本技術(shù)涉及大跨度橋梁斜拉索領(lǐng)域，尤其涉及一種大跨度橋梁斜拉索的控制裝置及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、斜拉索是把斜拉橋主梁及橋面重量直接傳遞到塔架上的主要承重部材。斜拉索產(chǎn)生振動的原因主要包括渦激共振、風雨激振、參數(shù)激振、尾流馳振、雨振等。這些振動不僅對斜拉索本身造成損害，還可能影響到橋梁的整體穩(wěn)定性和安全性。

2、目前，針對大跨度橋梁斜拉索主要采用的永磁式電渦流阻尼器，該永磁式電渦流阻尼器阻尼系數(shù)不可實時調(diào)節(jié)，只能作為被動控制裝置使用，抑制斜拉索的振動效果較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)提供了一種大跨度橋梁斜拉索的控制裝置及控制系統(tǒng)，旨在提升斜拉索多模態(tài)振動的控制效果，有效抑制長斜拉索的振動響應(yīng)，延長斜拉索的使用壽命。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種大跨度橋梁斜拉索的控制裝置，其特征在于，所述裝置包括：電渦流阻尼元件、滾珠絲杠傳動系統(tǒng)、第一連接件和第二連接件；所述電渦流阻尼元件包括導(dǎo)體圓盤；

3、所述第一連接件的一端與所述斜拉索相連接，所述第一連接件的另一端與所述電渦流阻尼元件相連接；

4、所述第二連接件的一端與所述電渦流阻尼元件相連接，所述第二連接件的另一端與橋面支撐結(jié)構(gòu)相連接；

5、所述滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的兩端分別連接所述第一連接件和所述第二連接件；

6、所述滾珠絲杠傳動系統(tǒng)，用于將所述電渦流阻尼元件的兩端產(chǎn)生的相對軸向運動轉(zhuǎn)化為所述導(dǎo)體圓盤的高速旋轉(zhuǎn)運動，使得所述電渦流阻尼元件產(chǎn)生阻尼力；

7、所述電渦流阻尼元件，用于根據(jù)輸入電流產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，阻礙所述導(dǎo)體圓盤的高速旋轉(zhuǎn)運動，以耗散所述斜拉索振動所產(chǎn)生的能量。

8、可選地，所述電渦流阻尼元件還包括：第一背鐵、第二背鐵和固定在所述第一背鐵和所述第二背鐵之間的通電螺旋線圈；

9、所述通電螺旋線圈包括上通電螺旋線圈、下通電螺旋線圈和所述導(dǎo)體圓盤，其中，所述導(dǎo)體圓盤設(shè)置在所述上通電螺旋線圈和所述下通電螺旋線圈之間；

10、所述第一背鐵和所述第二背鐵分別用于固定所述通電螺旋線圈；

11、所述通電螺旋線圈，用于通電后，產(chǎn)生隨電流大小變化的磁場；

12、所述導(dǎo)體圓盤，用于在所述磁場中切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電渦流，所述感應(yīng)電渦流與所述通電螺旋線圈產(chǎn)生的磁場相互作用，產(chǎn)生阻礙所述導(dǎo)體圓盤和所述通電螺旋線圈之間相對運動的洛倫茲力，以耗散所述斜拉索振動所產(chǎn)生的能量。

13、可選地，所述上通電螺旋線圈和所述下通電螺旋線圈對應(yīng)位置上的螺旋線圈磁化方向相同，相鄰的所述上通電螺旋線圈和所述下通電螺旋線圈之間的電流方向相反，磁極按照正負交替的方式進行布置；

14、所述上通電螺旋線圈，包括：第一上通電螺旋線圈、第二上通電螺旋線圈、第三上通電螺旋線圈和第四上通電螺旋線圈；

15、所述下通電螺旋線圈，包括：第一下通電螺旋線圈、第二下通電螺旋線圈、第三下通電螺旋線圈和第四下通電螺旋線圈。

16、可選地，所述滾珠絲杠傳動系統(tǒng)包括滾珠絲桿和螺母，所述滾珠絲桿包括滾珠；所述螺母的內(nèi)部有與所述滾珠相匹配的導(dǎo)槽；

17、所述電渦流阻尼元件安裝于所述滾珠絲桿的中部，與所述滾珠絲桿具有相同的軸心，并連接在所述螺母上；

18、當所述軸向運動產(chǎn)生的力分別傳遞到所述滾珠絲桿的一端和所述螺母上時，所述滾珠在所述導(dǎo)槽上滾動，通過所述滾動將所述軸向運動轉(zhuǎn)換為所述螺母的旋轉(zhuǎn)運動。

19、可選地，所述控制裝置還包括外殼，所述外殼包括上圓形表面、下圓形表面和所述上圓形表面、所述下圓型表面之間的圓柱形側(cè)表面，所述上圓形表面與所述第一背鐵相連接，所述下圓形表面與所述第二背鐵相連接；

