專利名稱：智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機電一體化控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器。
背景技術(shù)：
目前的旋轉(zhuǎn)式負(fù)載是干磁粉式扭矩負(fù)載。干磁粉式扭矩負(fù)載有如下缺點只能在不高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的低轉(zhuǎn)速下使用，否則將燒壞磁粉，導(dǎo)致失效；干磁粉容易堆積，造成卡死，使其無法使用；磁粉分布很難均勻，在旋轉(zhuǎn)過程中使扭矩負(fù)載產(chǎn)生波動；磁粉導(dǎo)熱效果差，不利于長時間工作。磁流變液是在外加磁場作用下其流變特性發(fā)生急劇變化的新型智能材料，他們的基本特征是在磁場作用下能在瞬間(毫秒級)從自由流動的液體轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w，呈現(xiàn)可控的屈服強度，而且這種變化是可逆的。利用這類液體的流變效應(yīng)可制成各種阻尼器，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻尼或剛度特性，而且磁流變液具有屈服強度高，對污染不敏感，采用低電流，容易控制等特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字化控制的，散熱性能良好、旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定、可控性好、成本低、測試精度高，允許轉(zhuǎn)速至少可達(dá)到5000轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括機械部分和控制電路，機械部分包括支架以及依次設(shè)置在支架上的傳感器支架、中支架和前支架，傳感器支架上設(shè)置有扭矩傳感器，其特點是，前支架上設(shè)置的前蓋和中支架上設(shè)置的阻尼器殼體共同組成了一空腔，在此空腔內(nèi)設(shè)置有線圈、內(nèi)環(huán)和轉(zhuǎn)子，且在內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)子之間還設(shè)置有磁流變液，在轉(zhuǎn)子的上端還設(shè)置有頂尖，頂尖通過設(shè)置在中支架上的扭矩接頭與傳感器相連接，控制電路的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸出端與磁流變阻尼器線圈的輸入端相聯(lián)接，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的輸入端通過D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器與單片機相聯(lián)接，扭矩單元通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機相聯(lián)接。
本發(fā)明的另一特點是控制電路的單片機還可通過RS485通訊端口與遠(yuǎn)程控制的微機相聯(lián)接；控制電路單片機的P00～P07接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的D0～D7，單片機的寫引腳和讀引腳分別接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的寫引腳和讀引腳，單片機的P35接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的CS端，單片機的P32與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷INT相連，單片機的P33與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的高字節(jié)控制端HBEN相連，單片機的P34與SP813LCP的WDI端相連；單片機的P11與D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的片選端CS相聯(lián)接，單片機的P12接D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的時鐘端SCLK，單片機的P13接D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸入端DIN，單片機的X1和X2端接C4、C5兩個電容和一個石英晶體振蕩器XTAL；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器外接四個電容C2、C3、E3、E4，VDD外接5V電源，電容C8的一端接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的CLK端，另一端接公共地，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道CH0接扭矩單元的引腳2，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的CH1與放大器U8A引腳1相聯(lián)接；D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電源端VDD接+5V，參考電壓端REFIN連接由R11和R12組成的分壓端，模擬信號輸出端OUTA接放大器U5B的正相輸入5腳，放大器U5B的負(fù)相輸入6腳分別接電阻R13和電位器P1，電位器P1的另一端接放大器U5B的輸出7腳，放大器U5B的輸出7腳接U5A的正相輸入3腳，U5A的負(fù)相輸入2腳接U8A的輸出1腳，U5A的輸出1腳通過電阻R6接三極管Q2的基極，三極管Q2的集電極電阻R7接功率三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極接外部直流供電+24V、集電極接磁流變阻尼器線圈的其中一端，磁流變阻尼器線圈的另一端接電阻R8并連接放大器U8A的正相輸入3腳，U8A的負(fù)相輸入2腳與輸出1腳之間并聯(lián)電阻R9和電容C7，U8A的負(fù)相輸入2腳還連接電位器P2的一端，電位器P2的另一端接公共地；單片機的P14口還與RS485的數(shù)據(jù)輸入/輸出控制端RE/DE相聯(lián)接，單片機的串行通訊端口RXD接RS485的數(shù)據(jù)輸出端口R0，單片機的TXD引腳接RS485的數(shù)據(jù)輸入DI；阻尼器殼體上還設(shè)置有端蓋，在端蓋內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子軸承和定位塊；頂尖上還設(shè)置有壓帽。
