[发明专利]一种自适应颗粒阻尼吸振器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及一种自适应颗粒阻尼吸振器及其控制方法。

背景技术

振动广泛存在于机械设备、土木结构、航天器等系统中，振动不但影响系统的使用性能，而且会导致零部件的永久性损坏，从而对人类的安全、环境等造成威胁。因此，振动控制技术一直是工程领域的研究热点。非阻塞性颗粒阻尼(Non-Obstructive Particle Damping简称NOPD)技术是一种相对较新的振动控制技术，其是将颗粒阻尼填充到振动结构的空腔或者附加容器内，当结构产生振动时，通过阻尼颗粒之间或者颗粒与容器壁之间的碰撞、摩擦将振动能量转化为热能，从而控制结构振动。例如，中国专利号2013102045784中所发明的密封型颗粒阻尼器，该阻尼器利用阻尼性颗粒的碰撞、剪切变形、摩擦来消耗振动能量，从而达到抑制结构振动的目的。为了改善颗粒阻尼的减振性能，中国发明专利(专利号：ZL201010018341.3)受动力吸振器原理的启发，提供了一种颗粒阻尼吸振器装置，该装置能够克服颗粒阻尼在被控对象振动加速度幅值小于重力加速度情况下减振性能失效的缺点，但是这种颗粒阻尼吸振器属于被动控制装置，其不能根据外界激励的变化调整自身参数，这无疑限制了其减振能力，如图1所示。为了进一步提高颗粒阻尼与动力吸振器技术联合对结构体抑振的能力，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷或不足，提供一种自适应颗粒阻尼吸振器及其控制方法，不但能够在单频激励下，实现自适应动力吸振器的减振性能，而且在多频激励下，实现颗粒阻尼吸振器的自适应控制能力，从而提高其对结构振动的抑制能力。

本发明通过以下技术方案实现：

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；

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。

本发明进一步技术改进方案是：

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。

本发明进一步技术改进方案是：

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。

本发明进一步技术改进方案是：

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。

本发明进一步技术改进方案是：

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。

本发明通过以下技术方案实现：

一种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)