一种半主动单摆式调谐质量阻尼器的制作方法

本发明属于土木工程、振动控制技术领域，具体为一种半主动单摆式调谐质量阻尼器。

背景技术：

在当今社会，调谐质量阻尼器因为有对原建筑结构改动小、施工方便、减振控制效果显著等优点而被广泛关注，并在国内外的建筑结构中都有应用，如台北101大厦、上海中心等。但传统的调谐质量阻尼器具有对频率的调谐敏感性的缺点，不仅建筑结构的自身损伤等会影响调谐质量阻尼器的减振效果，某些时候其自身的特性，如黏滞阻尼器的退化或当建筑结构的某一构件作为调谐质量阻尼器的质量时质量的变化也会影响其控制效果。而且，设计时结构的自振频率估计值与其实际自振频率存在差异因此，如何实现调谐质量阻尼器的自适应控制，使其能调节自身频率与结构的频率相近，以达到良好的减振效果，就成为了一个新的很有意义的研究方向。

半主动控制属于参数控制，利用控制机构来主动调节结构的内部参数，使结构始终处于最优的状态。半主动控制与主动控制相比，不需要大量的外部输入力，只需要少量的外部输入力来驱动实施作用力的驱动器，尽可能主动利用结构振动响应过程中的相对变形和速度，来实现最优控制。半主动控制兼具被动控制简单易行与经济性的优点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种半主动单摆式调谐质量阻尼器，以克服现有技术中的上述缺点，能够调节自身频率与主结构的频率相同，以满足调谐被控结构频率的要求，从而达到良好的减振效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种半主动单摆式调谐质量阻尼器，其特征在于，包括单摆式调谐质量阻尼器(2)和伺服控制系统，所述半主动单摆式调谐质量阻尼器(2)安装于主结构(1)的顶部。其中：

所述单摆式调谐质量阻尼器(2)包括质量块(7)、摆绳(8)和黏滞阻尼器(9)；所述质量块(7)发生水平向振动时，带动黏滞阻尼器(9)运动，耗散能量；所述黏滞阻尼器(9)一端连接质量块(7),一端连接限位装置(10)。

所述伺服控制系统包括控制电路板(3)、加速度传感器i(4)、加速度传感器ii(5)和步进电机(6)；所述加速度传感器i(4)放置于主结构(1)的顶部，用于测量获得主结构(1)整体发生位移时的加速度；所述加速度传感器ii(5)放置于质量块(7)的侧面并与质量块(7)连接，用于测量获得质量块(7)实时的加速度。所述加速度传感器i(4)和加速度传感器ii(5)分别与控制电路板(3)连接用于采集主结构(1)、质量块(7)的发生水平振动时的加速度值，并计算摆绳长度差值，用于作为依据控制步进电机(6)的旋转角度。所述步进电机(6)的输出转轴与摆绳(8)根部连接，用于改变所述摆绳(8)的下垂长度。

如此，根据环境需要，在选定的时段启动所述伺服控制系统进行所述摆绳(8)的长度调节，而不必实时启动。即：单片机电路板(3)接受并处理所述加速度传感器i(4)和加速度传感器ii(5)信号后，计算对应所需调节的摆绳长度，并控制所述步进电机(6)旋转用于调节与之连接的摆绳(8)的长度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

本发明的半主动单摆式调谐质量阻尼器，摆绳的长度可通过伺服控制系统进行精确调节，且无须实时调节，仅在选定时段进行即可，所需供电量小，能够精确调节调谐质量阻尼器频率与主结构频率相同；并能简化结构的抗风和抗震的分析设计。具有耐久性好、减振效果良好、安装简单、操作便捷等优点。

附图说明

图1是本发明的半主动单摆式调谐质量阻尼器主视图；

图2是本发明的单摆式调谐质量阻尼器主视图；

图3是本发明的伺服控制系统示意图；

图中标号：1-主结构，2-半主动单摆式调谐质量阻尼器，3-控制器电路板，4-加速度传感器i，5-加速度传感器ii，6-步进电机，7-质量块，8-摆绳，9-黏滞阻尼器，10-限位装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1至图3所示，本发明的半主动单摆式调谐质量阻尼器由单摆式调谐质量阻尼器(2)和伺服控制系统组成，所述半主动单摆式调谐质量阻尼器(2)安装于主结构(1)的顶部。其中：

所述单摆式调谐质量阻尼器(2)包括质量块(7)、摆绳(8)和黏滞阻尼器(9)；所述质量块(7)发生水平向振动时，带动黏滞阻尼器(9)运动，耗散能量；所述黏滞阻尼器(9)一端连接质量块(7),一端连接限位装置(10)。

所述伺服控制系统包括控制电路板(3)、加速度传感器i(4)、加速度传感器ii(5)和步进电机(6)；所述加速度传感器i(4)放置于主结构(1)的顶部，用于测量获得主结构(1)整体发生位移时的加速度；所述加速度传感器ii(5)放置于质量块(7)的侧面并与质量块(7)连接，用于测量获得质量块(7)实时的加速度。

所述加速度传感器i(4)和加速度传感器ii(5)分别与控制电路板(3)连接用于采集主结构(1)、质量块(7)的发生水平振动时的加速度值，并计算摆绳长度差值，用于作为依据控制步进电机(6)的旋转角度。所述步进电机(6)的输出转轴与摆绳(8)根部连接，用于改变所述摆绳(8)的下垂长度。

所述控制电路板3(本实施例具体选用单片机电路板实现)接受并处理所述加速度传感器i(4)和加速度传感器ii(5)信号后，可一次性精确计算确定出所需调节的摆绳长度，并控制所述步进电机(6)一次性完成所述摆绳(8)的长度调节。

所述质量块(7)发生水平向振动时，带动黏滞阻尼器(9)运动，耗散能量；

所述黏滞阻尼器(9)一端连接质量块(7),一端连接限位装置(10)。

本实施例中，所述单片机电路板接受并处理所述加速度传感器i和加速度传感器ii信号后，可一次性精确计算所需调节的摆绳长度，并控制所述步进电机一次性完成所述摆绳的长度调节。

本发明能实现单摆式调谐质量阻尼器频率的精确调节，提高减振效果，简化阻尼器的设计，且阻尼装置控制效果好，结构简单，易于维护安装，耐久性好。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说，实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种半主动单摆式调谐质量阻尼器，由单摆式调谐质量阻尼器和伺服控制系统组成。其中：单摆式调谐质量阻尼器由质量块、摆绳和黏滞阻尼器组成；伺服控制系统由单片机电路板、加速度传感器I、加速度传感器II和步进电机组成。本发明的摆绳的长度可通过伺服控制系统进行调节，以实现单摆式调谐质量阻尼器频率的精确控制。与现有技术相比，本发明能实现单摆式调谐质量阻尼器频率的精确调节，提高减振效果，简化阻尼器的设计，且阻尼装置控制效果好，结构简单，易于维护安装，耐久性好等。

技术研发人员：王梁坤;施卫星;欧阳郁汀;修晟;赖道光;张寒青
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2017.04.07
技术公布日：2017.07.04