一种智能隔振器及控制方法

本发明涉及减振，尤其涉及一种智能隔振器及控制方法。

背景技术：

1、振动现象广泛存在于日常生活与工程应用中，其产生的影响不可忽视，因此隔振器成为了减振的重要工具。对于传统的线性隔振系统而言，系统具有隔振性能的前提是外界激励频率必须大于系统的固有频率的倍。为了有效拓宽隔振频带，需要降低固有频率。但是系统固有频率的降低就会导致刚度降低，从而使系统的承载能力降低。

2、准零刚度隔振器具有高静低动刚度特性，在零负载时，隔振器具有大静刚度(承载刚度)以确保承载能力和小静位移，当负载压缩隔振器至静平衡位置时，隔振器动刚度大幅降低，因此该类隔振器兼顾高承载能力和低固有频率，能有效解决被动隔振的瓶颈问题。但是传统的准零刚度隔振器对于载荷的适应性较差，无法在负载发生变化时重新回到准零刚度状态。

3、因此，亟需一种智能隔振器及控制方法，能够在负载发生变化时重新回到准零刚度状态。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种智能隔振器及控制方法，旨在解决传统的准零刚度隔振器无法在负载发生变化时重新回到准零刚度状态的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种智能隔振器，包括：底座、设置在所述底座内部的隔振机构，以及控制器；

3、所述底座包括底板和设置在所述底板上的支撑套筒；

4、所述隔振机构包括依次自上而下并同轴设置的负载平台、支撑平台、磁流变弹性体和电磁铁；

5、所述隔振机构还包括负刚度机构，所述负刚度机构的一端与所述支撑平台的外壁铰接，另一端与所述支撑套筒的内壁铰接；

6、所述电磁铁设置在所述底板中部，并与所述控制器电性连接；

7、所述磁流变弹性体的外壁还布设有应变检测装置，用于实时检测其产生的应变并反馈给所述控制器；所述控制器根据接收到的应变量实时调整控制所述电磁铁的电流大小以维持所述智能隔振器的准零刚度状态。

8、作为上述方案进一步的改进，所述负刚度机构包括伸缩杆组件和套设在所述伸缩杆组件外部的弹簧，所述伸缩杆组件具有相对设置的第一端和第二端，所述伸缩杆组件的第一端与所述支撑平台的外壁铰接，第二端与所述支撑套筒的内壁铰接。

9、作为上述方案进一步的改进，所述伸缩杆组件包括第一支撑杆和第二支撑杆，所述第二支撑杆沿所述第一支撑杆轴线方向可滑动设置在所述第一支撑杆内。

10、作为上述方案进一步的改进，所述隔振机构至少设置有三个所述负刚度机构，绕所述支撑平台的周向均布在所述支撑套筒的内壁和所述支撑平台外壁之间。

11、作为上述方案进一步的改进，所述电磁铁包括支撑铁芯和绕设在所述支撑铁芯外壁的线圈；所述支撑铁芯为圆柱结构，且所述支撑铁芯的侧壁沿其周向设置有侧壁凹槽，所述线圈绕设在所述侧壁凹槽内；

12、所述支撑铁芯的顶部设有顶部凹槽，所述磁流变弹性体的一端设置在所述顶部凹槽内，所述磁流变弹性体的另一端与所述支撑平台连接。

13、作为上述方案进一步的改进，所述支撑平台的外壁设有第一铰接座，所述第一铰接座上可转动设有第一销轴，所述伸缩杆组件的第一端与所述第一销轴连接；

14、所述支撑套筒的内壁对应设置有第二铰接座，所述第二铰接座上可转动设有第二销轴，所述伸缩杆组件的第二端与所述第二销轴连接。

15、第二方面，本发明还提供一种智能隔振器的控制方法，其步骤包括：

16、s1、当负载平台上的负载发生变化，应变检测装置实时获得磁流变弹性体的应变量ε(t)，同时负刚度机构的处于失衡位置；

17、s2、调整电磁铁的电流大小，以改变所述磁流变弹性体的刚度值，直到通过步骤s1获得的应变量ε(t)逼近目标应变量ε，所述负刚度机构恢复平衡位置，智能隔振器呈准零刚度状态。