本發(fā)明將機械結(jié)構(gòu)和控制電路相結(jié)合，機械結(jié)構(gòu)包括扭矩傳感器，，以及設(shè)置在由前蓋和阻尼器殼體共同組成了的空腔內(nèi)的線圈、內(nèi)環(huán)和轉(zhuǎn)子，且在內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)子之間還設(shè)置有磁流變液，在轉(zhuǎn)子的上端還設(shè)置有頂尖，頂尖通過扭矩接頭與傳感器相連接，控制電路的單片機通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集扭矩單元的輸出信號，經(jīng)過運算后由D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出控制信號，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路把該信號轉(zhuǎn)化為電流輸入至旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器中的線圈，阻尼器特性即刻發(fā)生變化。通過閉環(huán)控制，使磁流變阻尼器工作在恒扭矩狀態(tài)。所有的單元都集成為模塊，對整個系統(tǒng)的調(diào)試，測試都方便簡單，且散熱良好、旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定、可控性好、成本低、測試精度高。


圖1是本明的控制電路框圖；圖2是本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明控制電路的電原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖1，控制電路的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路23的輸出端與磁流變阻尼器線圈10的輸入端相聯(lián)接，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路23的輸入端通過D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器27與單片機29相聯(lián)接，扭矩單元26通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28與單片機29相聯(lián)接。單片機29通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28采集扭矩單元26的輸出信號，經(jīng)過運算后由D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器27輸出控制信號，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路23把該信號轉(zhuǎn)化為電流輸入至旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器中線圈10，阻尼器特性即刻發(fā)生變化。通過閉環(huán)控制，使磁流變阻尼器工作在恒扭矩狀態(tài)?？刂齐娐吠ㄟ^RS485通訊端口25與外部微機24連接，達(dá)到遠(yuǎn)程微機控制的目的。
參見圖2，機械部分包括支架18以及依次設(shè)置在支架18上的傳感器支架1、中支架4和前支架15，傳感器支架1上設(shè)置有扭矩傳感器2，前支架15上設(shè)置的前蓋13和中支架4上設(shè)置的阻尼器殼體19共同組成了一空腔，在此空腔內(nèi)設(shè)置有線圈10、內(nèi)環(huán)20和轉(zhuǎn)子17，在線圈10通過繞線架9固定在阻尼器殼體19內(nèi)，且在內(nèi)環(huán)20與轉(zhuǎn)子17之間還設(shè)置有磁流變液8，轉(zhuǎn)子17下端的阻尼器殼體19內(nèi)還設(shè)置有油封壓蓋11和油封12，阻尼器殼體19上設(shè)置有端蓋16，在端蓋16內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子軸承22和定位塊21，阻尼器殼體19通過后軸承5設(shè)置在中支架4上，前蓋13通過前軸承14設(shè)置在前支架15上，在轉(zhuǎn)子17的上端還設(shè)置有頂尖7，頂尖7上還設(shè)置有壓帽6，頂尖7通過設(shè)置在中支架4上的扭矩接頭3與傳感器2相連接，參見圖3，本發(fā)明的控制電路的單片機29的P00～P07接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28的D0～D7，單片機29的寫引腳和讀引腳分別接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28的寫引腳和讀引腳，單片機29的P35接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28的CS端，單片機29的P32與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28的轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷INT相連，單片機29的P33與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28的高字節(jié)控制端HBEN相連，單片機29的P34與SP813LCP的WDI端相連，單片機29的P11接D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的片選端CS，單片機29的P12接D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的時鐘端SCLK，單片機29的P13接D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