【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微振动抑制相关，更具体地，涉及一种减振系统的主动负刚度控制方法、装置及减振系统。
技术介绍
1、微振动抑制近些年来在高精度测量仪器、光刻、航空航天等领域得到了广泛应用。而随着该领域的加工精度和测量精度的提升，对减振系统的低频隔振性能提出了更高的要求。降低减振系统的固有频率是提高减振性能的一个重要手段，而系统固有频率为了降低减振系统的固有频率，可以在被动减振系统的基础上通过主动控制的方式从刚度k和质量m的调整下手。因此为了实现更好的低频隔振性能，降低减振系统的固有频率是一个很好的方法。然而，在实际的工程应用中，支撑刚度过低会导致较大的静态形变。为了解决该问题，学者提出了高静刚度和低动刚度的解决方案，即在减振系统中并联负刚度机构。高静刚度低动刚度减振器能够克服减振器固有频率和静态变形之间的矛盾，能够在重载荷场景中降低系统的固有频率(即低动刚度)的同时依然保持较小的形变(即高静刚度)，并提高减振和阻尼性能。为了降低动刚度常采用的方案有负刚度机构欧拉梁，剪刀机构，斜拉弹簧，磁负刚度机构等等。
2、以上方案虽然都能够有效的降低减振系统的固有频率，但在工程应用中会存在较多的问题，例如减振系统中的负载质量和负刚度匹配难度大，增加了系统的结构复杂度，线性范围小，大多数负刚度方案具有明显的非线性特性，容易导致系统失稳。因此寻求一种通过主动控制的方式降低减振系统的固有频率以提高减振系统的减振性能逐渐成为了研究热点。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种减振系统的主动负刚度控制方法，所述减振系统设置在负载和地基之间，用于实现负载的减振，所述减振系统包括主动负刚度结构，所述主动负刚度结构在主动负刚度控制器的控制下输出控制力以实现主动负刚度控制，所述主动负刚度控制方法包括：
3、建立动力学模型，其中所述动力学模型包括所述减振系统的动力学关系式以及所述主动负刚度结构的输出控制力关系式；
4、根据所述动力学模型，建立主动负刚度控制器的输出模型；
5、根据所述动力学模型以及所述输出模型，建立所述主动负刚度结构控制环路下的开环传函；
6、根据所述开环传函对所述主动负刚度结构控制环路下的稳定性进行评估，以稳定性达标为要求仿真迭代确定所述输出模型的参数；
7、根据所述输出模型进行主动负刚度控制。
8、根据本专利技术提供的减振系统的主动负刚度控制方法，所述动力学模型具体为：
9、
10、fa(t)＝krxrp；
11、其中，m1为负载的质量，m2为地基的质量，x1为负载m1的绝对位移，x2为地基m2的绝对位移，负载和地基之间的相对位移xrp＝x1-x2，fa(t)为主动负刚度结构的输出控制力，kr为主动调节刚度。
12、根据本专利技术提供的减振系统的主动负刚度控制方法，建立主动负刚度控制器的输出模型，具体包括：
13、通过相对位移传感器获取负载和地基之间的相对位移，且基于一阶高通滤波器和一阶低通滤波器对相对位移传感器检测数据的滤波结果，建立所述输出模型。
14、根据本专利技术提供的减振系统的主动负刚度控制方法，所述输出模型hans具体为：
15、hans＝hhpf1(s)hans(s)hlpf1(s)；
16、hans(s)＝kr＝αk；
17、其中，α为主动负刚度调节系数，且0≤α<1；k为所述减振系统中的被动刚度；hhpf1(s)为一阶高通滤波器；hlpf1(s)为一阶低通滤波器。
18、根据本专利技术提供的减振系统的主动负刚度控制方法，一阶高通滤波器具体为：
19、
20、其中，高通滤波频率fhpf1＝0.1hz；
21、一阶低通滤波器具体为：
22、
23、其中，高通滤波频率flpf1＝30hz。
24、根据本专利技术提供的减振系统的主动负刚度控制方法，所述开环传函具体为：
25、
26、
27、其中，hans所述输出模型的输出；tf(s)为位移导纳；x1(s)为x1(t)所对应的拉氏变换；x1为负载m1的绝对位移；fa(s)为fa(t)的拉氏变换；fa(t)为主动负刚度结构的输出控制力；m1为负载的质量；s为拉氏算子；c为所述减振系统中的被动阻尼；k为所述减振系统中的被动刚度。
28、根据本专利技术提供的减振系统的主动负刚度控制方法，根据所述开环传函对所述主动负刚度结构控制环路下的稳定性进行评估，以稳定性达标为要求仿真迭代确定所述输出模型的参数，具体包括：
29、先设置所述输出模型的参数初始值，根据所述开环传函获取所述主动负刚度结构控制环路的最小幅值裕度以及相位裕度；
30、对所述输出模型的参数进行迭代优化，输出所述最小幅值裕度以及所述相位裕度分别达标对应的所述输出模型的参数，从而确定所述输出模型。
31、根据本专利技术提供的减振系统的主动负刚度控制方法，还包括：
32、根据所述动力学模型获取所述减振系统主动负刚度控制时的主动振动传递率以及所述减振系统的被动振动传递率；
33、根据所述主动振动传递率和所述被动振动传递率，确定所述主动振动传递率相对所述被动振动传递率的共振峰；
34、通过天棚阻尼技术对共振峰进行抑制。
