虛擬慣性可控阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能夠抑制振動加速度的虛擬慣性可控阻尼器。該虛擬慣性可控阻尼器通過加速度傳感器測量機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動加速度，并通過信號采集與處理模塊對振動加速度信號進行處理得到嵌入式控制模塊能夠識別的信號，然后通過嵌入式控制模塊的算法處理得到最佳阻尼值，并將最佳阻尼值信號傳給可控阻尼器模塊，可控阻尼模塊對機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的阻尼參數(shù)進行調(diào)節(jié)來改變系統(tǒng)的阻尼，從而使振動加速度越來越小，無論系統(tǒng)運行環(huán)境如何變化，都不會影響機床等機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的平穩(wěn)性和舒適性。另外，該虛擬慣性可控阻尼器能夠很好地實現(xiàn)可控自動調(diào)節(jié)的效果，具有很強的實用性，不會增加系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜性。適合在阻尼器領(lǐng)域推廣運用。
【專利說明】虛擬慣性可控阻尼器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于阻尼器領(lǐng)域，具體涉及一種虛擬慣性可控阻尼器的提出和實現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，隨著科學技術(shù)迅猛發(fā)展、生產(chǎn)力水平空前提高，人們對結(jié)構(gòu)和機械系統(tǒng)動態(tài)性能提出了更高的要求?？焖俸褪孢m是目前汽車、高速列車發(fā)展的主題，由于速度的提高、線路質(zhì)量不佳等原因，傳統(tǒng)的被動懸掛方式將很難滿足機車車輛運行平穩(wěn)性的要求，因為其參數(shù)確定后，其頻率也唯一確定，不具備自動調(diào)節(jié)功能。而主動懸掛方式需要外界提供能量，對機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)需要施加額外的作用力，其實現(xiàn)過程復雜，成本較高。在主動懸掛的基礎(chǔ)上，半主動懸掛迅速發(fā)展起來，是近年來國際上研究的一個熱點，半主動懸掛是針對系統(tǒng)的反應信息或外界載荷的變化情況，及時調(diào)整控制系統(tǒng)的阻尼參數(shù)，從而改善懸掛系統(tǒng)的動力學性能，實現(xiàn)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可調(diào)控制，旨在接近被動懸掛系統(tǒng)的造價和復雜程度提供接近主動懸掛控制的性能，不但具有良好的性價比，而且能保證失效狀態(tài)下行車的穩(wěn)定性。
[0003]目前，結(jié)合世界高速列車、汽車的現(xiàn)狀采用半主動懸掛控制系統(tǒng)是其最佳辦法。近些年來，隨著現(xiàn)代車輛對舒適性要求的不斷提高，懸掛系統(tǒng)必須智能化動態(tài)地與車輛狀態(tài)相匹配，可控阻尼減振器就是適時完成懸掛阻尼參數(shù)匹配的部件，因而成為國內(nèi)外研究的重點?？煽刈枘釡p振器是指其阻尼系數(shù)可通過外加控制信號進行調(diào)節(jié)的減振器，可以用物理元件直接進行實現(xiàn)。目前，隨著各種試驗、檢驗技術(shù)的完善，液壓阻尼減振器的制造技術(shù)不斷提高，應用越來越廣泛，最普遍的是電流變液、磁流變液的可控阻尼減振器。液壓阻尼減振器的工作原理是利用充滿液壓油的液壓缸，通過阻尼控制閥的作用，在液壓缸兩腔內(nèi)產(chǎn)生壓力差，從而對負載產(chǎn)生阻尼力，該阻尼力與運動速度成正比，而與速度方向相反，表示為:
[0004]f=-Ccv
[0005]式中，C。為傳統(tǒng)意義上的阻尼系數(shù)，其單位以NXs/m，該阻尼在系統(tǒng)中主要抑制振動速度。
[0006]目前，這些傳統(tǒng)意義上的可控阻尼減振器主要是抑制振動速度，但是在質(zhì)量-彈簧-阻尼器減振系統(tǒng)中，質(zhì)量和彈簧為貯能元件，只有減振器作為唯一的耗能元件，能將振動能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，表征振動強弱的物理量有振動位移、振動速度和振動加速度，不同的減振系統(tǒng)需要抑制振動物理量不同，阻尼器的阻尼力大小與相對振動速度成正比，而與相對振動速度方向相反。由于振動速度是振動加速度的積分，因此振動速度相位滯后振動加速度相位。在加速度較大時，振動速度卻較小，可見，阻尼器在抑制振動速度的同時，將產(chǎn)生較大的振動加速度，振動加速度沒有很好的被抑制。隨著人們對汽車、高速列車及機械動力學系統(tǒng)提出了更高的要求，舒適性和平穩(wěn)性逐漸成為其主要性能指標，尤其是高速列車，我國鐵路經(jīng)過七次提速，邁入世界高速鐵路的先進行列，振動加速度是造成舒適性變壞的主要原因，因此，如何抑制振動加速度是亟待需要解決的問題，而目前還有相應的能夠抑制振動加速度的控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠抑制振動加速度的虛擬慣性可控阻尼器。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:該虛擬慣性可控阻尼器，包括傳感器模塊、信號采集與處理模塊、嵌入式控制模塊和可控阻尼器模塊；所述傳感器模塊包括加速度傳感器和測量電路，用于測量機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動加速度并將測得的振動加速度信號傳遞給信號采集與處理模塊；所述信號采集與處理模塊包括積分器、多路開關(guān)、采樣保持器和A/D，所述積分器將振動加速度信號轉(zhuǎn)化為振動速度信號，多路開關(guān)和采樣保持器對振動加速度信號和振動速度信號進行采樣，通過A/D轉(zhuǎn)化把采樣得到的模擬信號轉(zhuǎn)化為嵌入式控制模塊能夠識別的振動加速度信號^和振動速度信號j并將得到振動加速度信號口振動速度信號專遞給嵌入式控制模塊；所述嵌入式控制模塊對振動加速度信I和振動速度信號j進形如下所述的算法處理得到最佳阻尼值C:
