一种主被动混合隔振系统中磁悬浮作动器位移自感知方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机械设备隔振领域，尤其设及机械设备的主被动混合隔振领域，特别 设及一种可W承载设备重量、降低设备的宽频振动传递、控制低频线谱振动、防止设备因倾 斜、摇摆、冲击等造成作动器结构损坏的一种抗冲击型主被动混合隔振器。
【背景技术】
[0002] 主被动混合隔振系统一般主要由被动隔振器、传感器、作动器、控制器组成。其中， 被动隔振器主要用来作为支撑被隔振设备，并且隔离宽频振动;传感器用来检测系统的振 动参数，并且将检测到的参数传输到控制器;控制器按照一定的控制策略向作动器输出控 制指令，作动器根据控制器的信号输出相应的力。作动器是控制器和被控对象之间联系的 纽带，作动器自感知实现了作动器既是执行机构，又是感应机构的功能，简化了系统的结 构，增加了系统的可靠性。
[0003] 现有的《分时压电自感知作动器》（中国专利号200820097755.8)压电片在某一时 间段作为传感器而在下一时间作为作动器，在传感器与作动器之间交替切换，时序由计算 机或控制器控制，但不能够同时实现传感器与作动器的作用。《一种超磁致伸缩微位移自感 知驱动方法及执行器》（中国专利号201210574209.X)基于逆磁致伸缩效应，外力导致超磁 致伸缩材料的磁导率变化，即励磁线圈的电感变化，通过测量线圈电感实现力的自感知，但 其对外界条件的要求较高，且应用范围在超精密加工与测量方面，应用范围不广。《智能气 囊隔振装置》（中国专利号200910063656.7)是一种W气囊隔振器作为弹性元件的智能隔振 装置，其利用的传感器为电满流位移传感器，能够实现高精度的姿态调整，由于其内部没有 作动器，只能进行被动隔振，位移检测也只能依靠电满流位移传感器。《主被动混合隔振器》 (中国专利号201210198889.X)、《抗冲击型主被动混合隔振器》（中国201520320165.7)采用 气囊隔振器承载设备重量并隔离设备宽频振动，同时由作动器隔离设备线谱振动，具有隔 振性能优越，占用空间小、安装方便等优点，但是其姿态调整需要电满流位移传感器，且只 能获得所有作动器的平均间隙位移，作动器只作为执行器来使用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能作为力的输出机构，又能够作为 传感器使用，使作动器的智能化程度提高，可靠、稳定的主被动混合隔振系统中磁悬浮作动 器位移自感知方法。
[0005] 本发明目的的实现方式为，一种主被动混合隔振系统中磁悬浮作动器位移自感知 方法，所用位移自感知磁悬浮作动器的上盖板、下盖板之间有囊体，囊体内有衔铁、线圈、E 型铁忍，E型铁忍与永磁体之间有气隙，在E型铁忍与衔铁之间，有磁通产生，并有磁感线；
[0006] 线圈接功率放大器，上盖板接充放气控制单元，功率放大器、充放气控制单元接控 制器;功率放大器衔铁移动时，气隙发生变化，引起磁路中磁阻的变化，从而导致线圈3中的 电感发生变化，进而引起线圈两端的电压发生变化，位移自感知的具体步骤是：
[0007]第一步，在线圈端加入幅值小且恒定的高频正弦电压信号，此时，功率放大器输出 端输出控制信号和高频小信号的混叠正弦信号ic(t) + il(t);作动器两端的电压为U2(t)，且
[000引 U2(t) = ( j0oL+Rc)(ii(t)+ic(t)) (I)
[0009] 式中，Re为线圈电阻，L为线圈电感，《0为高频小信号的频率，其中il(t) = ImCOS? Ot;推导作动器线圈的电感，
[0011] 所述线圈的加入正弦电压信号的控制电流大于1A，频率小于200Hz，高频小信号的 幅值小于20mA，输入信号频率为大于化化；
[0012] 第二步，将作动器两端的电压进行高频滤波，滤除电压中与控制电流有关的电压 量，由于高频小信号在线圈电阻上产生的电压是个微小量，加W忽略，得到调幅电压U3(t)， 且
[0014]第=步，将调幅电压进行解调，也就是乘W其单位余弦得电压U4(t)，且
[0016] 第四步，将解调后的电压进行低通滤波，除去2倍的中屯、频率成分，可得与衔铁位 移成正比的电压信号并输入到控制器中；
[0017] 与衔铁位移成正比的电压信号U日(t)，
[0019] 第五步，控制器通过控制充放气单元对气囊进行充放气并进行气隙的调整。
[0020] 本发明的位移自感式磁悬浮作动器的自检测线量程由线圈电感变化量和位移变 化量之间的关系决定，灵敏度与作动器的设定位移成反比。
[0021] 与现有技术相比，本发明的优点是：
[0022] (1)本发明中的位移自感式磁悬浮作动器既能够作为现在系统中位移传感器的备 份，又可W精确得到每个作动器的位移，增强整个系统的可靠性，简化整个主被动混合隔振 系统，降低成本。
[0023] (2)本发明使得磁悬浮作动器智能化，使得作动器不仅仅作为输出力的装置，而且 可W通过向线圈注入高频小信号，通过滤波调检测衔铁的位移，使整个系统的集成度提高， 可靠性增强。
【附图说明】
[0024] 图1是位移自感知的主被动混合隔振系统基于高频小信号注入法结构框图；
[0025] 图2是本发明的作动器线圈输入电流频谱图；
[0026] 图3是本发明的作动器线圈两端输出电压频谱图；
[0027] 图4是本发明的作动器位移与电压关系图；
[0028] 图5是本发明的作动器位移变化量与电感变化量关系图；
[0029] 图6是位移自感知的主被动混合隔振系统实施的具体步骤；
[0030] 图7是本发明的永磁体磁悬浮作动器原理结构图；
[0031] 图8是本发明基于开关功放纹波实现位移自感知的结构框图。
【具体实施方式】
[0032] 下面参照附图详述本发明。参照图1、2、3、6、7、8，
[0033] 本发明位移自感知的磁悬浮作动器2的上盖板8、下盖板9之间有囊体1，囊体内有 衔铁7、线圈3、E型铁忍4，E型铁忍4与永磁体5之间有气隙6,在E型铁忍4与衔铁7之间，有磁 通11产生，并有磁感线。
[0034] 线圈3接功率放大器，上盖板接充放气控制单元，功率放大器、充放气控制单元接 控制器;功率放大器衔铁7移动时，气隙6发生变化，引起磁路中磁阻的变化，从而导致线圈3 中的电感发生变化，进而引起线圈两端的电压发生变化，位移自感知的具体步骤是：
[0035] 第一步，在磁悬浮作动器功率放大器端加入幅值小且恒定的高频正弦电压信号m (t)，此时，功率放大器输出端输出控制信号和高频小信号的混叠正弦信号ic(t) + il(t);作 动器两端的电压为U2(t)，且
[0036] U2(t) = ( j〇oL+Rc)(ii(t)+ic(t)) (I)
[0037] 式中，R。为线圈电阻，L为线圈电感，WO为高频小信号的频率，其中ii(t) = ImC〇s? Ot;推导线圈的电感，
[0039] (2)式经过在平衡位置XO泰勒展开并省略掉高阶项后得
[0041] 其中P为常量且
hm为永