專利名稱：承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隔振系統(tǒng)，特別是一種承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，人們對一些設(shè)備的隔振技術(shù)要求越來越高。 然而，那些不良振動(dòng)負(fù)面影響很大，影響著人們的工作，使人產(chǎn)生不適，或是產(chǎn)生了其它方面的問題。比如，對汽車高舒適性的要求、火箭發(fā)射時(shí)對航天航空器搭載的高度精密測量儀器的保護(hù)、水下航行潛艇的減振降噪等，都對隔振技術(shù)的要求越來越嚴(yán)格。傳統(tǒng)的線性系統(tǒng)隔振器只有在^Jlwn (ω，ωη分別為激勵(lì)頻率和系統(tǒng)的固有頻率)才有隔振效果。非線性隔振技術(shù)是突破這一隔振頻率限制的必要途徑。近年來研究表明，準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)具有高靜態(tài)、低動(dòng)態(tài)剛度等優(yōu)良性能，以此有效降低系統(tǒng)的固有頻率，達(dá)到在低頻段進(jìn)行有效隔振同時(shí)又能承受質(zhì)量較大的載荷。目前現(xiàn)有的準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見

圖1，其缺陷是僅針對某一特定承載重量設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)，如果承載重量發(fā)生了變化，隔振系統(tǒng)就會(huì)偏離原有的準(zhǔn)零剛度工作狀態(tài)，起不到好的隔振效果；在某些應(yīng)用場合(如汽車座椅)，承載重量是變化的，這種隔振系統(tǒng)不能根據(jù)承載重量的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器及其控制方法，實(shí)現(xiàn)大范圍頻率隔振，增強(qiáng)低頻隔振能力。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器，包括被隔振設(shè)備、底座、一組垂直方向的電磁彈簧、兩組水平方向的電磁彈簧，底座左右兩側(cè)安裝有外框架，還包括控制電路，水平方向的電磁彈簧包括一組電磁鐵和兩塊永磁體，被隔振設(shè)備右側(cè)通過連桿與右側(cè)水平方向電磁彈簧的第一塊永磁體連接，右側(cè)水平方向電磁彈簧的第一塊永磁體通過導(dǎo)桿與第二塊永磁體連接，第二塊永磁體與電磁鐵連接，電磁鐵固定在右側(cè)外框架上；垂直方向的電磁彈簧包括兩組電磁鐵和三塊永磁體，被隔振設(shè)備通過載物臺(tái)架與垂直方向電磁彈簧的第一組電磁鐵連接，垂直方向電磁彈簧的三塊永磁體串接在兩組電磁鐵之間,永磁體之間通過導(dǎo)桿連接,第二組電磁鐵固定在底座上；被隔振設(shè)備左右兩側(cè)呈對稱結(jié)構(gòu)；載物臺(tái)架上安裝有力傳感器；控制電路輸入端與力傳感器連接，控制電路輸出端與電磁鐵連接。所述控制電路包括力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制器、功率轉(zhuǎn)換模塊，力傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、控制器、功率轉(zhuǎn)換模塊依次連接，功率轉(zhuǎn)換模塊與電磁鐵連接。承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器包括三組電磁彈簧，垂直方向一個(gè)，水平方向兩個(gè) (對稱分布在左右兩側(cè))，當(dāng)承載重量發(fā)生變化時(shí)，首先調(diào)節(jié)垂直電磁彈簧中控制電流的大小，使系統(tǒng)保持在原靜平衡位置(水平位置)。然后根據(jù)剛度準(zhǔn)零的條件，調(diào)節(jié)水平電磁彈簧控制電流的大小，使系統(tǒng)始終工作在準(zhǔn)零剛度狀態(tài)下，通過調(diào)節(jié)電流改變電磁力，使電磁力與承載重量變化相匹配來滿足準(zhǔn)零剛度的數(shù)學(xué)關(guān)系，保持系統(tǒng)載荷變化條件下的準(zhǔn)零剛度隔振性能，被隔振設(shè)備在平衡位置附近做小幅振動(dòng)時(shí)，其動(dòng)剛度很小，整個(gè)系統(tǒng)的固有頻率很低，可實(shí)現(xiàn)大范圍頻率隔振，并具有良好的低頻隔振效果。所述承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器的控制方法為I)對承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器的一組電磁彈簧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到電磁斥力與氣隙和電流變化的數(shù)據(jù)，對測得的數(shù)據(jù)利用數(shù)值仿真軟件進(jìn)行曲線擬合，得到近似公式
_Z_/F = P1* exp(一) * exp(—)，
