虛擬慣性可控阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種能夠抑制振動加速度的虛擬慣性可控阻尼器。該虛擬慣性可控阻尼器通過加速度傳感器測量機械結構系統的振動加速度，并通過信號采集與處理模塊對振動加速度信號進行處理得到嵌入式控制模塊能夠識別的信號，然后通過嵌入式控制模塊的算法處理得到最佳阻尼值，并將最佳阻尼值信號傳給可控阻尼器模塊，可控阻尼模塊對機械結構系統的阻尼參數進行調節來改變系統的阻尼，從而使振動加速度越來越小，無論系統運行環境如何變化，都不會影響機床等機械結構系統的平穩性和舒適性。另外，該虛擬慣性可控阻尼器能夠很好地實現可控自動調節的效果，具有很強的實用性，不會增加系統的結構復雜性。適合在阻尼器領域推廣運用。
【專利說明】虛擬慣性可控阻尼器
【技術領域】
[0001]本發明屬于阻尼器領域，具體涉及一種虛擬慣性可控阻尼器的提出和實現。
【背景技術】
[0002]近些年來，隨著科學技術迅猛發展、生產力水平空前提高，人們對結構和機械系統動態性能提出了更高的要求。快速和舒適是目前汽車、高速列車發展的主題，由于速度的提高、線路質量不佳等原因，傳統的被動懸掛方式將很難滿足機車車輛運行平穩性的要求，因為其參數確定后，其頻率也唯一確定，不具備自動調節功能。而主動懸掛方式需要外界提供能量，對機械結構系統需要施加額外的作用力，其實現過程復雜，成本較高。在主動懸掛的基礎上，半主動懸掛迅速發展起來，是近年來國際上研究的一個熱點，半主動懸掛是針對系統的反應信息或外界載荷的變化情況，及時調整控制系統的阻尼參數，從而改善懸掛系統的動力學性能，實現對系統結構的可調控制，旨在接近被動懸掛系統的造價和復雜程度提供接近主動懸掛控制的性能，不但具有良好的性價比，而且能保證失效狀態下行車的穩定性。
[0003]目前，結合世界高速列車、汽車的現狀采用半主動懸掛控制系統是其最佳辦法。近些年來，隨著現代車輛對舒適性要求的不斷提高，懸掛系統必須智能化動態地與車輛狀態相匹配，可控阻尼減振器就是適時完成懸掛阻尼參數匹配的部件，因而成為國內外研究的重點。可控阻尼減振器是指其阻尼系數可通過外加控制信號進行調節的減振器，可以用物理元件直接進行實現。目前，隨著各種試驗、檢驗技術的完善，液壓阻尼減振器的制造技術不斷提高，應用越來越廣泛，最普遍的是電流變液、磁流變液的可控阻尼減振器。液壓阻尼減振器的工作原理是利用充滿液壓油的液壓缸，通過阻尼控制閥的作用，在液壓缸兩腔內產生壓力差，從而對負載產生阻尼力，該阻尼力與運動速度成正比，而與速度方向相反，表示為:
[0004]f=-Ccv
[0005]式中，C。為傳統意義上的阻尼系數，其單位以NXs/m，該阻尼在系統中主要抑制振動速度。
[0006]目前，這些傳統意義上的可控阻尼減振器主要是抑制振動速度，但是在質量-彈簧-阻尼器減振系統中，質量和彈簧為貯能元件，只有減振器作為唯一的耗能元件，能將振動能量轉化為熱能消耗掉，表征振動強弱的物理量有振動位移、振動速度和振動加速度，不同的減振系統需要抑制振動物理量不同，阻尼器的阻尼力大小與相對振動速度成正比，而與相對振動速度方向相反。由于振動速度是振動加速度的積分，因此振動速度相位滯后振動加速度相位。在加速度較大時，振動速度卻較小，可見，阻尼器在抑制振動速度的同時，將產生較大的振動加速度，振動加速度沒有很好的被抑制。隨著人們對汽車、高速列車及機械動力學系統提出了更高的要求，舒適性和平穩性逐漸成為其主要性能指標，尤其是高速列車，我國鐵路經過七次提速，邁入世界高速鐵路的先進行列，振動加速度是造成舒適性變壞的主要原因，因此，如何抑制振動加速度是亟待需要解決的問題，而目前還有相應的能夠抑制振動加速度的控制系統。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠抑制振動加速度的虛擬慣性可控阻尼器。
