一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，當(dāng)溫度升高導(dǎo)致粘彈性材料耗能性能顯著下降時(shí)，通過(guò)智能控制器增大對(duì)阻尼器的電流輸入，即增大磁場(chǎng)強(qiáng)度，使得阻尼器內(nèi)的磁性顆粒在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁流變效應(yīng)，從而迅速提高阻尼器的剛度與阻尼，進(jìn)而提高阻尼器的耗能性能；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，則通過(guò)智能控制器減小阻尼器的電流輸入，減小磁場(chǎng)強(qiáng)度。本發(fā)明能夠保證粘彈性阻尼器在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)，能在較大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)為結(jié)構(gòu)提供較為穩(wěn)定的耗能性能，其電流改變直接，效應(yīng)速度較快，控制過(guò)程較為穩(wěn)定，不需要過(guò)大的外部能量輸入，可明顯地改善溫度軟化效應(yīng)對(duì)粘彈性阻尼器在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中耗能減震效果的不利影響。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]粘彈性阻尼器能給結(jié)構(gòu)提供剛度和阻尼，其性能可靠、構(gòu)造簡(jiǎn)單、耗能能力強(qiáng)，從美國(guó)紐約世貿(mào)大廈安裝上萬(wàn)個(gè)粘彈性阻尼器來(lái)抵御強(qiáng)風(fēng)作用到現(xiàn)在，粘彈性阻尼器已經(jīng)在許多建筑、橋梁和大跨結(jié)構(gòu)中得到運(yùn)用。不過(guò)，粘彈性阻尼器也有其致命的弱點(diǎn)，那就是粘彈性材料是溫度敏感材料，隨著溫度的升高，材料會(huì)發(fā)生軟化效應(yīng)，由彈性特征逐步向粘性特征轉(zhuǎn)變，材料的儲(chǔ)能模量發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)的急劇下降，損耗因子也下降迅速，這嚴(yán)重降低了粘彈性阻尼器的耗能能力和應(yīng)用范圍。因此，減小粘彈性阻尼器的溫度軟化效應(yīng)對(duì)耗能減震效果產(chǎn)生的不利影響成為粘彈性阻尼器在大型工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中應(yīng)用的方法問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種控制過(guò)程穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制裝置及其方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問(wèn)題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0005]—種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，當(dāng)溫度升高導(dǎo)致粘彈性材料耗能性能顯著下降時(shí)，通過(guò)智能控制器增大對(duì)阻尼器的電流輸入，即增大磁場(chǎng)強(qiáng)度，使得阻尼器內(nèi)的磁性顆粒在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁流變效應(yīng)，從而迅速提高阻尼器的剛度與阻尼，進(jìn)而提高阻尼器的耗能性能;反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，則通過(guò)智能控制器減小阻尼器的電流輸入，減小磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0006]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述智能控制器包括單片機(jī)控制器、PI調(diào)節(jié)器、P麗調(diào)制電路和功率電路。
[0007]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述智能控制器增大或減小對(duì)阻尼器的電流輸入時(shí)，是通過(guò)補(bǔ)償控制策略的算法處理確定該溫度下對(duì)應(yīng)的阻尼器所需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦怠?br>[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0009]本發(fā)明提供一種補(bǔ)償控制方法來(lái)彌補(bǔ)粘彈性材料的溫度軟化效應(yīng)，從而減小高溫環(huán)境下粘彈性材料性能下降對(duì)阻尼器減震效果的影響，以保證粘彈性阻尼器在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)，能在較大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)為結(jié)構(gòu)提供較為穩(wěn)定的耗能性能;本發(fā)明中電流改變直接，效應(yīng)速度較快，控制過(guò)程較為穩(wěn)定，同時(shí)不需要過(guò)大的外部能量輸入，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，可明顯地改善溫度軟化效應(yīng)對(duì)粘彈性阻尼器在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中耗能減震效果的不利影響。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)原理圖。[0011 ]圖2為本發(fā)明的方法原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本專(zhuān)利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
