一种机电惯容器结构选型与参数设计方法技术

本发明专利技术涉及一种机电惯容器结构选型与参数设计方法，属于工程隔振领域。主要包含以下步骤：(1)根据系统的结构特征需求，选择机电惯容器的结构设计方案；(2)确定机电惯容器中机械网络元件的元件数量及连接关系；(3)确定机电惯容器中电网络系统的元件数量及连接关系；(4)变参数条件下，仿真分析机电惯容器电网络元件参数的变化规律；(5)根据系统结构设计要求，确定具体的电网络元件参数数值；若达到设计要求，进入(1)，否则重新进行(6)；(6)机电惯容器性能仿真与测试。采用本发明专利技术提出的方法，可对机电惯容器进行有效的结构选型与参数设计，节约成本，提升系统综合性能。

A Structural Selection and Parameter Design Method for Electromechanical Inertial Vessel

The invention relates to a structural type selection and parameter design method of an electromechanical inertial container, which belongs to the field of Engineering Vibration isolation. It mainly includes the following steps: (1) according to the structural characteristics of the system, choose the structural design scheme of the electromechanical inertial capacitor; (2) determine the number and connection relationship of the mechanical network elements in the electromechanical inertial capacitor; (3) determine the number and connection relationship of the electrical network elements in the electromechanical inertial capacitor; (4) simulate and analyze the variation rules of the electrical network elements parameters of the electromechanical inertial capacitor under the condition of variable parameters. Law; (5) According to the requirements of system structure design, determine the specific parameters of network components; if the design requirements are met, enter (1), otherwise re-conduct (6); (6) Performance simulation and testing of mechanical and electrical inertial capacitors. The method proposed by the invention can effectively select the structure type and design the parameters of the electromechanical inertial container, save the cost and improve the comprehensive performance of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种机电惯容器结构选型与参数设计方法
本专利技术涉及新型惯容器元件的结构选型与参数设计方法，特指一种机电惯容器结构选型与参数设计方法。
技术介绍
惯容器自提出以来，主要的实现形式有滚珠丝杠式、齿轮齿条式和液力式三种。随着机电一体化的发展，一种由机械式惯容器与电机耦合而成的新型机电惯容器装置，由于其可以通过电机外端电路的等效阻抗模拟实现目标机械阻抗，极大的减小了机械网络的实现难度，逐渐引起了工程领域的关注。然而，目前而言，在对机电惯容器进行结构选型或参数设计时，仅仅是根据现有的研究经验，缺乏统一的理论指导，使得所选取的机电惯容器系统工作不稳定，造成系统失稳。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种机电惯容器的结构选型与设计方法，可根据具体工程需求，有效的进行机电惯容器的结构选型与设计，给出系统的设计方法与思路，为机电惯容器的工程应用提供理论指导。为实现以上专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种机电惯容器结构选型与参数设计方法，包括以下步骤：步骤1)：根据系统的结构特征需求，确定机电惯容器的结构选型；步骤2)：确定机电惯容器中机械网络元件的元件数量及连接关系；步骤3)：确定机电惯容器中电网络系统的元件数量及连接关系；步骤4)变参数条件下，仿真分析机电惯容器电网络元件参数的变化规律；步骤5)：根据系统结构设计要求，确定具体的电网络元件参数数值；若达到设计要求，进入步骤6)，否则重新进行步骤1)；步骤6)：机电惯容器性能仿真与测试。进一步，所述步骤1)中，机电惯容器的结构选型主要有三种：单电机耦合型、平动式惯容器-电机耦合型和旋转式惯容器-电机耦合型。进一步，所述步骤2)中，机电惯容器中的机械网络元件均为无源网络元件，其连接关系均为串并联连接。进一步，所述步骤3)中，机电惯容器中的电网络系统的元件均为无源网络元件，其连接关系均为串并联连接。进一步，所述步骤4)中，变参数条件下指的是电机系数的变化，对于单电机耦合型机电惯容器与平动式惯容器-电机耦合型，电机系数指的是电机电动势系数与推力系数的乘积；对于旋转式惯容器-电机耦合型来说，电机系数指的是电机电动势系数与力矩系数的乘积。进一步，所述步骤5)中，电网络元件参数的计算规则为：电容电阻电感其中b为惯质系数，c为阻尼系数，k为弹簧刚度，Km为电机转换系数。进一步，所述步骤6)中，机电惯容器的性能仿真测试工况条件为不同激振频率的弦波位移输入。采用本专利技术的有益实施效果是：目前机电惯容器结构选型与设计仅仅凭经验进行，缺乏系统的理论指导。