[发明专利]一种非线性隔振与抗冲击控制系统及方法有效
申请号: | 201811424311.5 | 申请日: | 2018-11-27 |
公开(公告)号: | CN109613823B | 公开(公告)日: | 2020-12-18 |
发明(设计)人: | 苏一新;马彦会;姚依晨;于溯源 | 申请(专利权)人: | 清华大学 |
主分类号: | G05B13/04 | 分类号: | G05B13/04;F16F15/03 |
代理公司: | 北京天悦专利代理事务所(普通合伙) 11311 | 代理人: | 田明;任晓航 |
地址: | 100084*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 非线性 冲击 控制系统 方法 | ||
1.一种非线性隔振与抗冲击控制系统,其特征在于,包括:隔振系统,所述隔振系统包括:一个或多个电磁作动器、支承架和一个或多个位移传感器,以及依次连接的信号调理电路、控制器和功率放大器,所述电磁作动器由差动控制的上下两个电磁铁组成,每个电磁铁中间设置一个位移传感器,所述位移传感器均与所述信号调理电路连接,所述功率放大器与每个电磁铁的线圈连接;所述控制系统还包括:
第一设计模块,用于根据不同的振动与冲击载荷工况,设计具有高静低动特性的力-位移非线性动力学特性曲线,确定第一位移范围δ的大小和微分环节分段数量j,分段参数组λη的值,其中,η=1,2,...j-1;
第二设计模块,用于根据电磁作动器的数量和支承架与载荷质量之和,得到单个电磁作动器所需承担载荷质量;
第一设置模块,用于根据所述力-位移非线性动力学特性曲线中的系数,设置高静低动控制算法中的增益环节函数表达式fp(e);
第二设置模块,用于根据工程应用的阻尼比需求,设置所述高静低动控制算法中的微分环节中微分参数组kdη的值或设置所述高静低动控制算法中的微分环节函数表达式fd(e),其中,η=1,2,...j;
写入模块,用于将设置好的高静低动控制算法编程写入至所述隔振系统的控制器内,形成高静低动控制器;
所述电磁作动器用于通过协同工作产生的电磁力对所述支承架进行悬浮支承;
所述位移传感器用于采集所述支承架的轴向位移信号,并将所述轴向位移信号输入所述信号调理电路;
所述信号调理电路用于将所述轴向位移信号从模拟量转化为数字量并输入所述高静低动控制器;
所述高静低动控制器用于将接收的轴向位移与参考位置比较后得到偏差值,根据所述增益环节函数表达式fp(e)与所述微分参数组kdη,或与所述微分环节函数表达式fd(e)计算并生成相应的控制信号,并将所述控制信号输入所述功率放大器;
所述功率放大器根据所述控制信号产生控制电流,控制所述电磁作动器对所述支承架的吸引力大小,调整所述支承架的轴向位移;
所述力-位移非线性动力学特性曲线为下式三次函数表示的曲线,
y=Ax3+Bx2+Cx+D
其中,A、B、C、D为根据该曲线而确定的三次函数系数,所述三次函数满足:3·Ax2+2·Bx+C≥0;
所述高静低动控制算法包括:
增益环节:
将所述偏差值代入所述增益环节函数表达式fp(e),计算得到增益环节控制量,用以调节动态支承系统的刚度;
微分环节:
将所述偏差值经比较乘以所述微分参数组kdη内对应的kd1、kd2、kd3…kdj后进行微分,得到微分环节控制量,用以调节动态支承系统的阻尼特性;或
将所述偏差值乘以所述微分环节函数表达式fd(e)后进行微分,得到微分环节控制量,用以调节动态支承系统的阻尼特性;
将所述增益环节控制量和所述微分环节控制量之和作为总的高静低动控制器输出量;
所述增益环节函数表达式fp(e)为:
其中,ka为功率放大器增益,ks为位移传感器增益,kx为力-位移系数,kI为力-电流系数,e为偏差值,A、B、C为常数;
所述微分环节中不同偏差值与微分参数组kdη的对应关系为:
其中,λj为分段参数组,满足λ1≤λ2≤λ3≤λ4≤...λj-1,分段数量j≥2和参数组kdη的设置满足:
其中,ka为功率放大器增益,ks为位移传感器增益,kI为力-电流系数,me为单个电磁作动器所需承担载荷质量,kp为刚度系数,它与偏差值的关系为:
其中,ks为位移传感器增益,e为偏差值,A、B、C为常数;
所述微分环节函数表达式fd(e)为:
其中,ka为功率放大器增益,ks为位移传感器增益,kI为力-电流系数,me是单个电磁作动器所需承担载荷质量,γ为阻尼比,范围0<γ<1。
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