[0013]請(qǐng)參閱圖1-2，一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，是采用粘彈性阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行被動(dòng)減震控制時(shí)，利用磁流變效應(yīng)彌補(bǔ)高溫環(huán)境下粘彈性材料軟化效應(yīng)對(duì)耗能減震效果產(chǎn)生不利影響的方法，當(dāng)溫度升高導(dǎo)致粘彈性材料耗能性能顯著下降時(shí)，通過(guò)智能控制器增大對(duì)阻尼器的電流輸入，即增大磁場(chǎng)強(qiáng)度，使得阻尼器內(nèi)的磁性顆粒在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁流變效應(yīng)，從而迅速提高阻尼器的剛度與阻尼，進(jìn)而提高阻尼器的耗能性能；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，則通過(guò)智能控制器減小阻尼器的電流輸入，減小磁場(chǎng)強(qiáng)度;這樣，阻尼器能在各種不同溫度環(huán)境下維持較為穩(wěn)定、可觀的耗能性能，進(jìn)而拓寬粘彈性阻尼器的最佳工作溫度范圍。
[0014]所述智能控制器包括單片機(jī)控制器、PI調(diào)節(jié)器、PffM調(diào)制電路和功率電路，首先，單片機(jī)控制器根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的阻尼器的溫度，經(jīng)補(bǔ)償控制策略的算法處理確定該溫度下對(duì)應(yīng)的阻尼器所需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦?補(bǔ)償控制策略的原理是以阻尼器的單周期耗能值為指標(biāo)，通過(guò)對(duì)阻尼器施加電流來(lái)增加其耗能值使得不同溫度下阻尼器單周期耗能值與最優(yōu)溫度時(shí)對(duì)應(yīng)的耗能值相等，從而達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹?br>[0015]所述補(bǔ)償控制策略可用如下方程表示:
[0016]Ed = E7 d+E//d = Ed(oPt) (公式I)
[0017]式中，Ed為阻尼器總的單周期耗能值，E'd和E〃d分別為粘彈性材料的耗能值與磁流變效應(yīng)產(chǎn)生的耗能值，Ed(Cipt)為最佳使用溫度時(shí)阻尼器的最優(yōu)耗能值。它的基本方法是:在不同工作頻率下，由監(jiān)測(cè)到的阻尼器的實(shí)時(shí)溫度，根據(jù)(公式I)確定該溫度下需對(duì)阻尼器施加的補(bǔ)償電流值。
[0018]確定了補(bǔ)償電流值之后，通過(guò)單片機(jī)控制器的DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器將這個(gè)電流控制信號(hào)Iref輸出。If是電流檢測(cè)環(huán)節(jié)檢測(cè)流過(guò)阻尼器的電流，并經(jīng)過(guò)濾波處理產(chǎn)生的輸出電流信號(hào)，代表了實(shí)際流過(guò)阻尼器的平均電流。PI調(diào)節(jié)器根據(jù)Iref與If兩者的誤差信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)電壓控制信號(hào)對(duì)PWM脈寬控制器進(jìn)行脈寬調(diào)制。通過(guò)控制輸出PWM的占空比改變功率電路的脈寬從而改變流過(guò)阻尼器的電流。
[0019]本發(fā)明提供一種補(bǔ)償控制方法來(lái)彌補(bǔ)粘彈性材料的溫度軟化效應(yīng)，從而減小高溫環(huán)境下粘彈性材料性能下降對(duì)阻尼器減震效果的影響，以保證粘彈性阻尼器在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)，能在較大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)為結(jié)構(gòu)提供較為穩(wěn)定的耗能性能;本發(fā)明中電流改變直接，效應(yīng)速度較快，控制過(guò)程較為穩(wěn)定，同時(shí)不需要過(guò)大的外部能量輸入，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，可明顯地改善溫度軟化效應(yīng)對(duì)粘彈性阻尼器在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中耗能減震效果的不利影響。
[0020]上面對(duì)本專(zhuān)利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本專(zhuān)利并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專(zhuān)利宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，其特征在于，當(dāng)溫度升高導(dǎo)致粘彈性材料耗能性能顯著下降時(shí)，通過(guò)智能控制器增大對(duì)阻尼器的電流輸入，即增大磁場(chǎng)強(qiáng)度，使得阻尼器內(nèi)的磁性顆粒在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁流變效應(yīng)，從而迅速提高阻尼器的剛度與阻尼，進(jìn)而提高阻尼器的耗能性能；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，則通過(guò)智能控制器減小阻尼器的電流輸入，減小磁場(chǎng)強(qiáng)度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，其特征在于，所述智能控制器包括單片機(jī)控制器、PI調(diào)節(jié)器、PWM調(diào)制電路和功率電路。3.所述智能控制器增大或減小對(duì)阻尼器的電流輸入時(shí)，是通過(guò)補(bǔ)償控制策略的算法處理確定該溫度下對(duì)應(yīng)的阻尼器所需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦怠?br>【文檔編號(hào)】G05B19/042GK105867210SQ201610151383
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月17日
【發(fā)明人】涂建維, 劉景
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)