的數(shù)據(jù)輸入端DIN，單片機29的P14口接RS485的數(shù)據(jù)輸入/輸出控制端RE/DE，單片機29的串行通訊端口RXD接RS485的數(shù)據(jù)輸出端口R0，單片機29的TXD引腳接RS485的數(shù)據(jù)輸入DI，單片機29的X1和X2端接C3、C4兩個電容和一個石英晶體振蕩器XTAL，電容C8的一端接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28的CLK端，另一端接公共地，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28外接四個電容C2、C3、E3、E4，外接5V電源，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28的模擬輸入通道CH0接扭矩單元的引腳2，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28的CH1與放大器U8A引腳1相聯(lián)接，磁流變阻尼器線圈10與電壓/電流轉(zhuǎn)換電路23相聯(lián)接，在電壓/電流轉(zhuǎn)換電路23中，D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的電源端VDD接+5V，參考電壓端REFIN連接由R11和R12組成的分壓端，模擬信號輸出端OUTA接放大器U5B的正相輸入5腳，放大器U5B的負(fù)相輸入6腳分別接電阻R13和電位器P1，電位器P1的另一端接放大器U5B的輸出7腳，放大器U5B的輸出7腳接U5A的正相輸入3腳，U5A的負(fù)相輸入2腳接U8A的輸出1腳，U5A的輸出1腳通過電阻R6接三極管Q2的基極，三極管Q2的集電極電阻R7接功率三極管Q1的基極，三極管Q1的的發(fā)射極接外部直流供電+24V、集電極接磁流變阻尼器線圈10的其中一端，磁流變阻尼器線圈10的另一端接電阻R8并連接放大器U8A的正相輸入3腳，U8A的負(fù)相輸入2腳與輸出1腳之間并聯(lián)電阻R9和電容C7，U8A的負(fù)相輸入2腳還連接電位器P2的一端，電位器P2的另一端接公共地。
本發(fā)明的單片機29是89C52是一種帶8k字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微控制器。它接5V電源工作；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器28采用MAX197是一個12位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，它在單5V電壓下就可以工作，6μs轉(zhuǎn)換時間，100ksps采集速率；D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器27采用TLV5618，是帶有高阻抗緩沖基準(zhǔn)輸入的雙路12位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，它用單5V電源工作。
轉(zhuǎn)子17與外部旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接，例如電機，用于輸入旋轉(zhuǎn)動能，旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞給安裝在后支架上的扭矩傳感器2，扭矩傳感器2通過信號線與外部控制電路相連，內(nèi)部線圈10引出二根導(dǎo)線連接外部控制電路。通過調(diào)節(jié)該線圈10的電流，施加于轉(zhuǎn)子17周圍磁流變液8中的磁場即刻發(fā)生相應(yīng)改變，扭矩立即隨磁流變液8阻尼特性的變化而變化?？刂齐娐分械膯纹瑱C29不斷的檢測扭矩大小、運行控制算法、調(diào)節(jié)線圈10的電流，使扭矩得到精確控制。
本發(fā)明是一種半主動式的旋轉(zhuǎn)阻尼器，可用于汽車等結(jié)構(gòu)的半主動減振，各種電機驅(qū)動特性的測試，也可用于造紙、紡織等需要恒定張力控制的工業(yè)現(xiàn)場。
權(quán)利要求
1.一種智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，包括機械部分和控制電路，機械部分包括支架[18]以及依次設(shè)置在支架[18]上的傳感器支架[1]、中支架[4]和前支架[15]，傳感器支架[1]上設(shè)置有扭矩傳感器[2]，其特征在于前支架[15]上設(shè)置的前蓋[13]和中支架[4]上設(shè)置的阻尼器殼體[19]共同組成了一空腔，在此空腔內(nèi)設(shè)置有線圈[10]、內(nèi)環(huán)[20]和轉(zhuǎn)子[17]，且在內(nèi)環(huán)[20]與轉(zhuǎn)子[17]之間還設(shè)置有磁流變液[8]，在轉(zhuǎn)子[17]的上端還設(shè)置有頂尖[7]，頂尖[7]通過設(shè)置在中支架[4]上的扭矩接頭[3]與傳感器[2]相連接，控制電路的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路[23]的輸出端與磁流變阻尼器線圈[10]的輸入端相聯(lián)接，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路[23]的輸入端通過D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器[27]與單片機[29]相聯(lián)接，扭矩單元[26]通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]與單片機[29]相聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，其特征在于所說的控制電路的單片機[29]還可通過RS485通訊端口[25]與遠(yuǎn)程控制的微機[24]相聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，其特征在于所說的控制電路單片機[29]的P00～P07接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]的D0～D7，單片機[29]的寫引腳和讀引腳分別接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