35、按照本专利技术的第二方面，提供了一种减振系统的主动负刚度控制装置，所述减振系统设置在负载和地基之间，用于实现负载的减振，所述减振系统包括主动负刚度结构，所述主动负刚度结构在主动负刚度控制器的控制下输出控制力以实现主动负刚度控制，所述主动负刚度控制装置包括：
36、动力学模型建立模块，用于建立动力学模型，其中所述动力学模型包括所述减振系统的动力学关系式以及所述主动负刚度结构的输出控制力关系式；
37、输出模型建立模块，用于根据所述动力学模型，建立主动负刚度控制器的输出模型；
38、开环传函确定模块，用于根据所述动力学模型以及所述输出模型，建立所述主动负刚度结构控制环路下的开环传函；
39、参数确定模块，用于根据所述开环传函对所述主动负刚度结构控制环路下的稳定性进行评估，以稳定性达标为要求仿真迭代确定所述输出模型的参数；
40、控制输出模块，用于根据所述输出模型进行主动负刚度控制。
41、按照本专利技术的第三方面，提供了一种减振系统，所述减振系统设置在负载和地基之间，用于实现负载的减振，所述减振系统包括主动负刚度结构，所述主动负刚度结构在主动负刚度控制器的控制下输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，所述减振系统设置在负载和地基之间，用于实现负载的减振，所述减振系统包括主动负刚度结构，所述主动负刚度结构在主动负刚度控制器的控制下输出控制力以实现主动负刚度控制，所述主动负刚度控制方法包括：
2.如权利要求1所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，所述动力学模型具体为：
3.如权利要求2所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，建立主动负刚度控制器的输出模型，具体包括：
4.如权利要求3所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，所述输出模型HANS具体为：
5.如权利要求4所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，一阶高通滤波器具体为：
6.如权利要求1-5中任一项所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，所述开环传函具体为：
7.如权利要求1-5中任一项所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，根据所述开环传函对所述主动负刚度结构控制环路下的稳定性进行评估，以稳定性达标为要求仿真迭代确定所述输出模型的参数，具体包括：p>
8.如权利要求1-5中任一项所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，还包括：
9.一种减振系统的主动负刚度控制装置，其特征在于，所述减振系统设置在负载和地基之间，用于实现负载的减振，所述减振系统包括主动负刚度结构，所述主动负刚度结构在主动负刚度控制器的控制下输出控制力以实现主动负刚度控制，所述主动负刚度控制装置包括：
10.一种减振系统，其特征在于，所述减振系统设置在负载和地基之间，用于实现负载的减振，所述减振系统包括主动负刚度结构，所述主动负刚度结构在主动负刚度控制器的控制下输出控制力以实现主动负刚度控制，还包括上述权利要求9所述的减振系统的主动负刚度控制装置。
...【技术特征摘要】
1.一种减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，所述减振系统设置在负载和地基之间，用于实现负载的减振，所述减振系统包括主动负刚度结构，所述主动负刚度结构在主动负刚度控制器的控制下输出控制力以实现主动负刚度控制，所述主动负刚度控制方法包括：
2.如权利要求1所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，所述动力学模型具体为：
3.如权利要求2所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，建立主动负刚度控制器的输出模型，具体包括：
4.如权利要求3所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，所述输出模型hans具体为：
5.如权利要求4所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，一阶高通滤波器具体为：
6.如权利要求1-5中任一项所述的减振系统的主动负刚度控制方法，其特征在于，所述开环传函具体为：
7.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小清，张争光，袁忠湘，成茂洲，张重阳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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