本發(fā)明專利技術(shù)的目的在于提供一種基于磁流變彈性體的梁結(jié)構(gòu)邊界約束剛度調(diào)節(jié)試驗系統(tǒng)及其試驗方法，包括基座、支柱、電磁鐵、懸臂梁、激振器，所述支柱和激振器均安裝在基座上，電磁鐵為由三段電工鐵芯構(gòu)成的U型結(jié)構(gòu)，電磁鐵通過長螺釘固定在支柱上，支柱與電磁鐵之間設(shè)置隔磁板，電磁鐵上纏繞控制線圈，在電磁鐵U型結(jié)構(gòu)的兩個伸出部分的內(nèi)壁上均安裝永磁體，在兩個永磁體之間安裝磁流變彈性體，懸臂梁的一端固定于磁流變彈性體里，另一端與激振器的頂桿相接觸。本發(fā)明專利技術(shù)調(diào)節(jié)精確度高，功耗低，響應(yīng)快速，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，便于安裝。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及的是一種試驗裝置及方法，具體地說是振動結(jié)構(gòu)的試驗裝置即方法。
技術(shù)介紹
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)特別是航空、航天和機器人技術(shù)的飛速發(fā)展，大型柔性附件的廣泛的使用在船舶、航空和兵器等工程領(lǐng)域。撓性結(jié)構(gòu)的應(yīng)用降低了成本，也帶來了新的問題。在經(jīng)典振動理論中為了簡化計算，支承基礎(chǔ)一般被假設(shè)為無限質(zhì)量的絕對剛體，從而忽略了基座的動態(tài)特性。工程應(yīng)用中，如果利用經(jīng)典振動力學(xué)的模型進行求解計算，振動控制往往達不到預(yù)期的效果。這類結(jié)構(gòu)在振動時，其特點是模態(tài)阻尼小、固有頻率低且頻率密集。航天器撓性附件如太陽帆板等在擾動情況下，其自由振動要延續(xù)很長時間，并容易形成共振，這將影響穩(wěn)定性和指向控制精度，甚至長時間的持續(xù)振動會使結(jié)構(gòu)過早的疲勞破壞進行影響結(jié)構(gòu)的使用壽命，尤其是需要精確地控制其位置和指向的附件，因而對其的抑振控制成為研究熱點。此外，在制造領(lǐng)域，如微電子制造設(shè)備、自動監(jiān)測測量設(shè)備、計算機磁盤系統(tǒng)等，有許多高速度、高精度的微小位移機構(gòu)。這類系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸小、柔性比較大且工作時對加速度和定位精度的要求都很高，通常達到微米或亞微米級。啟停頻繁、機電系統(tǒng)的輸入信號為突變信號等都對系統(tǒng)的高頻動態(tài)有著較大的影響。對于這些撓性結(jié)構(gòu)來說，邊界條件作為影響其振動模態(tài)特性的重要因素，合理控制或調(diào)節(jié)此類撓性結(jié)構(gòu)的邊界約束剛度將可以有效優(yōu)化系統(tǒng)特性，進而避免結(jié)構(gòu)在外部激勵作用下發(fā)生強烈共振，達到振動控制的目的。當(dāng)前對于磁流變彈性體在半主動振動控制上的研究主要集中于吸振器和隔振器，對于其在結(jié)構(gòu)振動控制的應(yīng)用的研究存在空白。尤其，而其在邊界條件控制方面尚沒有提出有效的解決方案。另一方面，對于梁和平板的振動控制的研究主要集中在主動控制。這種方法雖然控制精度高、效果好，但是能量消耗大、對算法要求高，所能承受的最大負載較小。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供。本專利技術(shù)的目的是這樣實現(xiàn)的:本專利技術(shù)一種基于磁流變彈性體的梁結(jié)構(gòu)邊界約束剛度調(diào)節(jié)試驗系統(tǒng)，其特征是:包括基座、支柱、電磁鐵、懸臂梁、激振器，所述支柱和激振器均安裝在基座上，電磁鐵為由三段電工鐵芯構(gòu)成的U型結(jié)構(gòu)，電磁鐵通過長螺釘固定在支柱上，支柱與電磁鐵之間設(shè)置隔磁板，電磁鐵上纏繞控制線圈，在電磁鐵U型結(jié)構(gòu)的兩個伸出部分的內(nèi)壁上均安裝永磁體，在兩個永磁體之間安裝磁流變彈性體，懸臂梁的一端固定于磁流變彈性體里，另一端與激振器的頂桿相接觸。