[发明专利]虚拟复合可控阻尼器

说明书

技术领域

本发明属于阻尼器领域，具体涉及一种虚拟复合可控阻尼器的提出和实现。

背景技术

近些年来，随着科学技术迅猛发展、生产力水平空前提高，人们对结构和机械系统动态性能提出了更高的要求。越来越多的机械系统与人们的生活息息相关，例如：汽车、高速列车等交通工具使人们出行更加快捷方便；各种车床、铣床和刨床等机床生产军用、民用的各种工件等等。然而，机械系统在给生活带来便利的同时，不可避免地产生振动，这些振动很大程度都是有害的，振动加速度将影响乘客的舒适性；振动速度将导致磨损机械，影响系统的安全性；振动位移带来的偏移误差将影响工件加工的精度。

一直以来，许多学者致力于减小机械系统的振动位移、速度和加速度，取得很大的发展。传统的被动悬挂方式将很难满足机械系统高精度、安全性和舒适性等要求，因为其参数确定后，其频率也唯一确定，不具备自动调节功能。而主动悬挂方式需要外界提供能量，对机械系统需要施加额外的作用力，其实现过程复杂，成本较高。在主动悬挂的基础上，半主动悬挂迅速发展起来，是近年来国际上研究的一个热点，半主动悬挂是针对系统的反应信息或外界载荷的变化情况，及时调整控制系统的阻尼参数，从而改善悬挂系统的动力学性能，实现对系统结构的可调控制，旨在接近被动悬挂系统的造价和复杂程度提供接近主动悬挂控制的性能，不但具有良好的性价比，而且能保证失效状态下机械系统的高精度、安全性和舒适性。

近些年来，随着对机械系统要求的不断提高,其控制方式必须智能化动态地与机械系统状态相匹配，可控阻尼减振器就是适时完成悬挂阻尼参数匹配的部件，因而成为国内外研究的重点。可控阻尼减振器是指其阻尼系数可通过外加控制信号进行调节的减振器，可以用物理元件直接进行实现。目前，随着液压阻尼减振器制造技术的不断提高，各种试验、检验技术的完善，液压阻尼减振器的应用越来越广泛，其运用最广泛的是电流变液、磁流变液的可控阻尼减振器。液压阻尼减振器的工作原理是利用充满液压油的液压缸,通过阻尼控制阀的作用，在液压缸两腔内产生压力差，从而对负载产生阻尼力，该阻尼力与运动速度成正比，而与速度方向相反，表示为：

f=-C_cv

式中，C_c为传统意义上的阻尼系数，其单位以N·s/m，该阻尼在系统中主要抑制振动速度。目前，随着可控阻尼技术的不断成熟，针对可控阻尼的研究也是层出不穷，据上所述，这些传统意义上的可控阻尼减振器主要是抑制振动速度。但是，随着人们对汽车、高速列车、机床等机械系统提出了更高的要求，高精度、安全性和舒适性逐渐成为其主要性能指标。目前，机械系统在追求高精度、安全性和舒适性的过程中，不可避免地会产生复杂的机械振动，这些复杂的机械振动很难控制。为了解决这一问题，本发明提出了利用传感器、传统可控制器及嵌入式控制器去实现或逼近一种既具有传统阻尼器又具有弹性阻尼器和弹性阻尼器力学特性的虚拟复合可控阻尼器，由于该阻尼器无法用物理元件直接实现，需要借助传感器和嵌入式控制器，故称之为虚拟可控阻尼器，该阻尼器同时具备传统阻尼器、弹性阻尼器和惯性阻尼器的力学特性，能够抑制系统的振动速度、位移和加速度。

目前，这些传统意义上的可控阻尼减振器主要是抑制振动速度，但是在质量-弹簧-阻尼器减振系统中，质量和弹簧为贮能元件，只有减振器作为唯一的耗能元件，能将振动能量转化为热能消耗掉，表征振动强弱的物理量有振动位移、振动速度和振动加速度，不同的减振系统需要抑制振动物理量不同，阻尼器的阻尼力大小与相对振动速度成正比，而与相对振动速度方向相反。由于振动速度是振动加速度的积分和振动位移的微分，因此振动速度相位滞后振动加速度相位，而超前位移相位，在加速度和振动位移较大时，振动速度却较小，可见，阻尼器在抑制振动速度的同时，将产生较大的振动加速度；而振动加速度和振动位移较大时，由于振动速度较小，而振动位移和加速度没有很好的被的抑制。随着人们对汽车、高速列车及机械动力学系统提出了更高的要求，舒适性和平稳性逐渐成为其主要性能指标，尤其是高速列车，我国铁路经过七次提速，迈入世界高速铁路的先进行列，振动加速度是造成舒适性变坏的主要原因，因此，如何抑制振动加速度是亟待需要解决的问题，而目前还有相应的能够抑制振动加速度的控制系统，而且，高效和精准作为机床等机械系统主要性能指标，尤其是精密工件的加工，细小的振动位移可能会导致工件的报废，所以减小振动位移在机械加工中也至关重要。

发明内容