一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统，该装置及控制方法是采用永磁弹簧和电磁弹簧代替传统弹簧提供回复力的新型NES，通过改变电流参数，使吸振器刚度可以按一定规律交替呈现为纯非线性和弱非线性，使得该装置可以与管路系统产生靶向能量传递的特性，同时，传递到吸振器的能量，通过磁性液体具有的粘滞性，其内部产生剪切流，从而进行剪切耗能。本发明专利技术的非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统将半主动控制技术与NES被动控制技术进行结合用于管路系统三向振动控制，结构具有质量轻、使用灵活、减震频率宽、鲁棒性更好以及耗能效果好等优点。鲁棒性更好以及耗能效果好等优点。鲁棒性更好以及耗能效果好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统


[0001]本专利技术属于振动控制
的减振耗能装置，具体涉及一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统。

技术介绍

[0002]机械结构的减振是一个长期存在的问题，由于其在工程应用中的重要性而受到相当大的持续关注。管路系统振动传递到机械结构引起的辐射噪声，也是机械噪声产生的一个重要途径。
[0003]管路系统振动传递控制采用的传统方法有挠性接管、约束阻尼层、弹性支撑等，一般来说这些方法难以有效控制管路的低频振动。另外，传统的动力吸振器用于降低管路振动传递，也是一种有效的方法，其中线性调谐质量阻尼器(Linear tuned
‑
mass damper,TMD)是应用最为广泛的动力吸振结构，动力吸振器通过设计其固有频率与主系统振动所受激励频率相同或接近，利用共振原理抑制系统的振动，TMD作为一种线性阻尼器，只能在特定的频带内发挥良好的减振效果，然而外界激励的频率以及主体结的动力特性往往会随时间发生变化，这时TMD便会丧失减振效率，甚至会加剧主体结构的振动响应。
[0004]为解决经典TMD存在的不足，其中一个主要思想是使用非线性来改进减振器设计。据此，产生了非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,NES)，NES具有附加质量小、振动抑制频带宽、可完成定向靶能量传递、可靠性高、鲁棒性强等优点，可有效弥补TMD在非线性振动领域的缺陷，但，现有的非线性能量阱装置(NES)，均为被动控制，不能根据外部激励的特点以及管路自身的振动特性的变化做出及时调整，存在一定的局限性。当前，采用电磁、压电或磁致伸缩材料控制单元实现管路振动的主动控制，虽然可以在局部降低管路低频振动，但是由于成本和功耗方面的限制，使其在管路系统使用存在困难。需要发展可依据管路振动变化自适应调频吸振，且功耗及成本大幅降低的吸振系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的问题是：提供一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统，它可以对管路系统在宽频基础激励和泵源流体脉动激励下产生的共振进行闭环半主动控制。通过感测管路系统宽频基础激励和泵源流体脉动激励工况下的振动信号，在管路系统上附加惯性质量块，利用永磁弹簧与电磁弹簧形成非线性刚度，利用共振原理将管路系统上的激励转移到附加惯性质量块上，并通过磁性液体产生剪切耗能，从而达到振动半主动控制的目的。因此，需要开发一套能够对管路系统的振动进行感测，且根据感测的振动水平，实时调节固有频率的半主动振动控制方法及系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统，包括自供电无线振动传感微系统、电子控制单元、驱动模块和吸振器，所述的自供电无线振动传感微系统感测管路系统的振动加速度，并作为闭环控制的振动信号传输给所述的电子控制单元；所述的电子
控制单元用于根据加速度传感器提供的管路系统振动信号，并与预定幅值进行对比得到误差信号，从而生成并输出控制信号；所述的驱动模块根据接收到的控制信号后输出一定幅值的电流驱动信号；所述的吸振器安装在管路上，用于接收驱动模块输出的电流驱动信号并产生一定的励磁电流，形成可变电磁弹簧，使永磁铁惯性质量块在两个电磁铁间运动，此时永磁铁惯性质量块周围的磁性液体因具有粘滞性，其内部会产生剪切流，从而进行剪切耗能，达到半主动振动控制的目的。
[0008]进一步地，所述的自供电无线振动传感微系统，安装于管路系统上，用于通过感测管路上的振动信号，作为反馈信号传输给电子控制单元，它包括电磁式振动能量采集模块和传感电路模块。
[0009]所述电磁式振动能量采集模块的工作原理是通过利用管路系统振动能量驱动吸振器内永磁体惯性质量块相对于其外圈的闭合线圈做切割磁感线运动，使穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路内部就会产生感应电流。
[0010]所述传感电路模块，包括能源管理电路、集成传感芯片、信号处理电路和无线传输电路。
[0011]进一步地，所述控制信号的生成具体包括：
[0012]将获得的管路系统宽频基础激励和泵源流体脉动激励确定管路振动主阶次频率；
