電流變流體阻尼裝置振動傳遞率的半主動控制方法
2023-06-14 15:41:26 1
專利名稱：電流變流體阻尼裝置振動傳遞率的半主動控制方法
技術領域：
本發明涉及一種質量——彈簧系統美國專利U.S.4742998「用電流變流體的主動隔振系統」(ACTIVE VIBRATION ISOLATION SYSTEM EMPLOYINGAN ELECTRO-RHEOLOGICAL FLUID)，該專利理論上根據分析是可以達到用主動的隔振技術接近最佳狀態(SKYHOOK)，即通過改變阻尼的大小，使振動傳遞率在超低頻和低頻段趨近於1.0而不小於1.0，並使諧振峰的大小受到抑制而不影響高頻隔振效果。其不足之處在於僅僅企圖抑制諧振峰值的大小，而沒有考慮在超低頻和低頻段使振動傳遞率大大小於1.0的難題；同時也沒有考慮利用控制參數來實現對諧振頻率的大範圍調節以避開激勵信號的激勵頻率的問題，更重要的是，接近SKY-HOOK並不意味著就可達到SKY-HOOK的特性，所以以上專利沒有提供任何特性曲線。
根據上述技術存在的缺點，本發明的任務是，提供將電流變流體應用於電流變流體阻尼裝置以實現對其振動傳遞率的半主動控制方法，以克服上述專利的不足。
本發明的原理為，針對筒式減振器(圖1)，利用電流變流體的賓漢塑性體模型，建立電流變流體半主動減振系統在引入絕對位移、絕對速度、絕對加速度反饋時的傳遞函數為x2x1=K0(T1S+1)n2S2+2nS+n2]]>在引入不同反饋時有如下特性①絕對位移負反饋電流變流體半主動減振系統K0=2Kh22Kh2+KfsE1]]>T1=22Kh2]]>n=2Kh2+KfsE1h2M]]>=22h2M(2Kh2+KfsE1)]]>②絕對速度負反饋電流變流體半主動減振系統K0＝1T122Kh2]]>n=2KM]]>=KfsE1+22h2M2KM]]>③絕對加速度負反饋電流變流體半主動減振系統K0＝1T1=22Kh2]]>n=2KhKfaE1+h2M]]>=222Kh(KfaE1+h2M)]]>在筒式減振器利用電流變流體的賓漢塑性體模型，建立電流變半主動減振系統在引入絕對位移積分反饋時的傳遞函數為x2x1=2KM(T1S+1)SS3+2KMT1S2+KMS+12KfssEL(23+A)hM]]>以上的符號意義如下Δ1＝4αβhL(2β＋3A)2=12L(A+12)2+L2]]>A＝活塞有效作用面積D＝活塞外徑E—外加偏置電場強度h—活塞與缸壁間徑向間隙K—復位彈簧剛度K0—比例係數L—活塞長度M—被隔振質量α—電流變流體應力係數β＝πDhμ—電流變流體無電場作用時的粘度係數ξ—阻尼係數ωn—固有頻率T1—一階微分環帶時間常數
x1—激勵信號位移x2—被隔振質量的位移由此可認識(一)對於質量——彈簧系統的電流變流體半主動減振系統，在採用被隔振質量的絕對位移反饋時，該系統由比例環帶、一階微分環帶和二階振蕩環節組成，在其振動傳遞率——激勵頻率的波德圖上，三環節為相加關係，因此，不論是增加反饋係數Kfs或增大外加偏置電場強度E，還是增大Kfs與E的乘積都會使該電流變流體減振系統的固有頻率增大，這樣便可利用調節反饋係數Kfs，或調節外加偏置電場強度E以及Kfs與E的乘積實現對激勵信號頻率的迴避，以免在該系統中引起共振。