]的寫引腳和讀引腳，單片機[29]的P35接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]的CS端，單片機[29]的P32與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]的轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷INT相連，單片機[29]的P33與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]的高字節(jié)控制端HBEN相連，單片機[29]的P34與SP813LCP的WDI端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，其特征在于所說的單片機[29]的P11與D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器[27]的片選端CS相聯(lián)接，單片機[29]的P12接D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器[27]的時鐘端SCLK，單片機[29]的P13接D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器[27]的數(shù)據(jù)輸入端DIN，單片機[29]的X1和X2端接C4、C5兩個電容和一個石英晶體振蕩器XTAL。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，其特征在于所說的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]外接四個電容C2、C3、E3、E4，VDD外接5V電源，電容C8的一端接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]的CLK端，另一端接公共地，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]的模擬輸入通道CH0接扭矩單元的引腳2，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器[28]的CH1與放大器U8A引腳1相聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，其特征在于所說的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器[27]的電源端VDD接+5V，參考電壓端REFIN連接由R11和R12組成的分壓端，模擬信號輸出端OUTA接放大器U5B的正相輸入5腳，放大器U5B的負(fù)相輸入6腳分別接電阻R13和電位器P1，電位器P1的另一端接放大器U5B的輸出7腳，放大器U5B的輸出7腳接U5A的正相輸入3腳，U5A的負(fù)相輸入2腳接U8A的輸出1腳，U5A的輸出1腳通過電阻R6接三極管Q2的基極，三極管Q2的集電極電阻R7接功率三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極接外部直流供電+24V、集電極接磁流變阻尼器線圈[10]的其中一端，磁流變阻尼器線圈[10]的另一端接電阻R8并連接放大器U8A的正相輸入3腳，U8A的負(fù)相輸入2腳與輸出1腳之間并聯(lián)電阻R9和電容C7，U8A的負(fù)相輸入2腳還連接電位器P2的一端，電位器P2的另一端接公共地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，其特征在于所說的單片機[29]的P14口還與RS485的數(shù)據(jù)輸入/輸出控制端RE/DE相聯(lián)接，單片機[29]的串行通訊端口RXD接RS485的數(shù)據(jù)輸出端口RO，單片機[29]的TXD引腳接RS485的數(shù)據(jù)輸入DI。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，其特征在于所說的阻尼器殼體[19]上還設(shè)置有端蓋[16]，在端蓋[16]內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子軸承[22]和定位塊[21]。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，其特征在于所說的頂尖[7]上還設(shè)置有壓帽[6]。
全文摘要
智能控制旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，將機械結(jié)構(gòu)和控制電路相結(jié)合，機械結(jié)構(gòu)包括扭矩傳感器，以及設(shè)置在由前蓋和阻尼器殼體共同組成了的空腔內(nèi)的線圈、內(nèi)環(huán)和轉(zhuǎn)子，且在內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)子之間還設(shè)置有磁流變液，在轉(zhuǎn)子的上端還設(shè)置有頂尖，頂尖通過扭矩接頭與傳感器相連接，控制電路的單片機通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集扭矩單元的輸出信號，經(jīng)過運算后由D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出控制信號，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路把該信號轉(zhuǎn)化為電流輸入至旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器中的線圈，阻尼器特性即刻發(fā)生變化。通過閉環(huán)控制，使磁流變阻尼器工作在恒扭矩狀態(tài)。所有的單元都集成為模塊，對整個系統(tǒng)的調(diào)試，測試都方便簡單，且散熱良好、旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定、可控性好、成本低、測試精度高。
文檔編號H02K49/00GK1571269SQ20041002607
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者徐明龍, 徐立勤, 王赤虎 申請人:西安交通大學(xué)