[发明专利]一种变频振动自学习快速调谐吸振系统

说明书

本发明公开了一种变频振动自学习快速调谐吸振系统，包含被控振动初级系统、刚度阻尼可调谐电磁吸振和强化学习快速调谐控制系统；其中刚度阻尼可调谐电磁吸振包含永磁振子、刚度控制电磁线圈、导电铜片、阻尼控制电磁线圈和固定外框架；强化学习快速调谐控制系统包含强化学习模块、耦合动力学模块和频率辨识模块。本发明将强化学习植入吸振器的控制系统，通过使吸振与外部振动环境进行交互不断累计学习经验，学习完成后的吸振能快速调谐至最优状态并完成对初级振动系统的振动抑制。

技术领域

本发明涉及振动抑制技术领域，具体为一种变频振动自学习快速调谐吸振系统。

背景技术

动力吸振器最早出现于1909年，与隔振器相比，动力吸振器的优点在于其可以实现小型轻量化设计、对被控对象原结构破坏小、而同时又具有杰出的制振性能，其在机械振动抑制、建筑制振等领域具有广阔的应用范围。动力吸振器是广泛应用于工程实践中的一种减振技术。其通过在被控主振系的特定部位附加一个具有质量和刚度的子系统即动力吸振器，通过合理地选择动力吸振器的动力参数、结构形式及与主振系的耦合关系，从而改变主振系的振动状态，使能量重新分配，即将主振系上的振动能量转移到动力吸振器上，从而减少或消除主振系的振动。对于通常可以简化为单自由度质量弹簧系统的动力吸振器而言，就是要将附加子系统的质量和刚度调谐至其固有频率与主振系激励频率相同，从而引起动力吸振器发生反共振，使被控主振系的振动能量最大程度地输入到动力吸振器上，达到对被控主振系减振的目的。由于动力吸振器结构简单、减振效果明显、易于实施，因此在工程实践中得到了广泛应用。

动力吸振器最早的工程应用见于1909年Frahm在德国邮船上安装的防振水箱，但是当时并没有明确它的基本构造和原理。1928年J.Ormondroyd和Den Hartog通过对单自由度振动系统的研究，提出了利用动力吸振器的阻尼作用降低主振动系统振幅的动力吸振器设计思想，确定了最优阻尼的存在，建立了动力调谐原理。在此基础上，Hahnkamm利用振幅曲线上存在两个不受阻尼大小影响的定点现象，推导出了动力吸振器的最优同调频率。随后，Brock于1946年推导出了最优阻尼的关系，形成了完整的关于传统的动力吸振器的理论体系。从上世纪中后期开始，人们的研究重点主要是在传统吸振器的基础上，通过改变结构特点、利用特殊材料等来不断寻求适合当今技术发展要求的动力吸振技术。比如，多重动力吸振器、利用记忆合金和磁流变体等智能材料设计的新型吸振器。

从技术特点上来看，可以将动力吸振器分为被动吸振器，半主动吸振器和主动吸振器。传统来讲，我们用来抑制振动的方法主要是被动式吸振器，被动吸振器的各项参数设定后就不再改变，因此主要适用于对单一激励频率进行振动抑制，其结构简单、性能稳定，但控制频率范围太窄。主动吸振器的最大特点是根据被控对象的实际振动情况，对被控对象产生一个反相作动力，抵消原振动，实现减振目标，其控制精度和减振效果最好，但结构复杂且能耗较高，而且对控制系统的要求非常高，因此主要被应用于光学设计或精密加工等对减振效果要求很高的领域。半主动吸振器也称为自调谐吸振器，它的某些参数（频率、阻尼和质量）可在线改变，因此其能够针对变化的激励频率进行减振，宽频减振效果较被动吸振器有很大提高。半主动吸振器介于前两者之间，其减振效果接近主动吸振器，而且结构相对简单、控制方便、耗能较少，因此更具有应用前景。

现有技术中已有的半主动吸振器的调谐速度较慢，很难满足实时调谐的要求，对变频振动的抑制效果不够理想。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种变频振动自学习快速调谐吸振系统，本发明将强化学习植入吸振器的控制系统，通过使吸振与外部振动环境进行交互不断累计学习经验，学习完成后的吸振能快速调谐至最优状态并完成对初级振动系统的振动抑制。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变频振动自学习快速调谐吸振系统，包括被控振动初级系统、刚度阻尼可调谐电磁吸振和强化学习快速调谐控制系统；

所述刚度阻尼可调谐电磁吸振包含永磁振子、刚度控制电磁线圈、导电铜片、阻尼控制电磁线圈和固定外框架；