[发明专利]一种振动自动控制装置

说明书

技术领域

本发明属于振动控制领域，具体涉及一种振动自动控制装置。

背景技术

振动可分为有害振动和有益振动。人们期望物体的有益的振动能够发生，因此设计了各种不同的振动发生装置用来使得物体自身产生振动或引起其它物体发生振动，如六自由度振动模拟平台；对于有害的物体的振动人们则尽量避免它的发生，并想办法抑制和消除可能或已经发生的有害振动，如防止建筑物在风载荷或地震的作用下发生振动或倒塌现象。我们所讨论的振动控制是指，对系统的动态响应及振动不稳定性加以控制，使系统的振动水平处在可以接受的范围，即抑制或消除有害振动。

对于有害振动的控制技术按照是否需要外部能源和激励以及结构反应的信号，可分为被动控制(Passive Control)、主动控制(Active Control)、混合控制(Hybrid Control)和半主动控制(Semi-active Control)四种。其中被动控制是无外加能源的控制，其控制力是控制装置随结构一起振动变形，因控制装置本身的运动而被动产生的。它是现今实际运用较多的方法，应用较为广泛。主动控制是有外加能源的控制，其控制力是控制装置按某种控制策略，由外加能源主动施加的。其装置主要由传感器、控制器、驱动器三个部分组成，这种方法目前在建筑结构上应用较少。半主动控制是一种有少量外加能源的控制，其控制力也是因控制装置本身的运动而被动产生的，但在控制过程中控制机构能由外加能源主动调整本身的参数，从而起到调节控制力的作用。混合控制是主动控制和被动控制两者结合形成的控制方案，其发展依赖于被动控制和主动控制的协调发展程度，目前在理论与实践上还需加强研究。美日两国的研究工作居于世界领先地位，相对而言美国的理论研究较为突出，而日本则更注重于实验及工程应用。我国的振动控制虽起步较晚，但已经在土木工程界得到了广泛的重视，现已就各种控制手段、控制机构进行了大量的理论和实验研究，并已有一些成果用于工程实践。

主动控制通常包括两类基本控制方式：开环控制和闭环控制。开环控制方法是直接对系统扰动输入进行量测，根据系统扰动输入的情况综合出控制律。开环控制的在线计算量较小，对系统元件的精度要求较高，抗干扰力差。主动闭环控制法是通过适当的系统状态反馈或输出反馈，产生一定的控制作用，从而控制结构的振动。闭环控制的在线计算量较大，但具有较高的抗干扰的能力，对控制元件的要求也不高，而且能保持连续地对较高控制效果进行监测。目前对主动控制的研究多集中在理论领域，提出了相当多的控制算法。

图4是现有的典型主动振动控制技术示意图，外激励作用于结构，使得结构发生响应，通过传感器分别采集外激励和响应输送给控制器，控制器控制作动器进行结构的振动控制，这在实际实现过程中花费较大、难以维护，同时存在由于远程信号的采集存在信号延时从而影响控制质量等问题，有必要发明一种不需要进行远程检测振动信号就可以实现物体振动抑制的自动控制装置。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有主动振动控制技术中的不足，提供了一种不需要采集物体振动信号就可以实现物体振动的自动控制装置。

技术方案：本发明所述的振动自动控制装置，包括固定基座、具有两个自由度的振动结构、具有一个自由度的旋转运动机构及其驱动单元和所述旋转运动机构的控制系统；所述旋转运动机构及其驱动单元固定安装在所述振动结构上；所述的固定基座可以指大地，例如建筑物的固定基座就是大地；所述固定基座也可以指相对于大地静止的其它固定载体，如实验平台的固定基座可以是一张结实的桌子；所述两个自由度的振动结构一般情况下是指一个在水平面内振动的物体，如水平振动的建筑物，该物体的振动可根据一定坐标表示成两个自由度的直线振动运动；所述两个自由度的振动结构也可以是特制的结构。

所述具有两个自由度的振动结构，其两个自由度的直线振动平行于所述固定基座平面，且两个自由度的振动方向相互垂直；所述具有一个自由度的旋转转动机构在无外部激励的情况下，其旋转平面也平行于所述固定基座平面。

所述具有一个自由度的旋转运动机构及其驱动单元包括旋转激励输出装置、连杆和配置质量块，所述旋转激励输出装置即为驱动质量块沿圆周运动的作动器，其输出轴通过所述连杆与所述配置质量块连接；所述旋转运动机构的控制系统包括检测所述配置质量块在圆周上的位置及沿圆周做旋转运动速度的传感器(如旋转编码器)和控制器，传感器对配置质量块的位置的实时检测可作为控制系统的唯一反馈信号，对于质量块沿圆周运动的速度可基于该检测信号和采样频率计算求得。

所述旋转激励输出装置可以为电力驱动装置或液压驱动装置。