另，比例環節中，Kfs·E·Δ1之值遠遠大於2Kβh2，從而可認為K0≈2Kβh2/Kfs·E·Δ1，這樣，不論增大Kfs或E或Kfs·E，都會使K0＜＜1，從而可大大抑制低頻和超低頻振動激勵信號(圖2，圖3)。(二)對於質量——彈簧系統的電流變流體半主動減振系統，在採用被隔振對象的絕對速度反饋時，該系統固有頻率為常數，但適當選擇結構參數和其他軟參數即可使二階振蕩環節蛻變為兩個慣性環節，且其各慣性環節的時間常數或轉折頻率都隨外加偏置電場強度E、絕對速度反饋係數Kfv或E·Kfv的變化而變化(圖4，圖5)，從而可以利用E或Kfv或E·Kfv對各慣性環節的轉折頻率進行調製，以改善高頻和低頻段對激勵信號的抑制，從而擴大了對激勵信號進行衰減的頻帶，從下面公式可得此結論2=4KM/{KfvE1+2h2M+(KfvE1+2)2h2M)-8kM}]]>3=12{KfvE1+2h2M+(KfvE1+2h2M)2-8kM}]]>式中ω2—轉折頻率，ω2—轉折頻率(三)在電流變流體半主動減振系統中，引入被隔振對象的絕對加速度反饋時，調製外加偏置電場強度E、絕對加速度反饋係數Kva或兩者的乘積，便可調製系統的固有頻率，從而可適當避開激勵信號的激勵頻率，以達到對激勵信號的衰減(圖6，圖7)。根據上述原理，本發明所採取的技術措施是對由筒式減振器和控制元件組成的電流變流體半主動減振系統，在引入被隔離對象的絕對位移負反饋時，利用調節反饋係數Kfs或調節外加偏置電場強度E或調節兩者的乘積Kfs·E，分別實現對系統固有頻率的調節和在低頻和超低頻範圍對激勵信號的衰減作用；根據上述原理，本發明採取的另一技術措施是，對由筒式減振器和控制元件組成的電流變流體半主動減振系統，在引入被隔離對象的絕對速度負反饋時，可使二階振蕩環節脫變為兩個一階慣性環節，其折轉率ω2和ω3都是絕對速度反饋係數Kfv，外加偏置電場強度E的函數，通過調節Kfv或E或Kfv·E分別調製轉折頻率ω2和ω3的大小，以擴大對高頻和低頻激勵信號的衰減頻寬，根據上述原理，本發明採取的第三種技術措施是，對由筒式減振器和控制元件組成的電流變流體半主動減振系統，在引入被隔離對象的絕對加速度負反饋時，通過絕對加速度反饋係數Kva或外加偏置電場強度E或二者的乘積Kva·E即可調節系統的固有頻率，從而實現對激勵信號高頻衰減；根據上述原理的第四種技術措施是，對由筒式減振器和控制元件組成的電流變流體半主動減振系統，在引入被隔離對象的絕對位移積分負反饋時，通過其反饋係數Kfss、或外加偏置電場強度E或二者的乘積Kfss·E即可實現對系統固有頻率的調和在低頻和超低頻範圍對激勵信號的強衰減(圖8，圖9)。根據第一種技術措施，調節電流變流體半主動減振系統中的Kfss或E或Kfs·E以便在低頻和超低頻範圍內實現對激勵信號的強衰減作用是通減少比例環節幅值並使其值大大小於1來實現的。根據第二種技術措施，擴大對高頻和低頻激勵信號的衰減頻寬是通過減小ω2和增大ω3來實現的，而減小ω2和增大ω2是通過增大反饋係數Kfv或外加偏置電場強度E或其乘積Kfv·E來實現的。
本發明的優點是，(一)將電流變流體應用於半主動減振控制後，使半主動減振系統的結構簡化，可動件少、重量輕、尺寸小、能耗低，且價格低廉。(二)減振頻帶寬和在外加電場強度作用下阻尼比、諧振頻率可調，比例係數可調。
如下附圖1電流變流體筒式半主動減振器結構原理圖。
