結(jié)構(gòu)主動控制中的超磁致系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種結(jié)構(gòu)主動控制中的超磁致系統(tǒng)，包括超磁致驅(qū)動系統(tǒng)和在其驅(qū)動下動作的被控結(jié)構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)包括的控制器和驅(qū)動器，超磁致系統(tǒng)還包括檢測驅(qū)動器的輸出力并轉(zhuǎn)換為力傳感信號的力傳感器、檢測被控結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移并轉(zhuǎn)換為位移傳感信號的位移傳感器，力傳感器的輸出反饋連接至驅(qū)動器，位移傳感器的輸出分別反饋至控制器和反饋連接至驅(qū)動器，超磁致驅(qū)動系統(tǒng)還包括對控制器所輸出的控制信號在加載時出現(xiàn)的偏差進行補償?shù)难a償器，補償器的輸入與控制器相連接，補償器的輸出與驅(qū)動器相連接。本超磁致系統(tǒng)實現(xiàn)了考慮多個環(huán)節(jié)復雜交互作用并進行一體整合銜接，可以進一步提高整個超磁致驅(qū)動控制系統(tǒng)的精度，進一步提高控制效果。
【專利說明】結(jié)構(gòu)主動控制中的超磁致系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種應用于結(jié)構(gòu)主動控制中的由超磁致驅(qū)動系統(tǒng)和被控結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成的超磁致系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]伴隨著結(jié)構(gòu)振動控制技術的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)控制的精度成為結(jié)構(gòu)振動控制發(fā)展的瓶頸，尤其對于微振動，對結(jié)構(gòu)控制的精度有更高的要求。通常提高控制的精度往往是通過提高驅(qū)動震動的驅(qū)動器本身的精度，整個系統(tǒng)復雜的交互作用往往被忽略，而這些動力因素往往制約著控制精度，使得理論控制精度與實際控制精度有偏差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種應用于結(jié)構(gòu)主動控制中，考慮了整個系統(tǒng)內(nèi)的復雜交互作用、而將由驅(qū)動系統(tǒng)和被控結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超磁致系統(tǒng)進行一體整合銜接的超磁致系統(tǒng)。
[0004]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0005]一種結(jié)構(gòu)主動控制中的超磁致系統(tǒng)，包括超磁致驅(qū)動系統(tǒng)和與所述的超磁致驅(qū)動系統(tǒng)相連接并在其驅(qū)動下動作的被控結(jié)構(gòu)，所述的驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)出控制信號的控制器和在所述的控制信號的控制下驅(qū)動所述的被控結(jié)構(gòu)動作的驅(qū)動器，所述的超磁致系統(tǒng)還包括檢測所述的驅(qū)動器的輸出力并轉(zhuǎn)換為力傳感信號的力傳感器、檢測所述的被控結(jié)構(gòu)在所述的超磁致驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動下產(chǎn)生的位移并轉(zhuǎn)換為位移傳感信號的位移傳感器，所述的力傳感器的輸出經(jīng)過力信號微分轉(zhuǎn)化回路反饋連接至所述的驅(qū)動器，所述的位移傳感器的輸出分別反饋至所述的控制器和經(jīng)過位移信號微分轉(zhuǎn)化回路反饋連接至所述的驅(qū)動器，所述的超磁致驅(qū)動系統(tǒng)還包括對所述的控制器所輸出的控制信號在加載時出現(xiàn)的偏差進行補償?shù)难a償器，所述的補償器的輸入與所述的控制器相連接，所述的補償器的輸出與所述的驅(qū)動器相連接。
