專利名稱：基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，特別是一種基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法。
背景技術(shù)：
地鐵浮置板軌道既是地鐵交通的振源也是將輪軌振動向地基傳遞的中間途徑，其振動具有寬頻、多方向耦合特征，能在較寬頻范圍隔振的軌道支承系統(tǒng)，可以有效降低輪軌振動能量的傳播，減少對地鐵沿線建筑物結(jié)構(gòu)、居民生活、精密儀器的不良影響和危害.目前，浮置板一般采用橡膠、鋼彈簧被動隔振系統(tǒng)，能夠在較寬頻范圍內(nèi)實現(xiàn)輪軌振動的有效隔離，但被動隔振器其參數(shù)不能根據(jù)激振情況實時可調(diào)可控，尤其是對小于20Hz的低頻振動隔離能力不足，而這些低頻振動卻對人體、精密儀器有著重大的影響。近年來，磁流變智能器件成為隔振裝置的重要發(fā)展方向，國內(nèi)外對磁流變材料器件的研究已經(jīng)基本成熟，廣泛應(yīng)用于車輛、航空航天機(jī)械、動力裝置系統(tǒng)的隔減振中。其中，用磁流變脂制成的隔振器，能夠在可控電流產(chǎn)生的可控磁場下，通過改變磁流變脂的流動特性，在寬頻范圍實現(xiàn)阻尼可調(diào)可控，且長期放置無沉降性。因此，可用基于磁流變脂器件的浮置板軌道振動隔離方式，充分利用磁流變脂器件具有的阻尼寬頻可控優(yōu)勢進(jìn)行隔振。但地鐵運行產(chǎn)生的輪軌激振是一個寬頻的垂向、縱橫搖耦合振動，具有不確定性，難以建立精確數(shù)學(xué)模型，需要采用兼顧多向振動的半主動控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，它采用一種不依賴于精確模型的半主動控制方法，根據(jù)激振方向、激振頻率和振動能量傳遞率來改變隔振器的阻尼值，達(dá)到有效隔振的效果。本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，它包括有作為浮置板下方四個支承點的四個磁流變脂隔振器、四個分別安裝在浮置板四個支承點上的加速度傳感器和四個分別安裝在四個隔振器下端的力傳感器，所述隔振器含并聯(lián)的磁流變脂阻尼器和橡膠元件，具體控制方法如下I)通過加速度傳感器采集隔振器正上方浮置板各點的振動加速度；通過力傳感器采集輪軌激勵傳給地基的垂向振動力；2)對步驟I)中采集到的振動加速度信號進(jìn)行快速傅立葉變換，把三個最大振動能量對應(yīng)的頻率作為浮置板的三個振動激勵主頻率；用力傳感器采集到的垂向振動力信號結(jié)合浮置板和隔振器的位置關(guān)系，計算出力矩傳遞率；3)以浮置板振動的各激勵頻率和垂向力矩傳遞率作為輸入，采用模糊推理控制的方式推導(dǎo)不同頻率下隔振器的垂向阻尼值，再根據(jù)各頻率對應(yīng)的振幅大小，采用加權(quán)平均法分別計算出各隔振器的垂向阻尼初值；4)以輪軌激振力的各激振頻率和浮置板橫搖縱搖力矩傳遞率為輸入，采用模糊推理控制的方式推導(dǎo)不同頻率下各磁流變脂隔振器的橫搖縱搖阻尼值再根據(jù)各頻率對應(yīng)的振幅大小，采用加權(quán)平均法分別計算出各隔振器的橫搖阻尼初值和縱搖阻尼初值；5)根據(jù)步驟3)和步驟4)計算得到的隔振器的垂向、橫搖和縱搖的阻尼初值，計算每個隔振器的最終阻尼值；6)根據(jù)每個隔振器的最終阻尼值求解隔振器的控制電流。進(jìn)一步，步驟3)中所述模糊推理控制規(guī)則為在振動激勵頻率相對較小的工作區(qū)域采用相對較大阻尼；在振動激勵頻率相對較大工作區(qū)域采用相對較小阻尼；在基座受到的垂向絕對力傳遞率相對較大時，采用相對較大阻尼；在基座受到的絕對力傳遞率相對較小時，采用相對較小阻尼，垂向阻尼模糊推理規(guī)則表如下
權(quán)利要求