Pi Λ其中F表示電磁彈簧產(chǎn)生的斥力，ζ表示兩塊永磁體之間的距離，i表示線圈中控制電流的大小，P1, P2，P3表不與永磁體型號(hào)和直流電磁鐵線圈阻數(shù)相關(guān)的系數(shù)；2)對承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器進(jìn)行受力分析，求出系統(tǒng)所受合力Σ F
YF = -2P1*exp( b + ^a ~x )*exp(—^-) . X + A *exp( c + x)*exp(—^-)-P1*exp(—~-)*exp(—^-)，
P2Pi ^Ia2-X2P2PiPiPi其中a表示連桿的長度，b表示水平電磁彈簧中電磁鐵到載物臺(tái)架的距離，c表示垂直電磁彈簧中間永磁體到其下方永磁體之間的距離，d表示垂直電磁彈簧中上方永磁體到中間永磁體之間的距離,X表示垂直電磁彈簧中滑動(dòng)磁鐵相對初始位置的變化距離，il 表示水平電磁鐵中的控制電流，i2和i3分別表示垂直電磁彈簧中第一組電磁鐵和第二組電磁鐵中的控制電流；3)對2)中的合力公式求導(dǎo)，得到系統(tǒng)的總剛度K:
權(quán)利要求
1.一種承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器，包括被隔振設(shè)備、底座、一組垂直方向的電磁彈 簧、兩組水平方向的電磁彈簧，底座左右兩側(cè)安裝有外框架，其特征在于還包括控制電路， 水平方向的電磁彈簧包括一組電磁鐵和兩塊永磁體，被隔振設(shè)備右側(cè)通過連桿與右側(cè)水平 方向電磁彈簧的第一塊永磁體連接，右側(cè)水平方向電磁彈簧的第一塊永磁體通過導(dǎo)桿與第 二塊永磁體連接，第二塊永磁體與電磁鐵連接，電磁鐵固定在右側(cè)外框架上；垂直方向的電 磁彈簧包括兩組電磁鐵和三塊永磁體，被隔振設(shè)備通過載物臺(tái)架與垂直方向電磁彈簧的第 一組電磁鐵連接,垂直方向電磁彈簧的三塊永磁體串接在兩組電磁鐵之間,永磁體之間通 過導(dǎo)桿連接，第二組電磁鐵固定在底座上；被隔振設(shè)備左右兩側(cè)呈對稱結(jié)構(gòu)；載物臺(tái)架上 安裝有力傳感器；控制電路輸入端與力傳感器連接，控制電路輸出端與電磁鐵連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器，其特征在于，所述控制電路 包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制器、功率轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制器、功率轉(zhuǎn)換模塊依次連接， 功率轉(zhuǎn)換模塊與電磁鐵連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器，其特征在于，所述控制器為 AT89S51單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器，其特征在于，所述永磁體為 釹鐵硼永磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器，其特征在于，所述電磁鐵為 直流電磁鐵。
6.如權(quán)利要求1所述的承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器的控制方法，其特征在于，該方 法為1)對承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器的一組電磁彈簧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到電磁斥力與氣隙和 電流變化的數(shù)據(jù)，對測得的數(shù)據(jù)利用數(shù)值仿真軟件進(jìn)行曲線擬合，得到近似公式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度電磁隔振器及其控制方法，隔振器垂直方向電磁彈簧由三塊永磁體和兩組可控直流電磁鐵構(gòu)成，兩塊磁鐵之間極性相對產(chǎn)生排斥力，通過改變控制電流可以調(diào)節(jié)電磁彈簧的剛度；水平方向由兩組左右對稱分布的電磁彈簧構(gòu)成，改變控制電流可以調(diào)節(jié)電磁彈簧的剛度；當(dāng)系統(tǒng)承載重量發(fā)生變化時(shí)，可以通過調(diào)整控制電流，使垂直和水平電磁彈簧的剛度滿足一定的比例關(guān)系，從而使系統(tǒng)在平衡位置處的剛度為零；被隔振設(shè)備在平衡位置附近做小幅振動(dòng)時(shí)，其動(dòng)剛度很小，整個(gè)系統(tǒng)的固有頻率很低，可實(shí)現(xiàn)大范圍頻率隔振，并具有良好的低頻隔振效果；且結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、控制方便。
文檔編號(hào)F16F15/03GK102606673SQ201210081938
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者周加喜, 張敬, 張?jiān)掠? 徐道臨 申請人:湖南大學(xué)