[0006]所述的位移傳感信號反饋連接至所述的補償器。
[0007]所述的力信號微分轉(zhuǎn)化回路包括與所述的力傳感器相連接的第一微分器、與所述的第一微分器相連接的第一增益電路，所述的第一增益電路的輸出與所述的驅(qū)動器相連接；所述的位移信號微分轉(zhuǎn)化回路包括與所述的位于傳感器相連接的第二微分器、與所述的第二微分器相連接的第二增益電路，所述的第二增益電路的輸出與所述的驅(qū)動器相連接。
[0008]由于上述技術方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點:本實用新型的超磁致系統(tǒng)實現(xiàn)了考慮多個環(huán)節(jié)復雜交互作用，對整個系統(tǒng)的各部件動力耦合模型進行一體整合銜接，使得理論模型的建立，與控制系統(tǒng)實際模型更為接近，可以進一步提高整個超磁致驅(qū)動控制系統(tǒng)的精度，而控制精度的提高將會進一步提高控制效果。在微驅(qū)動控制系統(tǒng)中具有顯著的經(jīng)濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]附圖1為超磁致伸縮作動器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]附圖2為超磁致系統(tǒng)的驅(qū)動器的力電磁模型流程圖。
[0011]附圖3為考慮被控結(jié)構(gòu)與驅(qū)動器之間的相互影響的超磁致系統(tǒng)的模型流程圖。
[0012]附圖4為本發(fā)明的超磁致系統(tǒng)的模型圖。
[0013]以上附圖中:1、外殼；2、超磁致伸縮棒；3、導桿；4、預緊螺栓；5、碟簧；6、墊片；7、冷卻通道；8、外殼側(cè)壁；9、上端蓋；10、下端蓋；11、線圈。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖所示的實施例對本實用新型作進一步描述。
[0015]實施例一:結(jié)構(gòu)主動控制中采用的超磁致系統(tǒng)通常包括超磁致驅(qū)動系統(tǒng)和被控結(jié)構(gòu)兩部分。超磁致驅(qū)動系統(tǒng)包括控制器和驅(qū)動器，其用于根據(jù)控制器發(fā)出的指令對震動的結(jié)構(gòu)(也就是被控結(jié)構(gòu))進行驅(qū)動控制。驅(qū)動器為超磁致伸縮作動器，其結(jié)構(gòu)示意如附圖1所示。該超磁致伸縮作動器包括外殼1、設置于外殼I中的線圈11、設置于線圈11間的超磁致伸縮棒2、與超磁致伸縮棒2相連接并伸出外殼I的導桿3。外殼I又由外殼側(cè)壁8和其兩端的上端蓋9、下端蓋10構(gòu)成。導桿3通過預緊螺栓4與外殼I相連接，且在預緊螺栓4的底部的導桿3處安裝有碟簧5。超磁致伸縮棒2與外殼I間設置有墊片6。外殼I以及其中形成有冷卻通道7?？刂破靼l(fā)出控制電壓信號作為指令并輸出給驅(qū)動器，驅(qū)動器則在控制電壓信號的控制下驅(qū)動被控結(jié)構(gòu)，使其震動減輕或減少。驅(qū)動器的力電磁模型基于附圖1所示的超磁致伸縮作動器建立，如附圖2所示，其中，V為控制電壓信號，7?為線圈電阻，i為輸入線圈的電流(單位為A)，#為線圈的總匝數(shù)，MT為磁動勢(單位為A)，兄為線圈的磁路磁阻(單位為H—1)，&為磁與力轉(zhuǎn)換增益，Φ為線圈的磁通量(單位為Vs)，該磁通量忽略渦流效應對磁動勢的影響#為驅(qū)動器輸出的作用力。驅(qū)動器輸入由控制器輸出的控制電壓信號并通過線圈電阻將其轉(zhuǎn)變得到電流信號，在線圈的作用下產(chǎn)生磁場，在該磁場的作用下，超磁致伸縮棒2通過伸長或者縮短而產(chǎn)生作用力。通過線圈對超磁致伸縮棒2施加磁場，無論磁場正負，超磁致伸縮棒2都將從原始位置伸長，如果不對超磁致伸縮棒2施加一個初始的偏置磁場，該超磁致伸縮棒2將出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象。常用的施加偏置磁場的方法有三種:結(jié)構(gòu)設計中設置永磁鐵、偏置線圈，或施加偏置電流。設置永磁鐵和偏置線圈不便于調(diào)節(jié)且使得結(jié)構(gòu)復雜。通入偏置電流可以達到同樣的施加初始的偏置磁場的效果，并且構(gòu)造簡單，便于調(diào)節(jié)。因此驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)設計中不再設置永磁鐵和偏置線圈。
