一种智能减震装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种智能减震装置及其控制方法，智能减震装置固定在高柔结构主体上；传导机构，与外壳的上层板固定连接；弹性部件，对传导机构产生拉力；测量机构，测量高柔结构主体的绝对加速度、传导机构的绝对加速度以及弹性部件的相对位移；控制机构，用于通过模糊控制算法调节执行机构的阻尼力的大小，通过将高柔结构主体振动的能量转移到传导机构以减小高柔结构主体的振动。本发明专利技术的智能减震装置的各元件之间具有清晰的功能，满足不同减震方案的性能需求，适用于各种类型的高柔结构，如风电塔、电气设备等；在控制机构中采用模糊神经网络作为核心调整执行机构的工作性能，使智能减震装置在不同类型地震作用的输入下均具备可靠稳定的性能。可靠稳定的性能。可靠稳定的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种智能减震装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及减震
，特别是涉及一种智能减震装置及控制方法。

技术介绍

[0002]为了避免风电塔、电气设备等高柔结构在地震作用下遭受损伤，通常采用调谐质量阻尼器(TMD)对高柔结构的加速度和位移响应进行控制，保护高柔结构主体的安全。调谐质量阻尼器由固体质量、弹簧和阻尼元件组成，它将阻尼器系统自身的振动频率调整到高柔结构振动的主要频率附近，通过调谐质量阻尼器与高柔结构主体间的相互作用，可实现将能量从高柔结构主体向调谐质量阻尼器的转移，达到减小高柔结构主体振动的目的。
[0003]而传统的调谐质量阻尼器仅针对单一频率设计，缺乏智能，其弹簧和阻尼特性不随时间变化，限制了调谐质量阻尼器的适应能力，当激励频率范围较宽时，调谐质量阻尼器失调或调谐质量阻尼器自身阻尼的波动都会削弱其对高柔结构主体的减振效果，鲁棒性较差。
[0004]宽频带和智能化的减震是未来的发展方向，神经网络和模糊逻辑作为两种典型的智能控制方法，各有优缺，而将二者有机结合起来得到的——模糊神经网络(Fuzzy Neural Network)由于吸取了模糊逻辑和神经网络的优点，部分避免了两者的缺点，已经成为当今智能控制研究的热点之一；但是针对模糊逻辑控制方法来说，模糊控制规则是模糊控制方法的核心，缺乏专家经验时难以设定可靠性高的模糊控制规则。
[0005]针对上述传统的调谐质量阻尼器不够智能的问题，本申请提供了一种智能减震装置及控制方法，以减少高柔结构在地震作用下遭受的损伤。
专利技术内容
[0006]本专利技术的目的是提供一种智能减震装置及控制方法，解决传统调谐质量阻尼器仅针对单一频率设计，对高柔结构的减震效果适用性差、可靠性不足的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种智能减震装置，其特征在于，所述智能减震装置包括：
[0008]装置外壳，为上下分离结构，包括上层板和下层壳体；所述下层壳体固定在高柔结构主体上；所述下层壳体分为下层板和侧板；
[0009]传导机构，设置在所述上层板和下层壳体之间，所述传导机构与所述上层板固定连接；
[0010]若干个弹性部件，对称设置在所述下层壳体的侧板和所述传导机构之间，用于对传导机构的偏移产生拉力；
[0011]测量机构，用于测量所述高柔结构主体的绝对加速度、所述传导机构的绝对加速度以及所述若干个弹性部件的相对位移；
[0012]执行机构，设置在所述传导机构和所述下层壳体之间，用于对传导机构的偏移产生阻尼力；
[0013]控制机构，用于根据所述测量机构测得的数据，通过模糊神经网络算法调节所述执行机构产生的阻尼力的大小，进而耗散所述高柔结构主体振动转移到传导机构的能量，以减小所述高柔结构主体的振动。
[0014]可选地，所述执行机构包括：若干个磁流变阻尼器；所述若干个磁流变阻尼器与所述若干个弹性部件所述交错设置。
[0015]所述若干个磁流变阻尼器分别通过对应的铰支座固定在所述传导机构与下层壳体的侧板之间，所述磁流变阻尼器用于对传导机构产生阻尼力。
[0016]可选地，在所述传导机构底面设有万向滚珠。
[0017]可选地，所述测量机构包括：
[0018]第一加速度传感器，设于所述上层板的重心，用于测量传导机构的绝对加速度；
[0019]第二加速度传感器，设于所述下层壳体的重心，用于测量高柔结构主体的绝对加速度；
[0020]对应于若干个弹性部件的若干个拉线式位移传感器，每个拉线式位移传感器穿过对应弹性部件的中轴线，每个所述拉线式位移传感器一端与所述传导机构连接，另一端与所述下层壳体的侧板连接，所述若干个拉线式位移传感器用于测量所述弹性部件的相对位移。
[0021]可选地，所述控制机构包括：用于联合控制若干个磁流变阻尼器的模糊控制器；
[0022]所述模糊控制器的输入端分别与所述第一加速度传感器、所述第二加速度传感器以及若干个拉线式位移传感器通过导线电连接；所述模糊控制器的输出端与若干个磁流变阻尼器通过导线电连接；所述模糊控制器用于根据所述若干个弹性部件的相对位移，计算出传导机构的位移；并根据所述传导机构的绝对加速度、所述高柔结构主体的绝对加速度以及所述传导机构的位移控制所述目标磁流变阻尼器；所述目标磁流变阻尼器为需要提供阻尼力的磁流变阻尼器。
[0023]另一方面，本专利技术还提供了一种智能减震系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