[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案為:該虛擬慣性可控阻尼器，包括傳感器模塊、信號采集與處理模塊、嵌入式控制模塊和可控阻尼器模塊；所述傳感器模塊包括加速度傳感器和測量電路，用于測量機械結構系統的振動加速度并將測得的振動加速度信號傳遞給信號采集與處理模塊；所述信號采集與處理模塊包括積分器、多路開關、采樣保持器和A/D，所述積分器將振動加速度信號轉化為振動速度信號，多路開關和采樣保持器對振動加速度信號和振動速度信號進行采樣，通過A/D轉化把采樣得到的模擬信號轉化為嵌入式控制模塊能夠識別的振動加速度信號^和振動速度信號j并將得到振動加速度信號口振動速度信號專遞給嵌入式控制模塊；所述嵌入式控制模塊對振動加速度信I和振動速度信號j進形如下所述的算法處理得到最佳阻尼值C:
[0009]<img/ [0010]其中，Cm為其選定的彈性阻尼系數，其單位為NXs/m，Cmin為阻尼器能提供的最小阻尼值，Cfflax為阻尼器能提供的最大阻尼值，嵌入式控制模塊將最佳阻尼值C輸出給可控阻尼模塊，所述可控阻尼模塊對機械結構系統的阻尼參數進行調整。
[0011]進一步的是，所述嵌入式控制模塊的控制芯片為單片機。
[0012]進一步的是，所述可控阻尼器模塊采用執行器實現，所述執行器為液壓執行器。
[0013]進一步的是，所述執行器為磁流變液減振器。
[0014]本發明的有益效果在于:本發明所述虛擬慣性可控阻尼器通過加速度傳感器實時地測量機械結構系統的振動加速度，并通過信號采集與處理模塊對振動加速度信號進行
處理得到嵌入式控制模塊能夠識別的振動加速度信號^和振動速度信號V然后通過嵌入
式控制模塊的算法處理得到最佳阻尼值，將最佳阻尼值信號傳給可控阻尼器模塊，可控阻尼模塊對機械結構系統的阻尼參數進行調節來改變系統的阻尼，從而使振動加速度越來越小，無論系統運行環境如何變化，都不會影響機床等機械結構系統的平穩性和舒適性。另外，本發明所述的虛擬慣性可控阻尼器能夠很好地實現可控自動調節的效果，具有很強的實用性，不會增加系統的結構復雜性，在一定的程度上控制了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發明虛擬慣性可控阻尼器的原理結構框圖；【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0017]如圖1所示，該虛擬慣性可控阻尼器，包括傳感器模塊、信號采集與處理模塊、嵌入式控制模塊和可控阻尼器模塊；所述傳感器模塊包括加速度傳感器和測量電路，用于測量機械結構系統的振動加速度并將測得的振動加速度信號傳遞給信號采集與處理模塊；所述信號采集與處理模塊包括積分器、多路開關、采樣保持器和A/D，所述積分器將振動加速度信號轉化為振動速度信號，多路開關和采樣保持器對振動加速度信號和振動速度信號進行采樣，通過A/D轉化把采樣得到的模擬信號轉化為嵌入式控制模塊能夠識別的振動加速度信號V和振動速度信號K并將得到振動加速度信號7和振動速度信號j傳遞給嵌入式控制模塊；所述嵌入式控制模塊對振動加速度信號^和振動速度信號 >進行如下所述的算法處理得到最佳阻尼值C:
【權利要求】
1.虛擬慣性可控阻尼器，其特征在于:包括傳感器模塊、信號采集與處理模塊、嵌入式控制模塊和可控阻尼器模塊；所述傳感器模塊包括加速度傳感器和測量電路，用于測量機械結構系統的振動加速度并將測得的振動加速度信號傳遞給信號采集與處理模塊；所述信號采集與處理模塊包括積分器、多路開關、采樣保持器和A/D，所述積分器將振動加速度信號轉化為振動速度信號，多路開關和采樣保持器對振動加速度信號和振動速度信號進行采樣，通過A/D轉化把采樣得到的模擬信號轉化為嵌入式控制模塊能夠識別的振動加速度信號V和振動速度信號夕并將得到振動加速度信號3>和振動速度信號夕傳遞給嵌入式控制模塊；所述嵌入式控制模塊對振動加速度信號夕和振動速度信號夕進行如下所述的算法處理得到最佳阻尼值C:

2.如權利要求1所述的虛擬慣性可控阻尼器，其特征在于:所述嵌入式控制模塊的控制芯片為單片機。
3.如權利要求1或2所述的虛擬慣性可控阻尼器，其特征在于:所述可控阻尼器模塊采用執行器實現，所述執行器為液壓執行器。
4.如權利要求3所述的虛擬慣性可控阻尼器，其特征在于:所述執行器為磁流變液減振器。
【文檔編號】F16F9/53GK103644247SQ201310680543
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】陳春俊, 林建輝, 何洪陽, 伍川輝, 何發勝 申請人:西南交通大學