【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超磁致伸缩材料隔振领域。
技术介绍
1、近年来，随着智能材料性能和自动控制水平的提高，以智能材料作动器为核心的多自由度主动隔振系统，具有承载能力大、结构紧凑、功重比高等特点，且在抑制低频及超低频微振动方面效果显著，迅速成为航天器隔振领域的研究热点。超磁致伸缩材料(giantmagnetostrictivematerial,gmm)作为一种智能驱动材料，具有能量转换效率高、磁致伸缩系数大、频响特性好、能量密度高等特性，在隔振领域得到广泛应用。gmm在不同加载环境下，弹性模量发生明显改变，不能近似等效为一个常数，这种现象被称为δe效应。δe效应增强了gmm应力-应变非线性关系，但却使其在变刚度半主动隔振及谐振频率主动调控领域具有广阔的应用前景。目前的涉及gmm作动器(giantmagnetostrictiveactuator,gma)的隔振技术主要有主动隔振、被动隔振、以及半主动隔振三类，其中由gma起到作用的只有主动隔振，具体为gma提供与振动反向的控制信号从而消除低频以及中低频的振动，然而δe效应使得gma成为一种可变刚度、可变阻尼器件，其在半主动隔振领域也有巨大的应用价值，而目前相关应用的研究较少。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，基于gmm的δe效应，设计了一种基于磁致伸缩材料δe效应的低能耗混合隔振方法：
2、通过调节gma偏置磁场强度进行变刚度半主动控制，可有效抑制谐振峰，实现宽频域高频振动衰减，同时通过动态调节磁场强度进行主动控制，能够有效隔离低
3、gma隔振系统可以简化为一个单自由度二阶系统，其振动传递函数为：
4、
5、其中从中可以看出改变刚度可以使得隔振系统的固有频率、阻尼发生变化，使得传递函数在伯德图上发生移动。从而起到系统调谐的效果，此时系统谐峰附近的振动将大幅衰减，而这一过程无需进行复杂的主动隔振，仅需调节最佳刚度工作点即可实现。这个过程即为基于刚度调节的半主动隔振。
6、对于gma，可以通过控制励磁线圈偏置电流改变偏置磁场强度，实现变刚度半主动隔振，也可以通过动态控制电流跟踪位移或力实现主动隔振。因此，通过控制电流可实现半主动/主动混合隔振，在这个过程中，半主动隔振用来抑制谐振峰并衰减高频振动，主动隔振理论上可抑制全频域振动干扰。gma混合隔振系统工作过程可认为是当振动信号传递过来之后，半主动隔振先衰减一部分振动能量，再通过主动隔振抑制剩余振动能量干扰。相比现有的隔振方法，本专利技术提出的一种基于磁致伸缩材料δe效应的低能耗混合隔振方法，具有能耗低、精度高的特点，更加符合航天器设备隔振领域未来的发展需求。
7、接下来提出混合隔振决策方法：
8、为实现低能耗混合隔振，需要根据基于能耗和能量的函数进行半主动/主动隔振决策，即选取最优偏置电流，使得系统隔振效果最好、同时能耗最低。
9、对于gmm主动隔振，其能耗可以用电功来进行表示，即：
10、wpact＝∫uidt (2)
11、输入电压、电流越小且持续时间越短，系统能耗越低。
12、对于本专利技术提出的一种基于磁致伸缩材料δe效应的低能耗混合隔振方法，其能耗由半主动隔振和主动隔振两部分构成，其能耗可以由式(3)表示：
13、whybrid＝wact+wbias＝∫uactiactdt+ubiasibias (3)
14、式中wbiss表示施加偏置磁场hbiss进行半主动隔振消耗的能耗，wact表示在偏置磁场的基础上进行主动隔振的能耗；uact和iact分别表示主动隔振的时域电压信号和电流信号，ubiss和ibiss分别表示偏置电压和偏置电流。需要指明的是，这里的偏置电压和偏置电流是指在gma基础偏置电压和电流的基础上的偏移量，因此其可以为负值。
15、混合隔振的衰减能量与振源的功率密度谱以及隔振控制电流有关，其衰减能量函数可以用式(4)表示：
16、e＝eact+ebias＝f(a,iact)+g(a,ibias) (4)
17、式中a为输入振动的功率密度谱，iact为时序主动隔振控制电流，ibias为偏置电流。因此，混合隔振的决策方法为一个多目标寻优问题，目标函数为：
18、ming＝awhybrid+be (5)
19、式中a和b为权重系数，可以根据实际隔振需求进行确定，混合隔振决策即寻找一个合适的ibias，使得目标函数g最小。此时得到最优偏置电流ibias，使得系统隔振效果最好、能耗最低。式(5)即混合隔振决策函数。
20、本方法核心目的在于，通过合理的决策，利用混合隔振将振动分步进行衰减，使得总体能耗相比主动隔振更低，且其中的主动隔振分量更易控制、隔振效果更好。
21、综上，本专利技术提出的一种基于磁致伸缩材料δe效应的低能耗混合隔振方法具有良好的隔振效果，同时相比其他隔振方法在固有频率附近具有更低的能耗输出，以及更好的隔振效果。
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1.一种基于磁致伸缩材料ΔE效应的低能耗混合隔振方法，其特征在于，在进行混合隔振时，利用磁致伸缩材料的ΔE效应，提出基于能耗函数Whybrid＝Wact+Wbias＝∫UactIactdt+UbiasIbias与能量函数E＝Eact+Ebias＝f(A,Iact)+g(A,Ibias)的低能耗混合隔振决策函数minG＝aWhybrid+bE，根据振源特性动态调节GMA最佳刚度工作点，在此基础上采用GMA进行主动隔振，进而实现GMA低能耗半主动-主动混合隔振，具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于磁致伸缩材料δe效应的低能耗混合隔振方法，其特征在于，在进行混合隔振时，利用磁致伸缩材料的δe效应，提出基于能耗函数whybrid＝wact+wbias＝∫uactiactdt+ubiasibias与能量函数e＝eact+ebi...
【专利技术属性】
技术研发人员：高晓辉，朱昊宽，刘永光，冯志鹏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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