專利名稱：嵌入式磁流變減振系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種半主動阻尼減振系統(tǒng)，尤其涉及采用磁流變阻尼器來減振的 嵌入式磁流變減振系。
背景技術：
現(xiàn)代航空、航天、國防和電子等新技術的興起，幾乎帶動所有工業(yè)技術的迅速發(fā) 展。例如，汽輪機、水輪機和電機等動力機械，汽車、船舶、飛機等交通運輸工具，航天發(fā)射 器、武器發(fā)射系統(tǒng)、核電站保護裝置等國防和武器系統(tǒng)等，都向著高速重載的方向發(fā)展，其 振動問題已經(jīng)日益成設計者們所面臨的問題。車輛、飛機、導彈、艦艇以及自動武器通常在 最惡劣的環(huán)境中工作，其對減振技術的要求最為迫切。目前，國內市場車輛用減振器一般采用液力減振器(或充氣式減振器)和機械調 節(jié)方式，普遍存在的問題是“發(fā)硬”、“異響”、“漏油”三大難題，且存在結構復雜、響應速度 慢、工作頻帶窄等缺陷。為了解決上述問題，目前，出現(xiàn)磁流變減振系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用磁流變減振器在零磁 場條件下呈現(xiàn)出低粘度的特性，而在強磁場作用下，呈現(xiàn)出高粘度、低流動性的液體特性， 從而，改變阻尼力，實現(xiàn)減振控制，但是，目前的磁流變減振系統(tǒng)都采用單片機或者DSP處 理器，單片機或者DSP處理器的系統(tǒng)內部的資源有限，無法很好地銜接硬件和軟件平臺，而 且，處理數(shù)據(jù)能力弱。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種嵌入式磁流變減振系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠很好的銜接硬 件和軟件平臺，而且，數(shù)據(jù)處理能力強。為解決上述問題，本實用新型的技術方案是—種嵌入式磁流變減振系統(tǒng)包括磁流變減振器、若干傳感器、信號調理單元、信號 處理器、主處理器和可控電流控制器模塊。若干傳感器采集磁流變減振器的振動信息；每一 信號調理單元與一個傳感器連接，所述信號調理單元對磁流變減振器的振動信息依次進行 放大、濾波和電平轉換。信號處理器對信號調理單元的信息進行頻譜分析、小波變換或沖擊 譜分析。主處理器處理結合存儲在主處理器內的磁流變減振器的控制模型與控制策略對來 自信號處理器的信息進行處理。可控電流控制模塊根據(jù)主處理器的處理結果改變輸入磁流 變減振器的電流值。可選地，當進行頻譜分析不能反映被控對象的振動信息，所述信號處理器對信號 調理單元的信息進行小波分析?？蛇x地，在振動信息中包含沖擊載荷時，所述信號處理器對信號調理單元的信息 進行沖擊譜分析?？蛇x地，所述主處理器還包括CAN總線模塊，該CAN總線模塊交換上位機與主處理 器的指令。[0011]可選地，所述信號調理單元包括電荷-電壓轉換電路、信號放大電路、濾波電路及 電平轉換電路，電荷_電壓轉換電路、信號放大電路、濾波電路及電平轉換電路依次級聯(lián)， 電荷-電壓轉換電路將所述傳感器采集的電荷信號轉換為電壓信號，信號放大電路對電 荷_電壓轉換電路的信號進行放大，濾波電路將信號中的混頻信號消除，電平轉換電路對 濾波電路的信號進行電平轉換。可選地，所述可控電流控制模塊包括電流比較放大電路，放大調整電路和電流取 樣電路，所述電流比較放大電路與主處理器連接，所述電流比較放大電路的輸出端連接放 大調整電路，所述電流取樣電路與放大調整電路連接，所述磁流變減振器連接于電流取樣 電路的輸出端。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1、本實用新型包括數(shù)據(jù)處理器和主處理器，因此，數(shù)據(jù)處理能力強，主處理器能夠 很好的銜接硬件平臺和軟件平臺，而且，所述傳感器采集振動信息后將振動信息傳遞給信 號調理單元，所述信號調理單元對采集的信號進行濾波、放大和電平轉換后傳輸給信號處 理器，信號處理器對信號進行頻譜分析、小波變換或者沖擊譜分析后傳輸給主處理器，主處 理器根據(jù)存儲在主處理器內的磁流變減振器的控制模型與控制策略對信號處理器的信息 進行處理后對可控電流控制模塊輸出控制信號?？