[发明专利]一种基于电子弹簧的低阻尼比流致振动实验装置

说明书

本发明提供一种基于电子弹簧的低阻尼比流致振动实验装置，包括圆柱振子、滑块、滑轨、正时皮带和正时皮带传送轮；所述滑轨的上下两端都固定连接，所述圆柱振子两端与滑块连接，所述滑块与滑轨相配合，所述滑轨上下设置正时皮带传送轮，正时皮带传送轮与正时皮带相配合，滑块的两端均与正时皮带连接，所述滑轨上侧传动轮与圆柱振子的转轴连接，所述转轴与Vck系统连接；克服了传统流致振动实验设备改变物理弹簧和阻尼难，不能完全的模拟系统的线性粘性阻尼等缺点，使得实验可以精确迅速的改变参数，获得的实验数据更加的可靠。

技术领域

本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种基于电子弹簧的低阻尼比流致振动实验装置，属于新能源领域。

背景技术

在Marine Renewable Energy Lab(MRELab)早期VIVACE系统中，使用的是物理弹簧和机械阻尼器。但是，振子为了克服阻力会有较大的能量损耗，所以必须最大限度的降低系统阻尼来获得较高的能量。国外很早尝试使用电子元件代替实体弹簧、阻尼器的设备，其中一个代表是VCTA(MIT)，设备使用反馈控制并且实时的测量与计算涡激水动力；但是在实际的运行中VCTA相对于实体弹簧-阻尼系统存在12度与9度相位滞后；之后后续的相关设备都存在同样的之后问题。为了达到实验要求和目的，本设备利用虚拟弹簧阻尼系统(Virtual spring-damping,Vck)Vck系统以抵抗扭矩的形式增加负阻尼来获取水动力能量收集。系统加上Vck减震器之后的总阻尼不能超过某个极限值，否则VIV和驰振这两个重要的流致振动都会被抑制，将使得实验设备的效率降低。Vck系统是用一个在流体中不包含闭环控制循环的模拟器来取代原有的物理振子，使得系统阻尼降低，同时该系统也便于测量流致振动的各种响应参数。目前使用的Vck系统消除了包括动态阻尼模型中的动态存储器，实现流致振动与能量收集无偏差。它补偿了系统的非线性阻尼。在该系统中首先通过系统识别、建模测试振子系统的阻尼的非线性表达式；之后将其植入控制系统产生“负阻尼”用来抵消系统的非线性阻尼；在系统“零阻尼”的基础上加入线性附加阻尼参数。Vck控制器使得理论的线性粘滞阻尼得以实现和实施。

Vck系统最显著的成就是，它不包括水动力封闭的控制回路，因此，没有偏差测量的现象。因此，Vck系统只模拟振子，完全不影响流致振动现象。它的开发周期较长，用于自由衰减测试和错误最小化的全新系统识别可能需要几个月乃至更长时间的建模和测试。但这一方法真正实现到了线性粘滞阻尼，同时也实现了快速调整流致振动实验的各种参数。

发明内容

本发明的目的是为了克服了传统流致振动实验设备改变物理弹簧和阻尼难，不能完全的模拟系统的线性粘性阻尼等缺点而提供一种基于电子弹簧的低阻尼比流致振动实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于电子弹簧的低阻尼比流致振动实验装置，包括圆柱振子、滑块、滑轨、正时皮带和正时皮带传送轮；所述滑轨的上下两端都固定连接，所述圆柱振子两端与滑块连接，所述滑块与滑轨相配合，所述滑轨上下设置正时皮带传送轮，正时皮带传送轮与正时皮带相配合，滑块的两端均与正时皮带连接，所述滑轨上侧传动轮与圆柱振子的转轴连接，所述转轴与Vck系统连接。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述Vck系统包括伺服电机，伺服电机放大器、主控制板和流速传感器；伺服电机将转轴的转速和转矩转化为电压信号并传递给主控制板，通过主控制板调节系统的额外阻尼，主控制板将此信号传输给伺服放大器，经伺服放大器放大后反馈给伺服电机，从而调节系统阻尼；所述流速传感器与主控制板连接并将流速信息传递给主控制板；

2.所述滑轨的下端设置有底座，所述底座与底部固定板连接；

3.所述底座上设置有缓冲器；

4.所述装置采用不锈钢材料；

5.所述装置模块化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：