[发明专利]变刚度减振测控系统

说明书

本系统属于对建筑物减振的装置。为了提高建筑物的抗震抗风能力，对建筑结构进行振动控制，人们发明了主动式控制装置和被动式控制装置。由于主动式控制装置需要外界提供巨大的动力，因而难以在实际工程中得以推广应用；而被动式控制装置因不需要结构的振动信号，因而使其振动控制效果受到一定的限制。同时，无论是主动式还是被动式控制装置其受控结构的刚度都是不可变的。

本系统就是针对上述已有技术之不足，而提出的一种新的装置，它能够根据结构振动的信号，使可变刚度处于开或关状态，以达到有效地控制结构振动的目的。

本发明专利由液压执行机构、变刚度控制器、传感器及系统辅助件四部分组成。实现了系统的全部硬件化。避免了由于控制计算和信号转换引起的时滞问题。其中液压执行机构由液压油缸、电滋阀及液压管路组成；变刚度控制器是一个控制盒；传感器有两台拾震器和一台压差传感器；系统辅助件包括一个安装控制器、一个安装电磁阀及油路管等组成。

当控制器接收到结构的振动信号后，根据所设定的控制律，输出控制信号传送到液压执行机构中的电滋阀，使其处于截止或畅通状态，以实现可变刚度的开或关。

本发明专利具有三级逐级制约的控制律，第一优先级为缓压保护控制律，其次为抗干扰能级门槛保护控制律，最后为基本控制律。

下面结合附图对该系统做一说明：

图1为该系统的结构示意图，图2为控制器的原理方框图，图3为执行机构的结构示意图。

该系统由可变刚度构件Δk、活塞-油缸、控制器、控制电磁阀、上层传感器、下层传感器、安装盒、安装电磁阀块、安装油管、活动小油源和电缆组成，各部分之间的相互关系原理如图1所示。

其中，安装油管与电磁阀和油源之间连接采用快速接头。

24VDC是建筑结构常备24V直流电源接口，也是变刚度系统所需要的唯一电源，它直接接入控制器。

可变刚度构件的大小、形状可以根据具体应用情况而设计。

如图1所示：活塞杆与结构主体刚度构件在A处固接，油缸刚体与可变刚度构件Δk在B处固接。活塞-油缸、控制电磁阀和压差传感器装配成一个液压集成块，因为可变刚度构件Δk的开/关状态最终由活塞-油缸实现，所以称该集成块为液压执行机构。当系统安装时，控制电磁阀接收安装调试器的输出信号，与安装电磁阀块共同实现液压缸的补油、排气及安装就位。在工作状态，控制电磁阀接收控制器的输出信号实现可变刚度构件的ON/OFF控制状态。液压执行机构的总装图如图3所示。

其中，液压油缸采用FCS22系列对称电液伺服作动器的结构形式。油缸前端为球铰连接，以适应建筑结构的空间变形。在油缸的前后两端，均设有安装板作为过度联接件，旨在保证系统自身的精密性与完整性的同时，使得系统能够在结构工程的大公差条件下方便安装。

在结构控制的正常工作状态，控制器接收上/下层传感器及压差传感器的信号，根据控制律完成对控制电磁阀的控制。

当油缸两腔的油路不通时，由于油的不可压缩性，活塞在油缸中不能相对运动，油缸缸体与活塞构成一个刚体，所以可变刚度构件Δk的B处通过油缸活塞与结构主体刚度构件的A处(沿油缸轴线方向)固接，可变刚度构件Δk成为受控结构的一个刚度构件，此时，称Δk为ON状态。此时可变刚度状态为基本控制律所控制。

当油缸两腔的油路相通时，活塞能够相对油缸缸体滑动，油缸中的油液对该运动产生阻力，油缸缸体与活塞形成一个阻尼器，此时，该阻尼器与可变刚度构件Δk串联作用在受控结构中，此时，称Δk为OFF状态。

为了避免液压执行机构中电磁阀受到小能级信号干扰后的频繁响应，控制系统具有抗干扰能级门槛保护功能。当结构振动速度信号的能级小于或等于能级门槛设置值时，可变刚度构件为ON状态。相反则执行基本控制律。

为了对系统的最大工作压力作有效的控制，系统具有缓压保护功能。当液压系统所承受的力大于系统最大设计工作压力时，控制电磁阀开启，此时油缸与活塞之间产生相对滑动，可变刚度构件为OFF状态。否则可变刚度构件执行抗干扰能级门槛保护控制律。

本装置结构简单、造价低廉、易安装和维护、使用方便、振动控制效果好，由于其既可减小结构的动力反应，又不破坏结构的使用功能，因此具有广阔的前景。