[发明专利]一种基于1:2内共振的半主动吸振控制系统

说明书

本发明公开了一种基于1:2内共振的半主动吸振控制系统，其特征是控制系统的构成包括半主动吸振系统、数据采集分析模块、数据处理模块以及电流输出模块。其中半主动吸振系统包括1:2半主动吸振器、振动系统以及安装在振动系统上的传感器，用于实时监测与半主动吸振系统的输出向量对应的振动信息；数据采集分析模块包括电荷放大器、模数转换器和自适应状态观测器，用于实时预测半主动吸振系统的相关状态向量对应的相关振动信息；数据处理模块包括FFT单元和频率比较单元，用于给予电流输出模块所需的控制信号；电流输出模块根据控制信号输出不同电流，实现对振动系统的控制。本发明基于1:2内共振的原理，构造吸振器与振动系统之间1:2内共振关系，具有低能耗、减振频带宽等优点。

技术领域

本发明涉及一种基于1:2内共振的半主动吸振控制系统，它可在振动系统和吸振器之间构建模态能量交互通道，将振动系统的振动能量迁移至吸振器并由阻尼耗散，振动系统包括柔性机械臂、发动机，属于振动控制领域。

背景技术

振动控制方法概括来说主要有以下五种：消振、隔振、阻振、结构修改及吸振。其中，吸振是对振动系统进行减振的一项重要技术。所谓吸振，就是通过在被控主振系统的特定部位附加一个具有质量和刚度的子系统，即动力吸振器。合理选择该子系统的动力参数、结构形式及与主振系的耦合关系，以改变主振系的振动状态，使能量重新分配，即将主振系上的振动能量转移到子系统上，从而减少或消除主振系的振动。动力吸振器主要可以划分为三种类型：被动式吸振器、半主动式吸振器和主动式吸振器。半主动吸振器具有吸振频带宽、能耗低的优点，已成为吸振技术的重要发展方向。

近几年出现了一种新型的磁流变材料——磁流变弹性体。磁流变弹性体是高分子化合物与磁性颗粒混合组成的复合材料。将微米级别的磁性颗粒投入到高分子化合物中，搅拌均匀，放置在强磁场下进行固化，磁性颗粒沿磁场方向形成链状结构。磁流变弹性体兼有弹性体和磁流变材料的特点，响应迅速、具有可逆性、结构简单、稳定性好，在振动控制领域具有广泛的应用前景。

对磁流变弹性体动力吸振器进行有效的控制是其有效工作的必要条件。已有Kim等人通过实验拟合了磁流变弹性体动力吸振器固有频率与磁感应强度之间的数学表达式，通过测得系统的激励频率计算得到所需的外加磁场，仿真结果表明该算法具有良好的振动控制效果。Zhang等人设计了bang-bang控制算法对磁流变弹性体动力吸振器进行控制，结果表明该算法可以有效地衰减系统的振动。考虑到磁流变弹性体动力吸振器中由磁流变弹性体的非线性因素引起的磁场强度和磁流变弹性体磁滞模量的不确定关系，Liao等人提出了一种基于相位的控制算法，该算法具有调整速度块、稳定性好等优点。

另一方面，内共振为非线性振动系统特有的现象。对于振动系统中的两个固有频率，在满足内共振条件时，两个振动模态强烈地耦合，发生一种振动激发另一种振动的现象，称为非线性系统振动的内共振现象。在不计阻力的条件下，系统的能量在两种振动之间不断地转换而不衰减，振幅和相位周期性变化。通过内共振可以实现系统内不同模态之间的能量传递，如果某一阶内共振模态存在着一定的阻尼，那么该模态就会利用内共振所建立的能量交换机制不断从其它内共振模态那里获取并且耗散其振动能量。因此，通过内共振来实现振动系统的吸振成为我们解决非线性振动的新思路。

为了解决振动系统振动的问题，本专利申请中提出一种“基于1:2内共振的半主动吸振控制系统”，该系统具有可变刚度、鲁棒性好的特点，通过调节频率形成内共振，利用内共振使得振动系统振动能量传递到吸振器并由阻尼耗散掉，达到减小振动系统振动的作用。

发明内容

本发明的目的是针对大幅非线性振动控制方法的欠缺及不足，为解决大幅度振动，特别是具有非线性耦合振动情况的机械系统，在工作过程中的振动控制问题，提供了一种基于1:2内共振的半主动吸振控制系统。具有减振效果明显、控制稳定和鲁棒性好的特点。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：