[0009]<img/ [0010]其中，Cm為其選定的彈性阻尼系數(shù)，其單位為NXs/m，Cmin為阻尼器能提供的最小阻尼值，Cfflax為阻尼器能提供的最大阻尼值，嵌入式控制模塊將最佳阻尼值C輸出給可控阻尼模塊，所述可控阻尼模塊對機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的阻尼參數(shù)進行調(diào)整。
[0011]進一步的是，所述嵌入式控制模塊的控制芯片為單片機。
[0012]進一步的是，所述可控阻尼器模塊采用執(zhí)行器實現(xiàn)，所述執(zhí)行器為液壓執(zhí)行器。
[0013]進一步的是，所述執(zhí)行器為磁流變液減振器。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述虛擬慣性可控阻尼器通過加速度傳感器實時地測量機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動加速度，并通過信號采集與處理模塊對振動加速度信號進行
處理得到嵌入式控制模塊能夠識別的振動加速度信號^和振動速度信號V然后通過嵌入
式控制模塊的算法處理得到最佳阻尼值，將最佳阻尼值信號傳給可控阻尼器模塊，可控阻尼模塊對機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的阻尼參數(shù)進行調(diào)節(jié)來改變系統(tǒng)的阻尼，從而使振動加速度越來越小，無論系統(tǒng)運行環(huán)境如何變化，都不會影響機床等機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的平穩(wěn)性和舒適性。另外，本發(fā)明所述的虛擬慣性可控阻尼器能夠很好地實現(xiàn)可控自動調(diào)節(jié)的效果，具有很強的實用性，不會增加系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜性，在一定的程度上控制了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明虛擬慣性可控阻尼器的原理結(jié)構(gòu)框圖；【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0017]如圖1所示，該虛擬慣性可控阻尼器，包括傳感器模塊、信號采集與處理模塊、嵌入式控制模塊和可控阻尼器模塊；所述傳感器模塊包括加速度傳感器和測量電路，用于測量機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動加速度并將測得的振動加速度信號傳遞給信號采集與處理模塊；所述信號采集與處理模塊包括積分器、多路開關(guān)、采樣保持器和A/D，所述積分器將振動加速度信號轉(zhuǎn)化為振動速度信號，多路開關(guān)和采樣保持器對振動加速度信號和振動速度信號進行采樣，通過A/D轉(zhuǎn)化把采樣得到的模擬信號轉(zhuǎn)化為嵌入式控制模塊能夠識別的振動加速度信號V和振動速度信號K并將得到振動加速度信號7和振動速度信號j傳遞給嵌入式控制模塊；所述嵌入式控制模塊對振動加速度信號^和振動速度信號 >進行如下所述的算法處理得到最佳阻尼值C:
【權(quán)利要求】
1.虛擬慣性可控阻尼器，其特征在于:包括傳感器模塊、信號采集與處理模塊、嵌入式控制模塊和可控阻尼器模塊；所述傳感器模塊包括加速度傳感器和測量電路，用于測量機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動加速度并將測得的振動加速度信號傳遞給信號采集與處理模塊；所述信號采集與處理模塊包括積分器、多路開關(guān)、采樣保持器和A/D，所述積分器將振動加速度信號轉(zhuǎn)化為振動速度信號，多路開關(guān)和采樣保持器對振動加速度信號和振動速度信號進行采樣，通過A/D轉(zhuǎn)化把采樣得到的模擬信號轉(zhuǎn)化為嵌入式控制模塊能夠識別的振動加速度信號V和振動速度信號夕并將得到振動加速度信號3>和振動速度信號夕傳遞給嵌入式控制模塊；所述嵌入式控制模塊對振動加速度信號夕和振動速度信號夕進行如下所述的算法處理得到最佳阻尼值C:

2.如權(quán)利要求1所述的虛擬慣性可控阻尼器，其特征在于:所述嵌入式控制模塊的控制芯片為單片機。
3.如權(quán)利要求1或2所述的虛擬慣性可控阻尼器，其特征在于:所述可控阻尼器模塊采用執(zhí)行器實現(xiàn)，所述執(zhí)行器為液壓執(zhí)行器。
4.如權(quán)利要求3所述的虛擬慣性可控阻尼器，其特征在于:所述執(zhí)行器為磁流變液減振器。
【文檔編號】F16F9/53GK103644247SQ201310680543
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】陳春俊, 林建輝, 何洪陽, 伍川輝, 何發(fā)勝 申請人:西南交通大學