1.基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，其特征在于，包括有作為浮置板下方四個支承點的四個磁流變脂隔振器、四個分別安裝在浮置板四個支承點上的加速度傳感器和四個分別安裝在四個隔振器下端的力傳感器，所述隔振器含并聯(lián)的磁流變脂阻尼器和橡膠元件，具體控制方法如下1)通過加速度傳感器采集隔振器正上方浮置板各點的振動加速度；通過力傳感器采集輪軌激勵傳給地基的垂向振動力；2)對步驟I)中采集到的振動加速度信號進(jìn)行快速傅立葉變換，把三個最大振動能量對應(yīng)的頻率作為浮置板的三個振動激勵主頻率；用力傳感器采集到的垂向振動力信號結(jié)合浮置板和隔振器的位置關(guān)系，計算出力矩傳遞率；3)以浮置板振動的各激勵頻率和垂向力矩傳遞率作為輸入，采用模糊推理控制的方式推導(dǎo)不同頻率下隔振器的垂向阻尼值，再根據(jù)各頻率對應(yīng)的振幅大小，采用加權(quán)平均法分別計算出各隔振器的垂向阻尼初值；4)以輪軌激振力的各激振頻率和浮置板橫搖縱搖力矩傳遞率為輸入，采用模糊推理控制的方式推導(dǎo)不同頻率下各磁流變脂隔振器的橫搖縱搖阻尼值再根據(jù)各頻率對應(yīng)的振幅大小，采用加權(quán)平均法分別計算出各隔振器的橫搖阻尼初值和縱搖阻尼初值；5)根據(jù)步驟3)和步驟4)計算得到的隔振器的垂向、橫搖和縱搖的阻尼初值，計算每個隔振器的最終阻尼值；6)根據(jù)每個隔振器的最終阻尼值求解隔振器的控制電流。
2.如權(quán)利要求1所述的基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，其特征在于，步驟3)中所述模糊推理控制規(guī)則為在振動激勵頻率相對較小的工作區(qū)域采用相對較大阻尼；在振動激勵頻率相對較大工作區(qū)域采用相對較小阻尼；在基座受到的垂向絕對力傳遞率相對較大時，采用相對較大阻尼；在基座受到的絕對力傳遞率相對較小時，采用相對較小阻尼，垂向阻尼模糊推理規(guī)則表如下
3.如權(quán)利要求2所述的基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，其特征在于，步驟4)中所述模糊推理控制規(guī)則為建立橫、縱搖隔振模糊控制規(guī)則，根據(jù)浮置板振動各激勵頻率和力矩傳遞率，實時改變隔振器的橫、縱搖阻尼值；浮置板隔振系統(tǒng)若能很好的抑制橫、縱搖力矩，則在低頻段各個隔振器采用中等大小的阻尼值，若在高頻段，各個隔振器采用較小的阻尼值；橫、縱搖力矩若被放大，如果在低頻段，就增加阻尼值，且在橫、縱搖向幅度較大的那側(cè)其隔振器使用大阻尼、另一側(cè)使用中等阻尼；若在高頻段，橫、縱搖向幅度較大的其隔振器使用中等阻尼，另一側(cè)使用小阻尼；橫搖阻尼模糊控制規(guī)則如下表
4.如權(quán)利要求3所述的基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，其特征在于，步驟3)中計算垂向阻尼初值的方法為根據(jù)垂向阻尼模糊推理規(guī)則表，得到各條推理規(guī)則的Ry計算公式為Ry = W1XCn n TmXCn = Rffy n Rty I, m, η = I, 2, ···, 5 ； Y = I, 2,…，25式中，W1, Tm、Cn分別是模糊子集W、TZ、C中的元素，Rffy即和Rty分別為振動激勵頻率和垂向力傳遞率對應(yīng)的規(guī)則；己知振動激勵頻率輸入為Qci，力的傳遞率為Tzci，可以得到控制量Cn
5.如權(quán)利要求4所述的基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，其特征在于，步驟4)中計算橫向阻尼初值的方法為根據(jù)橫搖阻尼模糊推理規(guī)則表，得到各條推理規(guī)則的Rx計算公式為
