一种自调谐吸振器及其减振方法

本发明涉及吸振器技术领域，尤其涉及一种自调谐吸振器及其利用该自调谐吸振器的减振方法。

背景技术：

振动控制是通过不同的技术手段对主结构的振动进行抑制，最为常用的振动控制分类为：控制振源的振动、阻尼减振、动力吸振和振动隔离等。

控制振源的振动指的是从工艺和技术上减少或消除振动源，是预防振动的根本措施。比如用油烟机或水压机代替气锤。而使用某些技术将固体振动时的能量尽可能耗散在阻尼层中的方法称之为阻尼减振。其主要应用在一些阻尼减振器上，其通过励磁线圈和阻尼线圈为吸振器提供阻尼且阻尼可调节。然而励磁线圈在工作时会带来电磁干扰性的问题及需要提供大电源设备，不满足调频结构简单且可靠性强的要求。

振动隔离是采用附加子系统将振源与需要减振的对象隔开，以减少振源对对减振对象的影响。常用的隔振器有，钢弹簧隔振器，橡胶隔振器，空气弹簧以及防振沟。其中钢弹簧隔振器是一种常用的隔振器，它有螺旋弹簧式隔振器和板条式钢板隔振器两种类型。

然而以上隔振控制方法都存在可控制振动频带窄，对振动频率较敏感，且吸振效果不可调节的问题。

目前研究较多的吸振器有被动式吸振器，主动式吸振器和自调谐吸振器(半主动吸振器)。传统的被动式动力吸振器只能在很小的频率范围内达到吸振效果，但其结构简单、性能稳定，在实际中应用最为广泛。然而，当振源的振动频率发生偏移时，吸振器的吸振效果会因为失谐而急剧恶化，甚至会加剧受控对象的振动。主动式吸振器引入作动器，根据受控对象的振动状态实时调节吸振器对受控对象的作用力，使该作用力与受控对象的加速度的频率相等、相位相反，进而降低受控对象的振动响应。主动式吸振器直接控制受控对象的作用力，具有可控性高、减振性能好的优点，但是结构复杂耗能较大、系统容易失稳等缺陷极大地限制了其在工程上的应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种自调谐吸振器，用于解决上述背景技术中存在的不足。本发明提供的自调谐吸振器，能够解决被动式吸振器吸振频带窄、减振效果差等缺点，同时相对于主动吸振器又有耗能小、稳定性高的优点。

为实现上述发明目的，本发明提供如下的技术方案：

一种自调谐吸振器，包括驱动装置和执行单元；

所述驱动装置设置于受控系统上，并与设置于所述受控系统上的信号采集单元电连接，所述驱动装置上设置有导向装置，靠近所述驱动装置的一端设置有下支撑块，所述导向装置贯穿所述下支撑块，所述导向装置的顶端设置有上支撑块，所述驱动装置用于驱动所述下支撑块运动；

所述执行单元包括至少四组呈圆周阵列的弯板弹簧，每组所述弯板弹簧的两侧对称设置有至少一组质量块，每组所述弯板弹簧的顶端和底端分别连接于所述上支撑块和所述下支撑块。

优选地，所述驱动装置包括带有丝杆的驱动电机，所述下支撑块与所述丝杠转动连接。

优选地，所述驱动电机为一体式丝杠电机。

优选地，所述下支撑块与所述丝杠的丝杠螺母固定连接。

优选地，所述导向装置为设置于所述驱动装置外壳上的导向杆。

优选地，所述导向杆为4根圆柱杆。

优选地，所述上支撑块通过螺纹连接固定在所述圆柱杆的顶端。

优选地，所述弯板弹簧由两块弯曲的板簧相连接而成。

优选地，所述信号采集单元包括设置于所述受控系统上的加速度传感器和设置于所述受控系统上的振动信号采集器，所述振动信号采集器用于采集所述加速度传感器的加速度信号，并对所述加速度信号转化为频率信号，并控制所述驱动装置动作。

本发明的目的之二在于提供一种利用上述自调谐吸振器的减振方法，包括如下步骤：

s1受控系统收到外界激励时，信号采集单元采集受控系统的加速度信号；

s2信号采集单元对采集到的加速度信号进行处理，转化成频率信号，并控制驱动装置动作，使自谐调吸振器的固有频率与激励频率相同；

s3当激励频率变化时，再重复s1-s2的动作。

本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：

1.本发明涉及到的自调谐吸振器也叫半主动吸振器，它的某个(些)参数(频率、质量和阻尼)可以实时改变。这种吸振器能够满足宽频激励的减振需求，其通过对吸振器参数进行自适应调节使其固有频率自动去跟踪受控对象的外干扰频率，以充分发挥其吸振能力，进而利用该自调谐吸振器抑制受控对象的振动。自调谐式吸振器在一定程度上解决了被动式吸振器吸振频带窄、减振效果差等缺点，同时相对于主动吸振器又有耗能小、稳定性高的优点。