附圖2採用絕對位移負反饋時系統幅頻特性。縱座標為傳遞率對數1g(T)，橫座標為激勵信號角頻率對數1g(ω)，E固定，Kfs變。
附圖3採用絕對位移負反饋時系統幅頻特性(Kfs固定，E變)。
附圖4採用絕對速度負反饋時系統幅頻特性(E固定，Kfv變)。
附圖5採用絕對速度負反饋時系統幅頻特性(E變，Kfv固定)。
附圖6採用絕對加速度負反饋時系統幅頻特性(E固定，Kfa變)。
附圖7採用絕對加速度負反饋時系統幅頻特性(E變，Kfa固定)。附圖8採用絕對位移積分負反饋時系統幅頻特性(E固定，Kfss變)。附圖9採用絕對位移積分負反饋時系統幅頻特性(E變，Kfss固定)。
權利要求
1.一種電流變流體阻尼裝置振動傳遞率的控制方法，其特徵為對由筒式減振器和控制元件組成的電流變流體半主動減振系統，在引入被隔離對象的絕對位移負反饋時，利用調節反饋係數Kfs、調節外加偏置電場強度E和調節兩者的乘積Kfs·E，分別實現a.對系統固有頻率的調節；b.在低頻和超低頻範圍對激勵信號的衰減。
2.一種電流變流體阻尼裝置振動傳遞率的控制方法，其特徵為對由筒式減振器和控制元件組成的電流變流體半主動減振系統，在引入被隔離對象的絕對速度負反饋時，在結構參數優化的基礎上，可使二階振蕩環節脫變為兩個一階慣性環節，其折轉率ω2和ω3都是反饋係數Kfv、外加偏置電場強度E的函數，通過調節Kfv、E或Kfv·E分別調製轉折頻率ω2和ω3的大小，以擴大對高頻和低頻激勵信號的衰減頻寬。
3.一種電流變流體阻尼裝置振動傳遞率的控制方法，其特徵為對由筒式減振器和控制元件組成的電流變流體半主動減振系統，在引入被隔離對象的絕對加速度負反饋時，通過對加速度反饋係數Kfa和外加偏置電場強度E和二者的乘積Kfa·E即可調節系統的固有頻率，從而實現對激勵信號高頻衰減。
4.一種電流變流體阻尼裝置振動傳遞率的控制方法，其特徵為筒式減振器和控制元件組成的電流變流體半主動減振系統，在引入被隔離對象的絕位移積分負反饋時，通過絕對位移積分反饋係數Kfss、外加偏置電場強度E和二者的乘積Kfss·E實現對系統固有頻率的調節和在低頻和超低頻範圍對激勵信號的衰減。
5.根據權利要求1所述的電流變流體阻尼裝置振動傳遞率的控制方法，其特徵為調節電流變流體半主動減振系統中的Kfs、E和Kfs·E以便在低頻和超低頻範圍內實現對激勵信號的強衰減作用是通過減小比例環節幅值並使其值大大小於1來實現的。
6.根據權利要求2所述的電流變流體阻尼裝置振動傳遞率的控制方法，其特徵為所述擴大對高頻和低頻激勵信號的衰減頻寬是通過減小ω2和增大ω3來實現的，而減小ω2和增大ω3是通過增大反饋係數Kfv、外加偏置電場強度E或其乘積Kfv·E來實現的。
全文摘要
本發明涉及一種質量——彈簧系統，它是由筒式減振器和控制元件組成的電流變流體半主動減振系統，在引入被隔振對象的絕對位移負反饋、絕對速度負反饋、絕對加速度負反饋和絕對位移積分負反饋時，分別利用它們的可調反饋係數(Kfs)、(Kfv)、(Kfa)、(Kfss)和調節外加偏置電場強度(E)及兩者的乘積如(Kfs·E)分別實現對系統固有頻率的調整和在低頻超低頻範圍對激勵信號的衰減。
文檔編號F16F15/02GK1121566SQ94108548
公開日1996年5月1日 申請日期1994年7月28日 優先權日1994年7月28日
發明者呂崇耀 申請人:華中理工大學