煽仉娏骺刂颇K根據(jù)主處理器的處理結 果改變輸入磁流變減振器的電流值，使磁流變減振器中的磁流變液的流動特性發(fā)生變化， 從而以百萬分之一秒的頻率連續(xù)不斷地調節(jié)阻尼力的大小，實現(xiàn)對磁流變減振器的精確控 制，可以用于豪華客車懸架減振技術，同時提升車輛的安全性和可靠性，提高駕駛平順性， 并使操作更精確、反應更迅速，實現(xiàn)車輛振動狀態(tài)信息的交換；也可進一步用于飛機、艦艇、 自動武器、軍用車輛、土木工程結構及橋梁等的半主動振動控制以及不同振動控制方法的 工程適用性評價。2、主處理器模塊包括CAN總線模塊，CAN總線模塊實現(xiàn)上位機與主處理器之間的 通信，采樣的振動信號和被控對象的狀態(tài)信息可由CAN總線在主處理器以及被控對象其它 電子單元間傳輸，使得本實用新型其具有良好的信息交換能力，主處理器具備CAN通訊模 塊連接于PC機，實現(xiàn)與基于PC機的DSPACE、Labview等測控系統(tǒng)連接，另外，利用CAN總線 通訊模塊可以隨時將車輛或其它被控對象振動狀態(tài)信息發(fā)送到監(jiān)控中心、顯示器和遠程監(jiān) 控器，使得主處理器模塊能很好的銜接硬件平臺。3、所述信號調理單元包括電荷_電壓轉換電路、信號放大電路、濾波電路及電平 轉換電路，這樣，使得信號處理器接受的信號不受干擾，保證控制的精度與可靠性。4、所述可控電流控制模塊包括電流比較放大電路，放大調整電路，電流取樣電路， 這樣，這樣可以通過上位機控制處理器來改變電流比較放大電路同相輸入端的基準值來調 節(jié)電流的變化，控制方便、容易。

圖1是本實用新型嵌入式磁流變減振系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本實用新型嵌入式磁流變減系統(tǒng)的減振器的結構示意圖；圖3是本實用新型嵌入式磁流變減振系統(tǒng)的信號調理單元的結構示意圖；圖4是本實用新型嵌入式磁流變減振系統(tǒng)的可控電流控制模塊的結構示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1，本實施例中，嵌入式磁流變減振系統(tǒng)包括磁流變減振器1、若干傳感 器2、信號調理單元20、信號處理器30、主處理器40和可控電流控制器模塊50。該磁流變 減振系統(tǒng)用于控制被控對象7，被控對象7可以是車輛、土木工程結構、橋梁等。請參閱圖2，本實施例中，磁流變減振器1包括缸筒8、活塞桿1、活塞3、導向套7、 前后兩個密封塞14、9以及前后端蓋15、10?；钊麠U1是軸線處有一細長線圈引孔2的細 長桿?；钊?中間也設置一個線圈引孔5，它的外側有三個并排的環(huán)形繞線槽13。導向套 7對活塞3起導向作用；前后兩個密封塞14、9能夠起到很好的密封作用，而前后兩個端蓋 15、10緊固缸筒8，使之能夠承受很大的沖擊力。漆包線由活塞桿1中心的線圈引孔2和活 塞3中心的線圈引孔5進入，并從繞線槽4伸出纏繞形成三級電磁線圈，從第三級線圈處返 回線圈引孔5，從而形成閉合回路。密封蓋6密封活塞內部的線圈引孔5?；钊?和缸筒8 之間是一環(huán)形間隙，磁流變液11充滿整個缸筒8內部，只在三級電磁線圈處產(chǎn)生磁流變效 應。當然，本實用新型的磁流變減振器還可以采用其他類型的磁流變減振器，這里，只是為 了方便后續(xù)說明嵌入式磁流變減振系統(tǒng)的工作原理而采用的一種長行程磁流變減振器。所述傳感器安裝在磁流變減振器1上(圖中未示)，在本實施例中，所述傳感器包 括位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器。請參閱圖1和圖3，所述信號調理單元20的數(shù)量與傳感器2的數(shù)量一致，也就是 說，每一信號調理單元20連接有一傳感器2。信號調理單元20包括電荷-電壓轉換電路 201、信號放大電路202、濾波電路203及電平轉換電路204。電荷-電壓轉換電路201、信號 放大電路202、濾波電路203及電平轉換電路204依次級聯(lián)，其中，所述電荷-電壓轉換電路 201與一個傳感器連接。請參閱圖3，所述電荷-電壓轉換電路201包括電容C2、電容C3、電阻R1、電容C4、 電阻R2、運算放大器、電容C1和電阻R3。