自适应控制三自由度隔振器:刚度与阻尼协同优化技术
2025-01-15 18:22
No.1329153731270549504
技术概要
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本技术涉及一种自适应控制的三自由度隔振器,旨在精密隔振技术领域提供一种能够在变化载荷下实现全方位、全频带隔振的解决方案。该隔振器由上板、基板和三套低频隔振阻尼器组成,其中阻尼器包含负刚度阻尼调控器,该调控器利用多层磁环阵列构建高磁密励磁磁场,并产生高负刚度与高阻尼特性。系统能够实时监测负载质量或激励频率变化,通过调整通电线圈中的电流,精确控制励磁磁通,以满足全频带隔振的负刚度和阻尼需求,实现高性能隔振效果。
背景技术
环境中的低频微幅振动干扰已经成为限制精密仪器设备装调、测试和实验精度提高的重点问题之一,为精密仪器设备配备低频隔振平台逐渐成为超精密工程领域抑制环境微振动的主要技术手段。刚度和阻尼是决定隔振带宽与隔振效果的核心参数,直接关乎隔微振平台对不同频率振动的作用效果,如何对其进行有效调控是提升隔振性能的关键。当前,国内外隔振技术的研究主要聚焦于单自由度系统,侧重于刚度或阻尼的单向可调性探索。 然而,在实际工程应用中,三自由度隔振系统因其能更全面地应对复杂空间振动环境而显得尤为重要,但此领域的研究却相对匮乏。因此,如何突破现有技术的局限,实现隔振刚度与阻尼的一体化协同调控,成为了在近全频带实现高性能隔振、满足高精度需求的关键瓶颈。隔振刚度与阻尼的一体化协同调控意味着在动态变化的环境中,系统能够智能地、实时地调整刚度和阻尼参数,以达到最优的振动抑制效果。 中国建筑第八工程局有限公司(1.“一种装配式磁性负刚度黏滞阻尼器”,申请号CN202310292721.3;2.“一种自复位式SMA负刚度黏滞阻尼器”,申请号CN202320593107.6,一种装配式磁性负刚度黏滞阻尼器;)公开了一种由三块呈相吸方式布置的磁负刚度结构与黏滞液体构成的负刚度阻尼器,该技术方案的特征在于:(1)此结构产生负刚度与阻尼的方向局限于单自由度,且不可调,难以有效隔离多方向的振动干扰,且缺乏随负载质量与激励频率变化而自适应调整的能力;(2)负刚度结构由同向磁化的永磁体活塞与上、下固定永磁体构成,上、下固定永磁体形成的励磁磁场关于其高度中心对称,但仅靠近活塞侧的磁场产生负刚度特性,另一侧漏磁多,磁场利用率低,产生的负刚度值有限,对重载或高频隔振系统的刚度时效果甚微;(3)阻尼特性源自永磁体活塞运动时,粘滞液体流经活塞和缸筒之间的间隙产生的阻尼力,将振动能量转化为热能。粘滞液体性质不稳定,易受到温度、湿度等外界环境因素的影响,在高温或低温环境下,其阻尼性能可能会发生变化,甚至可能无法正常工作,影响阻尼效果和使用寿命。 专利号201410399913.5公开了一种磁负刚度阻尼器,利用一对或多对沿轴向磁化第一永磁体与第二磁体的相对运动产生负刚度特性,利用第一磁体与导电管的相对运动形成电涡流阻尼作用。该技术方案的特征在于:(1)单自由度的磁负刚度阻尼器难以有效隔离多方向的振动干扰,且缺乏随负载质量与激励频率变化而自适应调整的能力;(2)磁场利用率低,产生的负刚度与阻尼值有限,对重载或高频隔振系统的刚度与阻尼时效果不显著。 专利CN202011189248.9、CN201610915703.6、CN201610834355.X、CN201510395953.7、CN201810300899.7、CN201811101215.7与CN202311199383.5均公开了多自由度隔振器,上述技术方案的特征在于:(1)对于沿径向或轴向均匀磁化的磁环,其产生的励磁磁场仅一侧被利用,磁场利用率低,产生的负刚度值有限,对重载或高频隔振系统的刚度时效果不佳;(2)仅具备刚度调控功能,而无法调节隔振阻尼,限制了振动衰减率的提升,难以实现全频带振动的高性能衰减。 综上,如何通过隔振结构与原理创新,设计一种自适应协同调控隔振刚度与阻尼的三自由度隔微振器,能够实时感知负载质量及外部激励频率的变化,并据此调控隔振刚度与阻尼,实现两者之间的精准协同配合,从而在多个维度上实现近全频带的高性能隔振效果。这一创新不仅有效隔绝了环境微振动对精密仪器设备的潜在干扰,还为高精度装调、测试及实验工作提供了更为稳定可靠的运行环境,对于推动科技进步、加速产业升级具有深远的战略意义。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
赵亚敏  崔俊宁  韩明  邹丽敏  金明睿  赵京东
技术所属: 哈尔滨工业大学
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