20、所述外殼，用于保護所述電渦流阻尼元件。

21、可選地，所述第一背鐵和所述第二背鐵的材料為高磁導(dǎo)率材料。

22、可選地，所述導(dǎo)體圓盤的材料為高電導(dǎo)率的非鐵磁性材料。

23、第二方面，本技術(shù)提供了一種大跨度橋梁斜拉索的控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括信號采集模塊、計算分析模塊和阻尼力輸出模塊，所述阻尼力輸出模塊包括如第一方面所述的控制裝置；

24、所述信號采集模塊，用于采集所述斜拉索的振動響應(yīng)信號，發(fā)送給所述計算分析模塊；

25、所述計算分析模塊，用于根據(jù)所述振動響應(yīng)信號，利用預(yù)設(shè)的算法計算所述控制裝置的最優(yōu)輸入電流；

26、所述阻尼力輸出模塊，用于將所述最優(yōu)輸入電流傳遞給所述控制裝置，以使得控制裝置輸出所述電渦流阻尼元件的阻尼力，所述阻尼力作用于所述斜拉索。

27、可選地，所述計算分析模塊，具體用于：

28、根據(jù)所述斜拉索的結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用附加模態(tài)阻尼比與粘滯阻尼器阻尼系數(shù)的關(guān)系，計算得到所述斜拉索的各階振動模態(tài)的最優(yōu)阻尼系數(shù)；

29、根據(jù)所述信號采集模塊得到的所述斜拉索振動響應(yīng)計算分析得到所述斜拉索的實時振動模態(tài)，以及所述斜拉索的實時振動模態(tài)下的最優(yōu)阻尼系數(shù)；

30、建立所述電渦流阻尼元件的等效阻尼系數(shù)表達式；

31、計算不同電流下的所述電渦流阻尼元件的等效阻尼系數(shù)；

32、根據(jù)所述最優(yōu)阻尼系數(shù)與所述等效阻尼系數(shù)，得到所述電渦流阻尼元件的最優(yōu)輸入電流。

33、可選地，所述阻尼力輸出模塊，具體用于：

34、根據(jù)所述最優(yōu)輸入電流以及所述斜拉索的振動響應(yīng)信號，所述控制裝置輸出所述電渦流阻尼元件的阻尼力，通過所述第一連接件作用在斜拉索上。

35、上述技術(shù)方案具有如下有益效果：

36、本技術(shù)提供了一種大跨度橋梁斜拉索的控制裝置及控制系統(tǒng)。其中，控制裝置包括電渦流阻尼元件、滾珠絲杠傳動系統(tǒng)、第一連接件和第二連接件；所述電渦流阻尼元件包括導(dǎo)體圓盤；第一連接件的一端與斜拉索相連接，第一連接件的另一端與所述電渦流阻尼元件相連接；第二連接件的一端與電渦流阻尼元件相連接，第二連接件的另一端與橋面支撐結(jié)構(gòu)相連接；滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的兩端分別連接第一連接件和第二連接件；所述滾珠絲杠傳動系統(tǒng)，用于將所述電渦流阻尼元件的兩端產(chǎn)生的相對軸向運動轉(zhuǎn)化為所述導(dǎo)體圓盤的高速旋轉(zhuǎn)運動，使得所述電渦流阻尼元件產(chǎn)生阻尼力；所述電渦流阻尼元件，用于根據(jù)輸入電流產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，阻礙所述導(dǎo)體圓盤的高速旋轉(zhuǎn)運動，以耗散所述斜拉索振動所產(chǎn)生的能量。本技術(shù)中的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)將電渦流阻尼元件的兩端產(chǎn)生的相對軸向運動轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體圓盤的高速旋轉(zhuǎn)運動，使得電渦流阻尼元件產(chǎn)生阻尼力，電渦流阻尼元件根據(jù)輸入電流產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，阻礙所述導(dǎo)體圓盤的高速旋轉(zhuǎn)運動，以耗散所述斜拉索振動所產(chǎn)生的能量，可以根據(jù)長斜拉索實際運營時發(fā)生的振動模態(tài)階數(shù)實時調(diào)整半主動控制裝置的輸入電流，適應(yīng)長斜拉索發(fā)生各種振動模態(tài)的工況，實現(xiàn)實時最優(yōu)控制，大幅提升斜拉索多模態(tài)振動的控制效果，有效抑制長斜拉索的振動響應(yīng)，延長斜拉索的使用壽命，避免因其疲勞失效影響橋梁運營和危害橋梁安全。

37、本技術(shù)還提供了大跨度橋梁斜拉索的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號采集模塊、計算分析模塊和阻尼力輸出模塊，所述阻尼力輸出模塊包括控制裝置，該控制系統(tǒng)能夠根據(jù)斜拉索發(fā)生的振動模態(tài)階數(shù)實時調(diào)整電渦流阻尼元件的輸入電流，使得對于斜拉索的各階振動模態(tài)，電渦流阻尼元件的阻尼系數(shù)都能處于該振動模態(tài)的最優(yōu)阻尼系數(shù)附近，實現(xiàn)實時最優(yōu)控制。