電容C2、電容C3、電阻R1、電容C4、電容C2的兩 端分別連接于運算放大器的同相輸入端和反向輸入端。電阻R3和電容C1并聯(lián)且其兩端分 別連接于運算放大器的同相輸入端和輸出端。在該電路中，電容C2代表傳感器本身的電 容，電容C3代表從傳感器至信號調理單元20的電纜的電容，電容C4、電阻R2、電容C1、電阻 R3和運算放大器構成一個具有深度負反饋的高增益放大電路，該放大電路將電荷轉換為電 壓，電荷-電壓轉換電路配接電容C2 —般為數(shù)千pF，1/2R2C4決定傳感器低頻下限，電容C1 為反饋電容。在該圖中，電荷與輸出電壓滿足的關系為U = Q/C1。請繼續(xù)參閱圖3，信號放大電路202包括串聯(lián)的兩級放大電路，第一級放大電路包 括電阻R1、電阻R2、電阻R3和放大器U1A，其中，電阻R1的一端連接運算放大器U1A的輸出 端，電阻R2連接在放大器U1A的反向輸入端和輸出端，電阻R3連接在放大器U1A的同相輸 入端和地之間。第二級放大電路包括電阻R4、電阻R5、電阻R6和放大器U1B，其中電阻R4 連接在放大器U1A的輸出端，電阻R5連接在放大器U1B的同相輸入端和地之間，電阻R6為 可調電阻，電阻R6的兩端分別連接在放大器U1B的方向輸入端和輸出端之間。在圖3中，
第一級信號放大電路的增益為^，第二季信號放大電路的增益為；，所以，圖3的信號放
R1R4
大電路202的整個增益為；^，也就是，當圖3的信號放大電路202能夠將電荷-電壓轉
R1R4換電路201的電壓信號放大
權利要求1.一種嵌入式磁流變減振系統(tǒng)，其特征在于包括磁流變減振器、位移傳感器、速度傳 感器、加速度傳感器、壓力傳感器、信號調理單元、信號處理器、主處理器和可控電流控制器 模塊；加速度傳感器安裝在被控對象上，位移傳感器、速度傳感器以及壓力傳感器安裝在磁 流變減振器上，位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器采集相關被控對象的 振動信息；每一信號調理單元與一個傳感器連接，所述信號調理單元對磁流變減振器的振動信息 依次進行放大、濾波和電平轉換；信號處理器對信號調理單元的信息進行頻譜分析；主處理器結合存儲在主處理器內的磁流變減振器的控制模型與控制策略對信號處理 器傳輸來的信息進行處理；主處理器根據(jù)處理結果改變可控電流控制模塊輸入磁流變減振 器的電流值。
2.如權利要求1所述的嵌入式磁流變減振系統(tǒng)，其特征在于所述主處理器還包括CAN 總線模塊，該CAN總線模塊交換上位機與主處理器的指令。
3.如權利要求1所述的嵌入式磁流變減振系統(tǒng)，其特征在于所述信號調理單元包括 電荷-電壓轉換電路、信號放大電路、濾波電路及電平轉換電路，電荷-電壓轉換電路、信號 放大電路、濾波電路及電平轉換電路依次級聯(lián)，電荷-電壓轉換電路將所述傳感器采集的 電荷信號轉換為電壓信號，信號放大電路對電荷-電壓轉換電路的信號進行放大，濾波電 路將信號中的混頻信號消除，電平轉換電路對濾波電路的信號進行電平轉換。
4.如權利要求1所述的嵌入式磁流變減振系統(tǒng)，其特征在于所述可控電流控制模塊 包括電流比較放大電路，放大調整電路和電流取樣電路，所述電流比較放大電路與主處理 器連接，所述電流比較放大電路的輸出端連接放大調整電路，所述電流取樣電路與放大調 整電路連接，所述磁流變減振器連接于電流取樣電路的輸出端。
專利摘要一種嵌入式磁流變減振系統(tǒng)包括磁流變減振器、若干傳感器、信號調理單元、信號處理器、主處理器和可控電流控制器模塊。若干傳感器采集磁流變減振器的振動信息；每一信號調理單元與一個傳感器連接，所述信號調理單元對磁流變減振器的振動信息依次進行放大、濾波和電平轉換。信號處理器對信號調理單元的信息進行頻譜分析。主處理器處理結合存儲在主處理器內的磁流變減振器的控制模型與控制策略對處理單元的信息進行處理?？煽仉娏骺刂颇K根據(jù)主處理器的處理結果改變輸入磁流變減振器的電流值。本實用新型數(shù)據(jù)處理能力強，能很好的銜接硬件平臺和軟件平臺。
文檔編號F16F9/53GK201779205SQ20102004939
公開日2011年3月30日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權日2010年1月6日
發(fā)明者王炅, 胡紅生, 錢蘇翔 申請人:嘉興學院