[发明专利]一种力学行为可变的电磁分流阻尼器系统

说明书

本发明提供了一种力学行为可变的电磁分流阻尼器系统，包括：永磁电机，用于将动能转换为电能；力学系统模拟电路，用于将电能转换为等效的质量、刚度和阻尼系数；负阻抗补偿电路，用于产生补偿负电阻从而抵消电磁分流阻尼器的内阻。具体来说，通过电压反向负阻抗变换器(VNIC)形成的补偿组件产生的补偿负电阻，来抵消力学系统模拟电路的固有内阻，再由力学系统模拟电路根据机械系统和电气系统之间的模拟关系来计算得到表征阻尼性能的质量、刚度和阻尼系数达到通过调节力学系统模拟电路的电气参数即可调整响应的阻尼性能的效果。其中补偿组件的引入，可以降低电机和其他电气元件的固有内阻，从而可以使整个系统产生更好的阻尼性能。

技术领域

本发明涉及电磁阻尼器技术领域，尤其涉及一种力学行为可变的电磁分流阻尼器系统。

背景技术

结构振动控制对结构保护非常重要。各种阻尼器(被动、半主动和主动模式)已经用于抑制民用和机械结构的有害性振动，例如，粘弹性阻尼器、液体粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器(TMD)、磁流变(MR)阻尼器、主动质量阻尼器(AMD)和调谐惯性阻尼器(TID)等。每种类型的阻尼器对应于其具有特定要求的唯一优选的应用领域。通常，主动控制阻尼器以需求外部电源和反馈系统为代价，可提供优于被动阻尼器的减振性能，但这可能导致复杂的设计和实际操作过程中可能存在的系统失稳问题。相较而言，被动阻尼器具有更高的实用性和鲁棒性，但是传统的被动阻尼器所能提供的控制效果有限。半主动型阻尼器通过增强或改变被动阻尼器性能，并使其能量消耗少于主动阻尼器的能量消耗，从而实现主动阻尼器和被动阻尼器之间的折衷。

随着经济的快速增长和强烈的工业需求，需要一种具有优选可调力学行为的阻尼器，其可以模拟和整合上面提及的各种阻尼器。近年来发展迅速的电磁分流阻尼器(EMSD)显示了其在模拟机械系统与电气系统之间的关系方面的优势，其能够使用电气元件模拟质量、刚度和阻尼。通过用电气元件替换机械元件，EMSD具有尺寸紧凑和维护简单低成本的优势。EMSD还可以从阻尼器位置分流能量以防止在常规阻尼器中经常出现的阻尼器过热问题。

然而，与机械阻尼器相比，现有的EMSD系统具有固有的内阻，这在实践中导致了如下所列的两个主要缺陷：(1)现有的EMSD设计的内阻通常限制了阻尼器的最佳可实现阻尼性能，换言之，内阻限制了可实现的最佳阻尼比的上限；(2)在工程范畴内，无内阻的电感和电容原件亦很难或无法实现。这限制了分流阻尼器的进一步复杂设计，例如，当EMSD模拟阻尼和刚度并联时的调谐惯性阻尼器(TID)时，电机内部电阻的存在总会形成一个串联的等效阻尼从而影响到阻尼器的设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种力学行为可变的电磁分流阻尼器系统以提供一种可以仿真各种常规阻尼器的多种机械性能的新型小型力学系统模拟电路。

一方面，本发明实施例提供一种力学行为可变的电磁分流阻尼器系统，包括：永磁电机，用于将动能转换为电能；

力学系统模拟电路，连接于所述永磁电机，用于将所述电能转换为等效的力学参数，所述力学参数包括质量、刚度和阻尼系数；

负阻抗补偿电路，连接于所述力学系统模拟电路，用于产生补偿负电阻，补偿所述力学系统模拟电路的内阻，以调整所述质量、所述刚度和所述阻尼系数的数值。

优选地，所述负阻抗补偿电路为电压反向负阻抗变换器。

优选地，所述电压反向负阻抗变换器包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻，其中，

所述第一电阻的第一端接地，所述第一电阻的第二端连接于所述第二电阻的第一端和所述运算放大器的同相输入端；

所述第二电阻的所述第一端还连接于所述运算放大器的所述同相输入端，所述第二电阻的第二端连接于所述运算放大器的输出端和所述第三电阻的滑动端；