线(11)通电，电磁线圈(9)产生电磁场，铁磁性阻尼颗粒(10)在电磁场的作用下吸附在铁磁性腔体(7)上，否则控制单元(4)控制电磁线圈导线(11)断电；

步骤五、重新利用快速傅里叶变换计算激励频率响应函数，重复步骤一到步骤四；

可变刚度k₂在其可变范围内可以实时追随外界激振频率ω的变化而变化，从而使吸振器始终处于调谐状态，实现其最优减振性能；

第二种情况激励频率为多频激励，控制方法包括以下步骤：

步骤六、控制单元(4)切断电磁线圈(9)的电流；

步骤七、分析激励信号的频率响应函数，找出多频激励中的最大振幅A_max及其对应的频率ω_m；

步骤八、利用激励信号与最佳刚度k_g的关系，计算步骤七A_max和ω_m所对应的吸振器最佳刚度k_g，激励信号与最佳刚度k_g的关系是通过实验拟合所得，具体为：首先在电磁线圈(9)不通电情况下，求出不同激振信号，即激励信号的幅值和频率，所对应最佳刚度k_g值，刚度k_g值为该激励信号下使结构体振动量最小的刚度值，结构体振动量通过安装在其上的振动传感器B(12)测量，然后利用数据拟合方法拟合出激励信号与最佳刚度k_g的关系；

步骤九、根据步骤八计算的最佳刚度k_g值，控制单元(4)调整吸振器刚度k₂等于最佳刚度k_g，使吸振器处于较理想的减振状态；

步骤十、重新利用快速傅里叶变换计算激励频率响应函数，重复步骤六到步骤九。