6.如權(quán)利要求5所述的基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，其特征在于，步驟4)中計算縱向阻尼初值的方法為根據(jù)縱搖阻尼模糊推理規(guī)則表，得到各條推理規(guī)則的Ry計算公式為
7.如權(quán)利要求6所述的基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，其特征在于，步驟5)中計算每個隔振器的最終阻尼值的公式為Ci — kziCzi+kMxiCMxi+kMyiCMyi i — 1,2,3,4其中，Ci為每個隔振器最終的阻尼值，kz1、kMx1、kMyi分別為垂向、橫搖、縱搖各個隔振器阻尼值的調(diào)節(jié)參數(shù)，i = 1，2，3，4代表了四個隔振器，具體計算步驟如下.5-1)設(shè)定浮置板垂向-橫搖-縱搖三目標(biāo)隔振模擬退火模型選取各個阻尼調(diào)節(jié)參數(shù)作為優(yōu)化的狀態(tài)變量X — [kzl，kz2, kz3，kz4，, 1%2，1%3，1%4，kMyl，kMy2，kMy3，kMy4]系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)公式為TjX) = Min, Tx(X) = Min, Ty(X) = Min通過加權(quán)方法將三個目標(biāo)函數(shù)線性的組合成一個函數(shù)E(X) = EzTz (X)+ExTx (X)+EyTy (X)其中 O < Ez, Ex, Ey < 1，并且 Ez+Ex+Ey = I ；.5-2)初始化相關(guān)參數(shù)設(shè)各個隔振器的阻尼調(diào)整參數(shù)值都在O至I之間，初始化最優(yōu)值狀態(tài)變量為X = [1，1，.1，1，1，1，1，1，1，1，1，I];初始化停止溫度為T ；.5-3)更新最優(yōu)解更新最優(yōu)狀態(tài)值X卿，Xnew在X領(lǐng)域隨機(jī)選擇而產(chǎn)生；.5-4)計算目標(biāo)函數(shù)值及其增量取EZ>EX (Ey)且Ex=Ey,將當(dāng)前最優(yōu)狀態(tài)Xnew帶入目標(biāo)函數(shù)E (X) =EzTz (X)+ExTx (X)+EyTy (X)計算目標(biāo)函數(shù)值E (Xnew)以及其增量，再根據(jù)Metropolis規(guī)則判斷是否接受Xnev
8.如權(quán)利要求1所述的基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，其特征在于，步驟6)中根據(jù)每個隔振器的最終阻尼值求解隔振器的控制電流的公式為Cmeg= (al+b)e_pf+d其中，Cmeg為最終阻尼值；a、b、P、d為常系數(shù)；f為隔振器工作頻率。
全文摘要
一種基于磁流變脂隔振器的地鐵浮置板三向振動控制方法，它把四個半主動的磁流變脂隔振器安置于浮置板下，能夠抑制浮置板在垂向、橫搖、縱搖上的振動能量；充分利用了磁流變脂隔振器可控阻尼優(yōu)勢，采用不依賴數(shù)學(xué)模型的垂向-橫搖-縱搖模糊隔振控制及自適應(yīng)策略，在寬頻范圍內(nèi)分別降低浮置板振動能量在垂、橫、縱三個方向上向地基的傳遞，克服了傳統(tǒng)被動隔振器不能隨激振變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)阻尼值、低頻隔振效果差等系列問題，可以解決地鐵浮置板軌道多向振動耦合的寬頻隔振難題。
文檔編號G05D19/02GK103034254SQ20121055204
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者李銳, 何莉敏, 李銀國, 徐文韜, 張 雄, 杜鵬飛 申請人:重慶郵電大學(xué)