[发明专利]被动阻尼和主动阻尼相结合智能减振装置

说明书

技术领域

本发明涉及到材料学科和电子、通信与自动控制技术领域，具体涉及一种被动阻尼和主动阻尼相结合智能减振装置。

背景技术

各类机械在运行时由于部分零件的松动或损害，回转件不平衡，产生共振等原因，不可避免的导致了振动的发生。振动会给机械带来巨大的危害如内部结构的破坏、运行精度的下降、噪音的产生等，所以机械运行时的减振问题日益的重要。

阻尼材料是一种能吸收振动机械能，并将它转化为热能、电能、磁能或其它形式的能量而损耗掉的一种功能材料。根据基体的不同，阻尼材料可分为聚合物阻尼材料、陶瓷类耐高温阻尼材料、高阻尼合金材料、智能型阻尼材料四种，其中，聚合物阻尼材料的减振效果最好，应用最为广泛。

压电效应是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形。基于正压电效应，可将振动信号转化为电压信号，作为传感器使用。基于逆压电效应，可通过对压电材料施加电压产生一定的机械力，作为驱动器使用。

主动阻尼是利用基于压电效应的智能结构，利用传感器将振动信号转化为电压信号，通过采集卡将信号输入到控制器，经过控制器对信号计算处理，将信号输出至驱动电源，通过驱动电源控制驱动器，实现对控制的智能控制。

然而主动阻尼智能结构的缺点是：基本上是通过对结构振动主动控制或外加机械力实现的，对于结构振动的抑制需要外界提供足够的能量，而且系统的结构复杂，控制系统硬件的误操作（或者故障）有时会使系统完全丧失主动阻尼作用。而被动阻尼是依托于阻尼材料自身的性质，所以阻尼性能有一定的局限性。为了弥补各自的缺陷，将主动阻尼和被动阻尼材料相结合，具有更高的可靠性、更宽的控制频带，且需要的控制能量少，还可消除不确定性控制溢出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种被动阻尼和主动阻尼相结合智能减振装置，以便能够有效地降低振动。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的智能减振装置，是一种被动阻尼和主动阻尼相结合智能减振装置，该装置中，被动阻尼是利用阻尼材料吸收部分机械能，主动阻尼是利用基于压电效应的主动阻尼智能结构，实现对振动的有效控制，所述主动阻尼智能结构由传感器、驱动器、采集卡、控制器、驱动电源以及实时控制系统组成，其中：传感器与驱动器粘接到被动阻尼材料的表面，并与控制器相连接；传感器与采集卡相连接，驱动器与驱动电源连接，采集卡、驱动电源和控制器与实时控制系统相连接。

所述被动阻尼材料可以采用聚合物基阻尼材料或高阻尼合金材料。

所述传感器与驱动器均可以采用压电陶瓷片。

所述控制器采用PID模糊算法，其控制参数可以根据振动的振幅进行设定，使减振效果达到最佳。

所述实时控制系统为由XPC target制作而成或直接购买。

本发明提供的上述智能减振装置的制备方法，具体是采用以下步骤的制备方法： 

（1）前期准备：根据外界振动的频率和振幅，确定所需被动阻尼材料的种类、压电陶瓷的数目以及控制器的控制参数；

（2）制作成型的被动阻尼材料：将被动阻尼材料粘贴到需振动控制部位的表面，或直接作为结构件使用；

（3）粘贴：将多个压电陶瓷片分别作为传感器或驱动器，然后将压电陶瓷片根据外界振动分布情况粘贴到已成型的被动阻尼材料的表面；

（4）组建主动阻尼智能结构：在压电陶瓷片表面焊接出引线，其中作为传感器的压电陶瓷片的引线与采集卡相连接，作为驱动器的压电陶瓷片的引线与驱动电源连接，然后采集卡、驱动电源和控制器与实时控制系统相连接，组建主动阻尼智能结构；

（5）将被动阻尼材料未粘贴压电陶瓷的一侧粘接到需减振的部位。

上述步骤（2）中，利用粘合剂或焊接的方式将被动阻尼材料粘贴到需振动控制部位的表面。所述粘合剂可以采用环氧树脂强力胶、101胶、XY401胶等。（粘合剂种类可不用设定，只要使用即可）

上述步骤（4）中，采集卡、驱动电源和控制器可以通过网线与XPC target实时控制系统相连接或通过卡槽与直接购买的实时控制系统连接。

本发明提供的上述智能减振装置，其在各类机械减振中的应用，该智能减振装置置于机械运行时振动较剧烈的部位，通过调节控制器PID控制参数，使机械减振达到控制效果。

本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：