[发明专利]一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统，该装置及控制方法是采用永磁弹簧和电磁弹簧代替传统弹簧提供回复力的新型NES，通过改变电流参数，使吸振器刚度可以按一定规律交替呈现为纯非线性和弱非线性，使得该装置可以与管路系统产生靶向能量传递的特性，同时，传递到吸振器的能量，通过磁性液体具有的粘滞性，其内部产生剪切流，从而进行剪切耗能。本发明的非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统将半主动控制技术与NES被动控制技术进行结合用于管路系统三向振动控制，结构具有质量轻、使用灵活、减震频率宽、鲁棒性更好以及耗能效果好等优点。

技术领域

本发明属于振动控制技术领域的减振耗能装置，具体涉及一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统。

背景技术

机械结构的减振是一个长期存在的问题，由于其在工程应用中的重要性而受到相当大的持续关注。管路系统振动传递到机械结构引起的辐射噪声，也是机械噪声产生的一个重要途径。

管路系统振动传递控制采用的传统方法有挠性接管、约束阻尼层、弹性支撑等，一般来说这些方法难以有效控制管路的低频振动。另外，传统的动力吸振器用于降低管路振动传递，也是一种有效的方法，其中线性调谐质量阻尼器(Linear tuned-mass damper,TMD)是应用最为广泛的动力吸振结构，动力吸振器通过设计其固有频率与主系统振动所受激励频率相同或接近，利用共振原理抑制系统的振动，TMD作为一种线性阻尼器，只能在特定的频带内发挥良好的减振效果，然而外界激励的频率以及主体结的动力特性往往会随时间发生变化，这时TMD便会丧失减振效率，甚至会加剧主体结构的振动响应。

为解决经典TMD存在的不足，其中一个主要思想是使用非线性来改进减振器设计。据此，产生了非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,NES)，NES具有附加质量小、振动抑制频带宽、可完成定向靶能量传递、可靠性高、鲁棒性强等优点，可有效弥补TMD在非线性振动领域的缺陷，但，现有的非线性能量阱装置(NES)，均为被动控制，不能根据外部激励的特点以及管路自身的振动特性的变化做出及时调整，存在一定的局限性。当前，采用电磁、压电或磁致伸缩材料控制单元实现管路振动的主动控制，虽然可以在局部降低管路低频振动，但是由于成本和功耗方面的限制，使其在管路系统使用存在困难。需要发展可依据管路振动变化自适应调频吸振，且功耗及成本大幅降低的吸振系统。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统，它可以对管路系统在宽频基础激励和泵源流体脉动激励下产生的共振进行闭环半主动控制。通过感测管路系统宽频基础激励和泵源流体脉动激励工况下的振动信号，在管路系统上附加惯性质量块，利用永磁弹簧与电磁弹簧形成非线性刚度，利用共振原理将管路系统上的激励转移到附加惯性质量块上，并通过磁性液体产生剪切耗能，从而达到振动半主动控制的目的。因此，需要开发一套能够对管路系统的振动进行感测，且根据感测的振动水平，实时调节固有频率的半主动振动控制方法及系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统，包括自供电无线振动传感微系统、电子控制单元、驱动模块和吸振器，所述的自供电无线振动传感微系统感测管路系统的振动加速度，并作为闭环控制的振动信号传输给所述的电子控制单元；所述的电子控制单元用于根据加速度传感器提供的管路系统振动信号，并与预定幅值进行对比得到误差信号，从而生成并输出控制信号；所述的驱动模块根据接收到的控制信号后输出一定幅值的电流驱动信号；所述的吸振器安装在管路上，用于接收驱动模块输出的电流驱动信号并产生一定的励磁电流，形成可变电磁弹簧，使永磁铁惯性质量块在两个电磁铁间运动，此时永磁铁惯性质量块周围的磁性液体因具有粘滞性，其内部会产生剪切流，从而进行剪切耗能，达到半主动振动控制的目的。

进一步地，所述的自供电无线振动传感微系统，安装于管路系统上，用于通过感测管路上的振动信号，作为反馈信号传输给电子控制单元，它包括电磁式振动能量采集模块和传感电路模块。