[0024]采集传感数据；所述传感数据包括高柔结构主体的绝对加速度、传导机构的绝对加速度以及传导机构的位移；
[0025]根据所述传感数据确定高柔结构的主体加速度控制率、主体位移控制率和传导机构的位置；
[0026]将所述主体加速度控制率、所述主体位移控制率和所述传导机构的位置划分为若干个模糊子集；
[0027]采用遗传算法确定模糊神经网络中模糊规则确定层的各模糊控制规则的权重系数；所述模糊神经网络共分为五层，分别为：性能指标确定层、模糊量化层、模糊规则确定层、模糊决策层和反模糊化层；
[0028]根据所述主体加速度控制率、主体位移控制率和传导机构的位置，在所述模糊神经网络中，按照所述控制规则进行模糊推理，获得模糊控制结果；
[0029]对所述模糊控制结果进行反模糊化，获得控制命令；
[0030]根据所述控制命令，改变磁流变阻尼器的输入电流大小。
[0031]可选地，所述根据所述传感数据确定高柔结构的主体加速度控制率、主体位移控
制率和传导机构的位置，具体包括：
[0032]根据高柔结构主体的绝对加速度，确定高柔结构主体偏移的位移；
[0033]根据高柔结构主体的绝对加速度峰值和结构容许加速度峰值，确定主体加速度控制率；
[0034]根据高柔结构主体偏移的位移峰值和结构容许位移峰值，确定主体位移控制率；
[0035]根据所述传导机构的绝对加速度和所述传导机构的位移，确定传导机构的位置。
[0036]可选地，所述采用遗传算法确定模糊神经网络中模糊控制规则最优的权重系数，具体包括：
[0037]根据所述主体加速度控制率和所述主体位移控制率，确定优化指标；
[0038]随机生成各模糊控制规则对应的权重系数作为初始种群；
[0039]对初始种群开展遗传操作，生成子代种群；
[0040]从初始种群和子代种群中，选择N个优化指标最优的个体开展遗传操作，生成下一代种群；
[0041]进行仿真并计算优化指标；
[0042]重复执行将最新的两代种群作为父代种群，选择优化指标最优的N个个体开展遗传操作，生成新的子代种群，直至达到预先设定的种群代数；
[0043]选择最新的种群中优化指标最优的个体作为模糊控制规则最优的权重系数。
[0044]可选地，根据以下公式进行模糊推理：
[0045][0046]其中，表示模糊控制结果，input*表示输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能减震装置，其特征在于，所述智能减震装置包括：装置外壳，为上下分离结构，包括上层板和下层壳体；所述下层壳体固定在高柔结构主体上；所述下层壳体分为下层板和侧板；传导机构，设置在所述上层板和下层壳体之间，所述传导机构与所述上层板固定连接；若干个弹性部件，对称设置在所述下层壳体的侧板和所述传导机构之间，用于对传导机构的偏移产生拉力；测量机构，用于测量所述高柔结构主体的绝对加速度、所述传导机构的绝对加速度以及所述若干个弹性部件的相对位移；执行机构，设置在所述传导机构和所述下层壳体之间，用于对传导机构的偏移产生阻尼力；控制机构，用于根据所述测量机构测得的数据，通过模糊神经网络算法调节所述执行机构产生的阻尼力的大小，进而耗散所述高柔结构主体振动转移到传导机构的能量，以减小所述高柔结构主体的振动。2.根据权利要求1所述的智能减震装置，其特征在于，所述执行机构包括：若干个磁流变阻尼器；所述若干个磁流变阻尼器与所述若干个弹性部件交错设置；所述若干个磁流变阻尼器分别通过对应的铰支座固定在所述传导机构与下层壳体的侧板之间，所述磁流变阻尼器用于对传导机构产生阻尼力。3.根据权利要求2所述的智能减震装置，其特征在于，在所述传导机构底面设有万向滚珠。4.根据权利要求3所述的智能减震装置，其特征在于，所述测量机构包括：第一加速度传感器，设于所述上层板的重心，用于测量传导机构的绝对加速度；第二加速度传感器，设于所述下层壳体的重心，用于测量高柔结构主体的绝对加速度；对应于若干个弹性部件的若干个拉线式位移传感器，每个拉线式位移传感器穿过对应弹性部件的中轴线，每个所述拉线式位移传感器一端与所述传导机构连接，另一端与所述下层壳体的侧板连接，所述若干个拉线式位移传感器用于测量所述弹性部件的相对位移。5.根据权利要求4所述的智能减震装置，其特征在于，所述控制机构包括：用于联合控制若干个磁流变阻尼器的模糊控制器；所述模糊控制器的输入端分别与所述第一加速度传感器、所述第二加速度传感器以及若干个拉线式位移传感器通过导线电连接；所述模糊控制器的输出端与若干个磁流变阻尼器通过导线电连接；所述模糊控制器用于根据所述若干个弹性部件的相对位移，计算出传导机构的位移；并根据所述传导机构的绝对加速度、所述高柔结构主体的绝对加速度以及所述传导机构的位移控制所述目标磁流变阻尼器；所述目标磁流变阻尼器为需要提供阻尼力的磁流变阻尼器。6.一种智能减震系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：采集传感数据；所述传感数据包括高柔结构主体的绝对加速度、传导机构的绝对加速度以及传导机构的位移；根据所述传感数据确定高柔结构的主体加速度控制率、主体位移控制率和传导机构的位置；将所述主体加速度控制率、所述主体位移控制率和所述传导机构的位置划分为若干个
模糊子集；采用遗传算法确定模糊神经网络中模糊规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：李吉超，王涛，尚庆学，罗清宇，李海洋，
申请(专利权)人：中国地震局工程力学研究所，
类型：发明
国别省市：