本专利技术提出的一种机电惯容器结构选型与参数设计方法，可有效为工程领域使用机电惯容器时的结构选型与参数设计提供方法指导，节约成本，提升系统的工作稳定性。本专利技术的步骤4-5是本专利技术的核心专利技术点。本质上是创新性的提出了一种机电惯容器结构选型与参数设计方法，弥补了现有研究的空白，所提出的这种方法可有效实现机电惯容器的结构选型与参数设计，避免出现系统工作失稳等因素。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是一种机电惯容器结构选型与参数设计方法流程图。图2是机电惯容器机械网络图。图3是机电惯容器电网络图。图4是变参数条件下电容C变化图一图5是变参数条件下电容C变化图二图6是变参数条件下电阻R变化图一图7是变参数条件下电阻R变化图二图8是变参数条件下电感L变化图一图9是变参数条件下电感L变化图二图10是无负载条件下液电惯容器幅频对照图图11是无负载条件下液电惯容器相位对照图图12是有负载条件下液电惯容器幅频对照图图13是有负载条件下液电惯容器相位对照图附图标记说明：K表示弹簧，bm表示惯容器，cm表示阻尼器。R1表示电阻器，R2表示电阻器，R3表示电阻器，L表示电感器，C表示电容器。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本专利技术提出的一种机电惯容器结构选型与参数设计方法具体步骤如图1所示。主要包含以下步骤：步骤1)：根据系统的结构特征需求，选择机电惯容器的结构设计方案；机电惯容器的具体结构方案有三种：单电机耦合型、平动式惯容器-电机耦合型和旋转式惯容器-电机耦合型；详见专利技术专利201710645867.6，其中，单电机耦合型机电惯容器是由单独的直线电机构成，不包含机械运动转换机构；平动式惯容器-电机耦合型机电惯质由平动式惯容器(液压活塞式惯容器等)与直线电机耦合而成；旋转式惯容器-电机耦合型机电惯质由旋转式惯容器(滚珠丝杠惯容器或齿轮齿条惯容器等)与旋转电机耦合而成。对于单电机耦合型机电惯容器，需要设计的主要参数包括：电机的电动势系数和电机的推力系数(力矩系数)；对于平动式惯容器-电机耦合型来说，需要设计的主要参数包括：机械式运动转换机构传递比、惯性质量、电机的电动势系数和电机的推力系数；对于旋转式惯容器-电机耦合型来说，需要设计的主要参数包括：机械式运动转换机构传递比、惯性质量、电机的电动势系数和电机的力矩系数。步骤2)：确定机电惯容器中机械网络元件的元件数量及连接关系；本文以车辆悬架用机电惯容器作为实施例做具体说明，如图2所示为机电惯容器中机械网络图。其中，K为弹簧，bm为惯容器，cm为阻尼器。所述的机械网络元件均为无源网络元件，且连接关系均为串并联。步骤3)：确定机电惯容器中电网络系统的元件数量及连接关系；如图3所示为机电惯容器中电网络图。其中，R1表示电阻器，R2表示电阻器，R3表示电阻器，L表示电感器，C表示电容器。所述的电网络元件均为无源网络元件，且连接关系均为串并联。其阻抗表达式Ze(s)为：式中，s为拉氏变量。步骤4)变参数条件下，仿真分析机电惯容器电网络元件参数的变化规律；其中，机电惯容器系统中机电网络参数的耦合匹配关系如表1所示：表1其中，C为电容器，R为电阻器，L为电感器，b为惯容器，c为阻尼器，k为弹簧元件。Km为机电惯容器装置的转换系数，P为滚珠丝杠副导程，S1/S2为平动式惯容器运动转换系数，ke为电机的电动势系数，kt为力矩系数或推力系数。用以上三种类型的机电惯容装置的电网络模拟相同的机械网络阻抗，其中机械网络元件的参数设为：b为500kg，c为2500N·s·m-1，k为20kN/m。旋转型惯容器-电机耦合型的参数P为0.01m，平动式惯容器-电机耦合型的参数S1/S2为5。假设机械网络的元件参数保持不变，分析在不同的电机系数(ktke)下，三类机电惯容器电网络元件参数的变化规律。图4与图5所示为电机系数(ktke)在[100,10000]区间内变化中，其对应的电容元件值的变化曲线。图6与图7所示为电机系数(ktke)在[100,10000]区间内变化中，其对应的电阻元件值的变化曲线。图8与图9所示为电机系数(ktke)在[100,10000]区间内变化中，其对应的电感元件值的变化曲线。可以看出，电容元件的值与电机系数之间是反比例关系，随着电机系数的增加，三类机电惯容器的电容值均逐渐减小。其中，单电机耦合型与平动式惯容器-电机耦合型的电容值在相近的数量级，而旋转型惯容器-电机耦合型的电容值相对较小。可以看出，为了模拟相同参数的惯容器元件，旋转型惯容器-电机耦合型所需采用的电容元件较小，可以节约生产成本，而采用单电机耦合型与平动式惯容器-电机耦合型设计方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机电惯容器结构选型与参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：根据系统的结构特征需求，确定机电惯容器的结构选型；步骤2)：确定机电惯容器中机械网络元件的元件数量及连接关系；步骤3)：确定机电惯容器中电网络系统的元件数量及连接关系；步骤4)变参数条件下，仿真分析机电惯容器电网络元件参数的变化规律；步骤5)：根据系统结构设计要求，确定具体的电网络元件参数数值；若达到设计要求，进入步骤6)，否则重新进行步骤1)；步骤6)：机电惯容器性能仿真与测试。

【技术特征摘要】
1.一种机电惯容器结构选型与参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：根据系统的结构特征需求，确定机电惯容器的结构选型；步骤2)：确定机电惯容器中机械网络元件的元件数量及连接关系；步骤3)：确定机电惯容器中电网络系统的元件数量及连接关系；步骤4)变参数条件下，仿真分析机电惯容器电网络元件参数的变化规律；步骤5)：根据系统结构设计要求，确定具体的电网络元件参数数值；若达到设计要求，进入步骤6)，否则重新进行步骤1)；步骤6)：机电惯容器性能仿真与测试。2.根据权利要求1所述的一种机电惯容器结构选型与参数设计方法，其特征在于，所述步骤1)中，机电惯容器的结构选型主要有三种：单电机耦合型、平动式惯容器-电机耦合型和旋转式惯容器-电机耦合型。3.根据权利要求1所述的一种机电惯容器结构选型与参数设计方法，其特征在于，所述步骤2)中，机电惯容器中的机械网络元件均为无源网络元件，其连接关系均为串并联连接。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，沈钰杰，汪若尘，杨晓峰，刘雁玲，张孝良，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32