[0013]依据所述的振动主阶次频率对接收的振动信号进行带通滤波，保留在振动主阶次附近的振动信号频率成分；
[0014]对接收到的主阶次频率成分的振动进行判断，即滤波后的振动信号在主阶次频率附近的振动超过预定幅值时，半主动装置开始工作，并生成所述的控制信号。
[0015]进一步地，所述的驱动模块用于接收到电子控制单元输出的控制信号，对控制信号施加一定的增益，生成具有一定幅值的励磁电流作为驱动信号作用于吸振器。
[0016]进一步地，所述的吸振器包括永磁体惯性质量块、第一永磁体、第二永磁体、导轨、第一电磁铁、第二电磁铁、线圈绕组、管夹、壳体和磁性液体，所述永磁体惯性质量块通过定位通孔与穿入导轨中，形成一对相对运动的移动副，所述导轨起到保持永磁体惯性质量块轴向运动的作用，并与吸振器壳体端盖固连；所述第一永磁体、第二永磁体、第一电磁铁和第二电磁铁通过压紧螺栓与壳体端盖相连；所述线圈绕组通过线圈保持架与壳体通过螺栓固连；所述吸振器通过螺栓与管夹固连；所述管夹通过螺栓与管路固连。
[0017]进一步地，所述的永磁体惯性质量块为设有中心孔的钕铁硼永磁体，其与第一永磁体、第二永磁体、第一电磁铁和第二电磁铁在装配上具有一定的轴向初始间距；所述的轴向初始间距为永磁体惯性质量块轴向运动的最大位移行程；所述永磁体惯性质量块与导轨之间具有一定的间隙，间隙中填充有磁性液体，使惯性质量块受到径向悬浮力，悬浮于导轨上，两者之间形成液体摩擦；
[0018]进一步地，所述的第一永磁体和第二永磁体与壳体端盖相连，磁极相对布置，使永磁体惯性质量块处于初始平衡位置。
[0019]进一步地，所述导轨为非导磁性材料。
[0020]进一步地，所述的第一电磁铁和第二电磁铁包括设有中心孔的铁芯和线圈组成，所述的铁芯为导磁性能良好的软磁材料，其表面设有注塑孔和散热孔，开有线圈引线出口。
[0021]进一步地，所述线圈绕组通过螺栓固定在壳体内壁上，包括线圈保持架和绕制在
所述线圈保持架上的线圈，壳体内壁开有线圈引线出口。
[0022]进一步地，所述管夹由对称支架和环形卡箍组成，所述吸振器通过螺栓与支架相连，所述环形卡箍焊接于支架内壁面，通过螺栓与管路固定连接。
[0023]进一步地，所述壳体为非导磁性材料，包括筒形件和端盖，所述筒形件内部具有填充磁性液体的液体腔，所述端盖通过螺纹与筒形件固连，密封所述液体腔。
[0024]进一步地，所述磁性液体为纳米Fe3O4和微米羰基铁粉混合掺杂的微纳复合磁性液体。
[0025]根据本专利技术实施例的一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制方法及系统对于相关技术而言具有以下优点：
[0026](1)使用永磁弹簧和电磁弹簧代替传统弹簧提供回复力的新型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性自调谐管路振动噪声半主动控制系统，其特征在于：包括自供电无线振动传感微系统、电子控制单元、驱动模块和吸振器，所述的自供电无线振动传感微系统感测管路系统的振动加速度，并作为闭环控制的振动信号传输给所述的电子控制单元；所述的电子控制单元用于根据加速度传感器提供的管路系统振动信号，并与预定幅值进行对比得到误差信号，从而生成并输出控制信号；所述的驱动模块根据接收到的控制信号后输出一定幅值的电流驱动信号；所述的吸振器安装在管路上，用于接收驱动模块输出的电流驱动信号并产生一定的励磁电流，形成可变电磁弹簧，使永磁铁惯性质量块在两个电磁铁间运动，此时永磁体周围的磁性液体因具有粘滞性，其内部会产生剪切流，从而进行剪切耗能，达到半主动振动控制的目的。2.根据权利要求1所述的非线性自调谐管路振动噪声半主动控制系统，其特征在于：所述的自供电无线振动传感微系统，安装于管路系统上，用于通过感测管路上的振动信号，作为反馈信号传输给电子控制单元，它包括电磁式振动能量采集模块和传感电路模块。3.根据权利要求2所述的非线性自调谐管路振动噪声半主动控制系统，其特征在于：所述的电磁式振动能量采集模块的工作原理是通过利用管路系统振动能量驱动吸振器内永磁体惯性质量块相对于其外圈的闭合线圈做切割磁感线运动，使穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路内部就会产生感应电流。4.根据权利要求2所述的非线性自调谐管路振动噪声半主动控制系统，其特征在于：所述传感电路模块，包括能源管理电路、集成传感芯片、信号处理电路和无线传输电路。5.根据权利要求1所述的非线性自调谐管路振动噪声半主动控制系统，其特征在于：所述控制信号的生成具体包括：将获得的管路系统宽频基础激励和泵源流体脉动激励确定管路振动主阶次频率，依据所述的振动主阶次频率对接收的振动信号进行带通滤波，保留在振动主阶次附近的振动信号频率成分，对接收到的主阶次频率成分的振动进行判断，即滤波后的振动信号在主阶次频率附近的振动超过预定幅值时，半主动装置开始工作，并生成所述的控制信号；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：恭飞，纪辉，聂松林，张乐，宁冬晶，王雯，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：