[发明专利]承重可调准零刚度电磁隔振器及其控制方法

权利要求书

1.一种承重可调准零刚度电磁隔振器，包括被隔振设备、底座、一组垂直方向的电磁弹簧、两组水平方向的电磁弹簧，底座左右两侧安装有外框架，其特征在于还包括控制电路，水平方向的电磁弹簧包括一组电磁铁和两块永磁体，被隔振设备右侧通过连杆与右侧水平方向电磁弹簧的第一块永磁体连接，右侧水平方向电磁弹簧的第一块永磁体通过导杆与第二块永磁体连接，第二块永磁体与电磁铁连接，电磁铁固定在右侧外框架上；垂直方向的电磁弹簧包括两组电磁铁和三块永磁体，被隔振设备通过载物台架与垂直方向电磁弹簧的第一组电磁铁连接，垂直方向电磁弹簧的三块永磁体串接在两组电磁铁之间，永磁体之间通过导杆连接，第二组电磁铁固定在底座上；被隔振设备左右两侧呈对称结构；载物台架上安装有力传感器；控制电路输入端与力传感器连接，控制电路输出端与电磁铁连接。

2.根据权利要求1所述的承重可调准零刚度电磁隔振器，其特征在于，所述控制电路包括A/D转换模块、控制器、功率转换模块，A/D转换模块、控制器、功率转换模块依次连接，功率转换模块与电磁铁连接。

3.根据权利要求2所述的承重可调准零刚度电磁隔振器，其特征在于，所述控制器为AT89S51单片机。

4.根据权利要求1所述的承重可调准零刚度电磁隔振器，其特征在于，所述永磁体为钕铁硼永磁体。

5.根据权利要求1所述的承重可调准零刚度电磁隔振器，其特征在于，所述电磁铁为直流电磁铁。

6.如权利要求1所述的承重可调准零刚度电磁隔振器的控制方法，其特征在于，该方法为：

1)对承重可调准零刚度电磁隔振器的一组电磁弹簧进行实验，得到电磁斥力与气隙和电流变化的数据，对测得的数据利用数值仿真软件进行曲线拟合，得到近似公式：

F=p1*exp(-zp2)*exp(-ip3),]]>

其中：F表示电磁弹簧产生的斥力，z表示两块永磁体之间的距离，i表示线圈中控制电流的大小，p₁，p₂，p₃表示与永磁体型号和直流电磁铁线圈匝数相关的系数；

2)对承重可调准零刚度电磁隔振器进行受力分析，求出系统所受合力∑F：

ΣF=-2p1*exp(-b+a2-x2p2)*exp(-i1p3)xa2-x2+p1*exp(-c+xp2)*exp(-i2p3)-p1*exp(-d-xp2)*exp(-i3p3),]]>

其中：a表示连杆的长度，b表示水平电磁弹簧中电磁铁到载物台架的距离，c表示垂直电磁弹簧中间永磁体到其下方永磁体之间的距离，d表示垂直电磁弹簧中上方永磁体到中间永磁体之间的距离，x表示垂直电磁弹簧中滑动磁铁相对初始位置的变化距离，i1表示水平电磁铁中的控制电流，i₂和i₃分别表示垂直电磁弹簧中第一组电磁铁和第二组电磁铁中的控制电流；

3)对2)中的合力公式求导，得到系统的总刚度K：

K=-2p1*exp(-b+a2-x2p2)-i1p3a2-x2-2p1x2*exp(-b+a2-x2p2-i1p3)(a2-x2)32+,]]>

p1*exp(-b-xp2-i3p3)p2+p1*exp(-c+xp2-i2p3)p2+2p1x2*exp(-b+a2-x2p2-i1p3)p2(a2-x2)]]>

4)将平衡位置设置在水平位置，得到处于静平衡位置时垂直方向电磁

铁中控制电流i₂和i₃的关系：

mg=p1*exp(-c+xp2)*exp(-i2p3)-p1*exp(-d-xp2)*exp(-i3p3),]]>

其中：mg表示承载重物的重量；

5)在平衡位置时，刚度的导数为零，得到下列公式：

cp2+i2p3=dp2+i3p3,]]>

6)在平衡位置时，令刚度的最小值为零，得到准零刚度条件：

Kmin=p1p2*exp(-cp2-i2p3)+p1p2*exp(-dp2-i3p3)-2p1a*exp(-b+ap2)*exp(-i1p3)=0,]]>

其中：K_min为刚度的最小值；

7)根据步骤4)～6)确定控制电流i₁，i₂和i₃满足的关系。