2.本发明提供的自调谐吸振器，本发明针对高端装备构件对低频段宽频率减振的要求，提出了一种可以用于吸收低频宽频带振动的刚度自谐调吸振器。采用弯板弹簧作为吸振器的变刚度元件，利用受控系统上的智能控制算法(本领域技术人员熟知的插值法)实现自谐调吸振器频率的自适应调整。该自谐调吸振器具有结构稳定，控制方法成熟，成本较低等优点。它通过安装在结构上的加速度传感器来实时监测受控系统的振动频率，并根据频率的变化自动调整自谐调吸振器的参数，使自谐调吸振器的固有频率能够根据受控系统的的变化实时调整，有效的拓宽了减振频带。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明的俯视图；

图中，1.弯板弹簧，2.上支撑块，3.质量块，4.驱动电机，5.下支撑块，6.导向杆，7.丝杠螺母。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

如图1-4所示，本发明提供了一种自调谐吸振器，包括驱动装置和执行单元；

所述驱动装置设置于受控系统上，并与设置于所述受控系统上的信号采集单元电连接，所述驱动装置上设置有导向装置，靠近所述驱动装置的一端设置有下支撑块5，所述导向装置贯穿所述下支撑块5，所述导向装置的顶端设置有上支撑块2，所述驱动装置用于驱动所述下支撑块5运动；

所述执行单元包括至少四组呈圆周阵列的弯板弹簧1，每组所述弯板弹簧1的两侧对称设置有至少一组质量块3，每组所述弯板弹簧1的顶端和底端分别连接于所述上支撑块2和所述下支撑块5。

在本发明中，所述驱动装置包括带有丝杆的驱动电机4，所述下支撑块5与所述丝杠转动连接。

在本发明中，所述驱动电机4为一体式丝杠电机。

在本发明中，所述下支撑块5与所述丝杠的丝杠螺母7固定连接。

本发明中，下支撑块5可以直接与丝杠转动连接，例如：通过下支撑块5内设置的内螺纹与丝杠的外螺纹相配合，以实现丝杠的转动带动下支撑块5的运动；本发明中，下支撑块5还可以将其通过螺纹连接于丝杠的丝杠螺母7上，通过丝杠转动，带动丝杠螺母7运动，进而实现下支撑块的运动，进而实现弯板弹簧1的改变，实现自谐调吸振器的刚度的调节。

在本发明中，所述导向装置为设置于所述驱动装置外壳上的导向杆6，利用导向杆6对下支撑块5其导向作用，使下支撑块5沿导向杆6运动,；本发明中，优选地，导向杆6一端设置于驱动装置的外壳上，数量优选为4根，且彼此对称设置。

在本发明中，所述导向杆为4根圆柱杆。

在本发明中，优选地，所述上支撑块2通过螺纹连接固定在所述圆柱杆的顶端，本领域技术人员还可以根据实际需要选择将上支撑块2焊接在圆柱杆上。

在本发明中，所述弯板弹簧由两块弯曲的板簧相连接而成。

在本发明中，所述信号采集单元包括设置于所述受控系统上的加速度传感器和设置于所述受控系统上的振动信号采集器，所述振动信号采集器用于采集所述加速度传感器的加速度信号，并对所述加速度信号转化为频率信号，并控制所述驱动装置动作。

本发明的上述技术方案中，弯板弹簧1的数量至少设置为四组，本领域技术人员可以根据实际需要将其设置为六组呈圆周阵列的弯板弹簧，亦或者是设置八组；每组弯板弹簧1两侧的质量块3的设置数量应保证至少设置一组，质量块3构成自谐调吸振器的动质量，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，例如设置为两组、四组等。

本发明还提供了上述自谐调吸振器的减振方法，包括如下步骤：

s1受控系统收到外界激励时，信号采集单元采集受控系统的加速度信号；

s2信号采集单元对采集到的加速度信号进行处理，转化成频率信号，并控制驱动装置动作，使自谐调吸振器的固有频率与激励频率相同；

s3当激励频率变化时，再重复s1-s2的动作。

另外，对本发明提出的上述智能算法的解释：

吸振器主要减的是系统固有频率处的振动，所以首先要识别出当前系统的固有频率。在固有频率处表现为振动幅值最大，可以通过幅值大小去确定系统的固有频率，这是一个不断寻优的过程。可以理解为先初步确定一个大的频率范围，再不断缩小这个范围区间，最后满足所要求的精度，此时得到的就是系统的固有频率。由于在不同跨距下，该吸振器的固有频率是不同的，所以我可以算出理论上在不同跨距时所对应的频率是多少，也可以通过实验测出。但是理论上或者实验列举出的数据是有限的，实际上跨距的变化过程是连续，因此频率也是连续的。我们应该用计算或测试出的数据，用这些数据列出跨距和频率的对应关系表，采用插值的方法就可以计算出整个变化范围内所有对应值。例如：在频率12hz的时候，跨距应该为30mm，在13hz的时候跨距为35mm，而此时经过信号采集单元测得的频率是12.3hz，此时对应的跨距，是根据插值计算出来的。然后信号采集单元发送指令给电机让其转动到对应的跨距。

应当明确的是上述智能算法并不属于本发明的发明核心点，只是作为对智能算法的一种解释，本领域技术人员熟知此种算法，在此不再过多的介绍。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。