[发明专利]一种自感知自供电自适应控制磁流变减振系统

说明书

技术领域

本发明属于一种新的能量采集及应用系统，具体涉及一种自感知自供电自适应控制磁流变减振系统。

背景技术

磁流变减振器作为一种智能减振装置，具有结构简单、体积小、能耗低、阻尼连续可调等优点，已逐渐成为结构振动控制领域里的研究和应用热点。目前的磁流变减振器系统需要专门的传感系统实现对工作状态的感知，这无疑会导致系统的成本增加。此外，磁流变减振器需要可调的磁场激励，这需要外部电能的输入，而在一些偏远的地区，电力常常不能够送达；而有时即便电力能够送达，但常常也会由于自然灾害的原因导致供电难以持续保证。这些因素，限制了磁流变减振器的应用领域。为此，近年来，国内外的研究人员提出了对磁流变减振器进行自供电的新方法。美国专利（US20080053763）提出了一种永磁动铁式的原理性结构，利用弹簧振子上的永磁体上下切割磁力线产生感应电动势为磁流变阻尼器供电，由于该方案体积庞大、能量转换效率低，难以集成到磁流变阻尼器内部难以提供足够的电能供磁流变阻尼器工作，并且该专利还未涉及能量的储存和管理。中国专利（CN200710034309.2），提出了一种自供电磁流变智能减振系统，采用布置在减振器外侧的齿条齿轮传动的方式，驱动直流发电机发电，给磁流变减振器供电，其局限性非常明显，由于发电装置布置在减振器外侧，并且暴露在外，结果导致系统体积庞大，对工作环境要求较高。中国专利（CN200710034309.2），提出一种一多叶片碟型电磁式机械能量采集器，结构布置在减振器的内侧，也有一定的局限性，由于磁流变液比较稠，导致叶片转速比较慢，产生的电能仅能够对传感器供电，而且不能实现对减振器自身状态感知。

发明内容

本发明的目的是提供一种自感知自供电自适应控制磁流变减振系统，将磁流变减振器的振动能量转化为电能，实现磁流变减振器状态感知并进行电能供给，并根据状态自适应地调节阻尼力大小，从而拓展并增强磁流变减振器在结构振动中的应用领域。

本发明的目的是采用下述方案来实现的：

一种自感知自供电自适应控制磁流变减振系统，由双伸杆磁流变减振器、振动能量采集装置、能量存储及管理模块、状态自感知模块及自适应控制系统组成。所述双伸杆磁流变减振器的活塞缸延伸一部分，在该延伸出的这部分缸体内集成安装振动能量采集装置、能量存储及管理模块、状态自感知模块及自适应控制系统。

所述振动能量采集装置由丝杠、滚珠丝杠固定座A、定子线圈、定子铁心、永久磁钢、转子铁心、滚珠丝杠固定座B 、滚珠丝杠机构、 电压调节装置及蓄电池组成。所述丝杠与双伸杆磁流变减振器的活塞杆B固定连接，或与活塞杆B直接加工为整体。滚珠丝杠机构装在丝杠前端并位于滚珠丝杠固定座A和滚珠丝杠固定座B围成的空间中，滚珠丝杠固定座A和滚珠丝杠固定座B与活塞缸连接固定，转子铁心及永久磁钢固定在滚珠丝杠机构的滚珠部分上，定子铁心及定子线圈与活塞缸固定。当磁流变减振器处于振动状态时，磁流变减振器活塞杆B带动丝杠作直线运动，通过滚珠丝杠机构，转化为转子铁心及永久磁钢绕定子铁心及定子线圈的旋转切割磁力线运动，从而实现机械能量向电能转换。 

所述振动能量存储及管理模块可对振动能量采集装置产生的电能进行存储及管理，实现电能存储，并对自适应控制器、力传感器以及励磁线圈供电，电压调节装置根据振动能量采集装置的电压高低改变晶闸管导通角，保持振动能量采集装置输出电压的稳定，同时对电能的整流、滤波、储存及释放进行管理。

所述状态自感知模块由定子线圈、力传感器及信号调理模块组成，力传感器固定在滚珠丝杠固定座A、滚珠丝杠固定座B与滚珠丝杠机构之间，信号调理模块与活塞缸连接，定子线圈及信号调理模块根据振动能量采集装置产生信号的波形及滚珠丝杠机构的结构参数，计算磁流变减振器活塞杆B的振动位移和速度，根据力传感器采集减振器活塞杆B上的拉力或压力，实现对磁流变减振器工作状态的感知。

所述自适应控制系统由力传感器、信号调理模块及自适应控制器组成，自适应控制器固定在活塞缸底部，当磁流变减振器处于振动状态时，自适应控制系统根据磁流变减振器工作状态调整输入励磁线圈的电流大小，实现阻尼力的调节。

本发明通过能量采集装置将系统的机械能量转化为电能，电能由能量存储及管理模块进行存储与管理，对传感器、控制器及磁流变减振器供电；通过状态自感知模块实现磁流变减振器自身工作状态的感知，为自适应控制提供决策依据；自适应控制器根据磁流变减振器自身工作状态自适应调节磁流变阻尼器的工作阻尼力；从而实现磁流变减振器的状态自感知、能量自供给的自适应控制，可极大地拓展磁流变减振器的应用领域。