本專利技術(shù)一種基于磁流變彈性體的梁結(jié)構(gòu)邊界約束剛度調(diào)節(jié)試驗方法，其特征是:米用如下試驗系統(tǒng):包括基座、支柱、電磁鐵、懸臂梁、激振器，所述支柱和激振器均安裝在基座上，電磁鐵為由三段電工鐵芯構(gòu)成的U型結(jié)構(gòu)，電磁鐵通過長螺釘固定在支柱上，支柱與電磁鐵之間設(shè)置隔磁板，電磁鐵上纏繞控制線圈，在電磁鐵U型結(jié)構(gòu)的兩個伸出部分的內(nèi)壁上均安裝永磁體，在兩個永磁體之間安裝磁流變彈性體，懸臂梁的一端固定于磁流變彈性體里，另一端與激振器的頂桿相接觸;懸臂梁上固定有加速度傳感器，加速度傳感器經(jīng)電流放大器連接DSP控制器，DSP控制器分別與信號發(fā)生器、可調(diào)節(jié)直流電源以及計算機相連，可調(diào)節(jié)直流電源連接控制線圈，信號發(fā)生器通過功率放大器連接激振器；(I)設(shè)置控制線圈內(nèi)的初始電流強度1以及比例參數(shù)k、誤差要求Ae0;(2)由計算機設(shè)置一個目標(biāo)頻率f O，傳遞給DSP控制器；(3)由計算機控制信號發(fā)生器產(chǎn)生的掃頻信號，經(jīng)由功率放大器將信號放大后傳遞給激振器，使懸臂梁持續(xù)產(chǎn)生所需要的振動形式；(4)懸臂梁的加速度通過懸臂梁上的加速度傳感器進行測量，并傳遞給DSP控制器，由DSP控制器進行FFT變換得到振動信號的頻響函數(shù)并提取頻響函數(shù)第一階峰值頻率為基頻頻率f;(5)設(shè)置控制參數(shù)Ae =f-fQ，實現(xiàn)對梁的邊界系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(6)改變控制線圈內(nèi)的電流強度使得新的電流強度I = 1-kA e，磁流變彈性體所處空間的磁場強度發(fā)生變化，磁流變彈性體在磁流變效應(yīng)的作用下其剛度發(fā)生改變，改變懸臂梁固定端彎曲剛度，調(diào)節(jié)了懸臂梁的邊界條件；(7)再次由加速度傳感器對懸臂梁進行測量，并傳遞給DSP控制器，由DSP控制器對加速度進行FFT變換得到新的頻響函數(shù)并提取頻響函數(shù)第一階峰值頻率為基頻頻率K ;(8)計算控制參數(shù)Δ E=P-f，若I Δ e I < Δ 則由DSP控制器向計算機返回此時的電流強度I;否則，改變電磁線圈內(nèi)的電流強度使得新的電流強度Ii = I_k △ e，重復(fù)步驟(7)使得控制參數(shù)I Δ e I < Δ eQ，并由DSP控制器向計算機返回此時的電流強度。本專利技術(shù)的優(yōu)勢在于:本專利技術(shù)調(diào)節(jié)精確度高，功耗低，響應(yīng)快速，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，便于安裝。上述設(shè)計中的磁流變彈性體的剛度在一定范圍連續(xù)變化，模擬不同結(jié)構(gòu)的邊界和固定形式對于結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性的影響。本專利技術(shù)利用磁流變彈性體這一新興的智能材料，實現(xiàn)了傳統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)的功能，為上述問題的研究提供了一種通用試驗平臺。在本專利技術(shù)實驗平臺下可以分析計算不同剛度甚至是變剛度邊界條件下懸臂梁的動力學(xué)特性，進行控制策略的設(shè)計和實驗驗證。