[发明专利]一种自调谐低功率作动器、主动控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种自调谐低功率作动器，包括罩体、导磁体、线圈、质量块、导向杆、气囊隔振器组和气源，导向杆固定安装于罩体内；质量块包括环形永磁铁，环形永磁铁包括同轴间隔设置的永磁铁内段与永磁铁外段，永磁铁内段套装于导向杆上，永磁铁外段套装于永磁铁内段外；导磁体安装于二者之间的间隙中并与罩体固定连接，导磁体上缠绕线圈；质量块通过气囊隔振器组支撑于罩体内，形成质量弹簧系统；气源通过充放气管与各气囊隔振器相连，通过充气或放气调节气囊隔振器的等效刚度。本发明通过气囊的充放气，实现作动器的固有频率可自调节，可针对不同的工况，调节自身的固有频率，使作动器质量块在固有频率下进行往复运动从而出力较大。

技术领域

本发明涉及舰艇声隐身技术领域，具体涉及一种舰艇用变频设备的振动主动控制。

背景技术

舰艇的低频线谱是导致舰艇暴露的重要风险，而为了降低低频线谱，主动控制技术正逐渐应用于舰艇。主动控制中，需消耗能量的是作动器，它负责次级力的输出，是整个控制过程的核心机构。

目前应用最广泛的是电磁式作动器。当线圈中通以交变电流时，线圈与永磁体之间会产生洛伦兹力，在它的作用下，永磁体和其附连的质量产生往复运动。而根据振动分析，主动控制输出的次级力大小就等于质量体的惯性力。

这种作动器存在的问题是，由于惯性力与质量体的质量有关，因此小质量难以实现大出力，这制约了其实用化。由于大型设备的激励力大，要保证减振效果，就需要增大电流，因此带来了功耗大的问题。而作动器具有针对特定工作频率的特点，当作动器的固有频率与洛伦兹力频率接近时，输出力最大，换句话说，能在同样出力大小的情况下消耗的电功率最小。而频率匹配较差时，消耗的电功率更成倍增加。

这种工作特点与我们面临的新形势相矛盾。近年来，采用变频设备是目前舰艇的设计趋势，包括使用双速分级的海水泵、调节扬程的均衡泵，以及风量分档的通风机组等，这些变频设备在不同工况，因转速变化，振源频率也在变化。由于振动主动控制中，洛伦兹力始终与振源频率相同、相位相反，因此在变频工况，作动器的固有频率与洛伦兹力频率并不匹配。综合上述现状，痛点在于：作动器的工作特性与变频工况的矛盾。振源变频后，作动器的固有频率与工作频率不匹配，这导致作动器的单位功率出力小，甚至存在电流过大、功放烧毁等危险，导致振动控制的反效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种自调谐低功率作动器，它在传统电磁式作动器的基础上，将橡胶隔振器替换为气囊隔振器，同时设置了气源、进排气管，用以给气囊充放气，通过气囊的充放气，实现了结构上作动器的固有频率可自调节，在单线谱控制需求下，在不同工况，使作动器的固有频率与最高的线谱的频率保持一致，即可实现消耗小功率实现大输出力，适用于舰艇变频设备的主动减振需求。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种自调谐低功率作动器，包括罩体、导磁体、线圈、质量块和导向杆，所述导向杆固定安装于罩体内；所述质量块包括环形永磁铁，所述环形永磁铁包括同轴间隔设置的永磁铁内段与永磁铁外段，永磁铁内段套装于导向杆上并能相对导向杆轴向移动，永磁铁外段套装于永磁铁内段外；所述导磁体安装于永磁铁内段与永磁铁外段之间的间隙中，并与罩体固定连接，导磁体上缠绕所述线圈；

所述自调谐低功率作动器还包括气囊隔振器组和气源，所述质量块通过气囊隔振器组支撑于罩体内，形成质量弹簧系统；所述气源通过充放气管与各气囊隔振器相连，通过充气或放气调节气囊隔振器的等效刚度，从而调节作动器的固有频率。

上述方案中，所述导磁体包括导磁体上段、导磁体中段、导磁体下段；所述导磁体中段缠绕的线圈比导磁体上段和导磁体下段上缠绕的线圈更密集；所述永磁铁外段内壁向外开设凹槽。

上述方案中，所述气囊隔振器组包括四个气囊隔振器，分别为位于质量块左上方的左上层气囊隔振器、位于质量块右上方的右上层气囊隔振器、位于质量块左下方的左下层气囊隔振器、位于质量块右下方的右下层气囊隔振器。