18、作为上述方案进一步的改进，在步骤s2中，通过pid算法调整所述电磁铁电流大小，其方法步骤包括：

19、s21、获得智能隔振器初始处于准零刚度状态下，所述磁流变弹性体的应变量ε，并将其设定为目标应变量；

20、s22、通过如下公式计算和调节输出电流u(t)，

21、

22、其中，e(t)为磁流变弹性体的应变量误差信号，e(t)＝ε(t)-ε；kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数。

23、作为上述方案进一步的改进，在步骤s2中，当实时获得的应变量ε(t)小于目标应变量ε时，磁流变弹性体的刚度过大，依次减小电流值，直到应变量ε(t)逼近目标应变量ε；

24、当实时获得的应变量ε(t)大于目标应变量ε时，磁流变弹性体的刚度过小，依次增大电流值，直到应变量ε(t)逼近目标应变量ε。

25、作为上述方案进一步的改进，单次减小电流值设定为0.1a，单次增加电流值设定为0.1a。

26、由于本发明采用了以上技术方案，使本技术具备的有益效果在于：

27、1、本发明提供一种智能隔振器，包括：底座、设置在所述底座内部的隔振机构，以及控制器；所述底座包括底板和设置在所述底板上的支撑套筒；所述隔振机构包括依次自上而下并同轴设置的负载平台、支撑平台、磁流变弹性体和电磁铁；所述隔振机构还包括负刚度机构，所述负刚度机构的一端与所述支撑平台的外壁铰接，另一端与所述支撑套筒的内壁铰接；所述电磁铁设置在所述底板中部，并与所述控制器电性连接；所述磁流变弹性体的外壁还布设有应变检测装置，用于实时检测其产生的应变并反馈给所述控制器；所述控制器根据接收到的应变量实时调整控制所述电磁铁的电流大小以维持所述智能隔振器的准零刚度状态；在本发明中，将能够产生可变正刚度的磁流变弹性体结构与负刚度机构相并联，构成本智能隔振器的准零刚度系统；由于在所述磁流变弹性体的正下方设置有电磁铁，因此可通过调控所述电磁铁的外加电流产生的可控磁场来调节所述磁流变弹性体的刚度特性；在负载变化的情况下，调节电流大小以改变磁流变弹性体的刚度，使得本智能隔振器重新回到准零刚度状态；

28、另外在本发明中，所述磁流变弹性体的外壁还布设有能够实时获得其应变的应变检测装置，并以此来判断本智能隔振器的负刚度机构所处位置；当负载发生变化时，在不做电流大小调节的情况下隔振器将离开平衡位置并远离准零刚度状态，失去了其高静态刚度低动态刚度的优势，而应变检测装置的设置可实时判断隔振器是否处于准零刚度状态；由于隔振器处于准零刚度状态的时刻，应变检测装置测得的应变值为一个固定值，即隔振器从零载到准零刚度平衡位置时磁流变弹性体的压缩量是恒定的，因此通过应变检测装置实时监测隔振器的隔振状态是简单可靠的；即便负载发生变化，本智能隔振器仍然能够回到准零刚度状态，从而能够保证本智能隔振器始终处于准零刚度的平衡状态。

29、2、本发明还提供一种智能隔振器的控制方法，当负载平台上的负载发生变化，应变检测装置实时获得磁流变弹性体的应变量ε(t)，同时负刚度机构的处于失衡位置；调整电磁铁的电流大小，以改变所述磁流变弹性体的刚度值，直到实时获得的应变量ε(t)逼近目标应变量ε，所述负刚度机构恢复平衡位置，智能隔振器呈准零刚度状态；具体的，为了使本智能隔振器能够在负载变化的情况下会回到准零刚度平衡位置，通过调节磁流变弹性体底部电磁铁上电流的大小以产生的外加可控磁场，负载增大时，增大电流以提高本智能隔振器的竖向刚度；负载减小时，减小电流以减低本智能隔振器的竖向刚度，可保证本智能隔振器在负载变化时所述磁流变弹性体具有相同的压缩量，即本智能隔振器处于准零刚度平衡位置；在调节过程中只关注应变值和电流之间的关系，通过电流值大小的调节来逼近目标应变值，达到了控制简单方便且反应迅速快捷的目的，并能够实现实时控制调节以使本智能隔振器维持在准零刚度状态。