本專利技術(shù)可以幫助研究人員較好的揭示結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)，為彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計、動力學(xué)參數(shù)匹配和控制策略的設(shè)計和驗證驗證提供了有效的技術(shù)手段;為高校、科研院所的教學(xué)和成果展示等提供了有力的支持。【附圖說明】圖1為本專利技術(shù)裝置的示意圖；圖2為本專利技術(shù)裝置半剖圖；圖3為本專利技術(shù)裝置的俯視圖；圖4為本專利技術(shù)方法的設(shè)備連接圖；圖5為本專利技術(shù)方法的信號流程框圖。【具體實施方式】下面結(jié)合附圖舉例對本專利技術(shù)做更詳細地描述:結(jié)合圖1?5，本專利技術(shù)包括基座I，支柱2，隔磁板3，永磁體4，電磁鐵5，磁流變彈性體6，懸臂梁7，激振器8，加速度傳感器9，電流放大器10，功率放大器11，信號發(fā)生器12，DSP控制器13，可調(diào)直流電源14，計算機15。上述組件I?8按照圖1?圖3所示的方式構(gòu)成試驗臺架。其中，U型電磁鐵5由三段電工鐵芯構(gòu)成，由長螺釘固定在支柱上，與用磁鐵4，磁流變彈性體6，懸臂梁7的固定端構(gòu)成閉合磁路；隔磁板3由絕磁材料構(gòu)成，固定于支柱2和電磁鐵5之間降低上述磁回路的磁漏。磁流變彈性體，其由螺桿預(yù)緊力固定在所述的U型電磁鐵5兩極之間；懸臂梁7的一端固定于上述磁流變彈性體6之間，另一端與激振器8的頂桿相接觸。所述的試驗臺架又與儀器9?15通過線路按照圖4中的方式連接。加速度傳感9器通過磁力固定在懸臂梁7上用來測量懸臂梁7的振動，通過電流放大器10與DSP控制器13相連接;DSP控制器13與電流放大器10，信號發(fā)生器12，可調(diào)節(jié)直流電源14，在實驗過程中調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，對加速度數(shù)據(jù)進行收集和處理;可調(diào)直流電源14由DSP控制器13控制，調(diào)節(jié)電磁鐵5上的控制線圈內(nèi)控制電流;計算機15與DSP控制器13連接，通過用戶界面設(shè)置實驗變量，輸出實驗結(jié)果。圖5描述了本專利技術(shù)的控制方法的流程框圖，該系統(tǒng)的具體的控制和測量方法參見如下實施例:(I)首先開啟設(shè)備電源，對系統(tǒng)進行初始化。設(shè)置電磁線圈內(nèi)的初始電流強度10，比例參數(shù)k，誤差要求△ eQ。誤差要求△ 根據(jù)試驗儀器的精度確定；(2)由計算機15設(shè)置一個目標(biāo)頻率fo，傳遞給DSP控制器13;(3)由計算機15控制信號發(fā)生器12產(chǎn)生的掃頻信號，經(jīng)由功率放大器12將信號放大后傳遞給激振器8，使懸臂梁7持續(xù)產(chǎn)生所需要的振本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于磁流變彈性體的梁結(jié)構(gòu)邊界約束剛度調(diào)節(jié)試驗系統(tǒng)，其特征是：包括基座、支柱、電磁鐵、懸臂梁、激振器，所述支柱和激振器均安裝在基座上，電磁鐵為由三段電工鐵芯構(gòu)成的U型結(jié)構(gòu)，電磁鐵通過長螺釘固定在支柱上，支柱與電磁鐵之間設(shè)置隔磁板，電磁鐵上纏繞控制線圈，在電磁鐵U型結(jié)構(gòu)的兩個伸出部分的內(nèi)壁上均安裝永磁體，在兩個永磁體之間安裝磁流變彈性體，懸臂梁的一端固定于磁流變彈性體里，另一端與激振器的頂桿相接觸。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：杜敬濤，賀惠民，任可欣，吳登峰，陳琪，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23
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