[0016]超磁致伸縮作動器與結(jié)構(gòu)之間的動力耦合設計，需考慮超磁致伸縮作動器內(nèi)部的力電磁模型與結(jié)構(gòu)動力之間的相互影響及其耦合模型而建立，驅(qū)動器內(nèi)部的力電磁模型應與驅(qū)動器型號匹配，驅(qū)動器的磁滯已由該型號驅(qū)動器內(nèi)部補償環(huán)節(jié)補償，在這里不再考慮，僅考慮該驅(qū)動器的輸出信號對被控結(jié)構(gòu)的作用影響以及被控結(jié)構(gòu)反過來對驅(qū)動器輸出端的作用，進而影響其內(nèi)部的力電磁來建立整體閉環(huán)耦合模型。所建立的系統(tǒng)模型如附圖3所示。
[0017]附圖3中所示的超磁致系統(tǒng)，其包括超磁致驅(qū)動系統(tǒng)和被控結(jié)構(gòu)，超磁致驅(qū)動系統(tǒng)又包括控制器和驅(qū)動器。在此基礎上，增加兩個傳感器，分別為:檢測驅(qū)動器的輸出力并轉(zhuǎn)換為力傳感信號并輸出的力傳感器、檢測檢測被控結(jié)構(gòu)在超磁致驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動下產(chǎn)生的位移并轉(zhuǎn)換為位移傳感信號輸出的位移傳感器。力傳感器所所輸出的力傳感信號和位移傳感器所輸出的位移傳感信號均反饋給驅(qū)動器，以此來使得驅(qū)動器所輸出的作用力綜合考慮了被控結(jié)構(gòu)與其之間的相互影響，以達到提高控制精度的目的。具體的，力傳感器的輸出經(jīng)過第一增益電路的增益后轉(zhuǎn)化為對應的電壓信號而反饋作用于驅(qū)動器。位移傳感器的輸出經(jīng)過第二增益電路的增以后轉(zhuǎn)化為對應的電壓信號而反饋作用于驅(qū)動器。
[0018]附圖3中，U為控制器輸出的控制電壓信號，Z為被控結(jié)構(gòu)在作用力A的作用下產(chǎn)生的位移，S1為第一微分器，S2為第二微分器,K2為第一增益電路的增益系數(shù),K1為第二增益電路的增益系數(shù)，以上第一增益電路的增益系數(shù)&、第二增益電路的增益系數(shù)A可以根據(jù)所需設計相應的算法獲得。
[0019]然而，控制器所輸出的控制信號作用于驅(qū)動器上時會產(chǎn)生偏差，且外部的干擾會通過外部結(jié)構(gòu)而作用于被控結(jié)構(gòu)。為了克服該偏差，進一步對上述超磁致系統(tǒng)做出改進。改進后的超磁致系統(tǒng)如附圖4所示，其不僅包括由控制器和驅(qū)動器構(gòu)成的超磁致驅(qū)動系統(tǒng)、被控結(jié)構(gòu)、力傳感器和位移傳感器，其還包括對控制器所輸出的控制信號在加載時出現(xiàn)的偏差進行補償?shù)难a償器，補償器的輸入與控制器的輸出相連接，補償器的輸出與驅(qū)動器相連接，且位移傳感信號反饋也連接至補償器?？刂破靼l(fā)出控制電壓信號后，通過該補償器來實時地修正控制電壓信號值，對控制電壓信號由于驅(qū)動器的動力影響所導致的在其加載是出現(xiàn)的偏差進行補償。另外，力傳感器的輸出經(jīng)過力信號微分轉(zhuǎn)化回路反饋連接至驅(qū)動器。力信號微分轉(zhuǎn)化回路上設置有與力傳感器相連接的第一微分器、與第一微分器相連接的第一增益電路，第一增益電路的輸出連接至驅(qū)動器。在該力信號微分轉(zhuǎn)化回路中，作用于被控結(jié)構(gòu)上的作用力經(jīng)過微分以及增益轉(zhuǎn)化為對應的電壓信號而反饋作用于驅(qū)動器。位移傳感器的輸出分別反饋至控制器和經(jīng)過位移信號微分轉(zhuǎn)化回路反饋連接至驅(qū)動器。位移信號微分轉(zhuǎn)化回路上設置有與位移傳感器相連接的第二微分器、與第二微分器相連接的第二增益電路，第二增益電路的輸出連接至驅(qū)動器。在該位移信號微分轉(zhuǎn)化回路中，被控結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移經(jīng)過微分以及增益轉(zhuǎn)化為對應的電壓信號而反饋作用于驅(qū)動器。
[0020]附圖4中，《為力信號微分轉(zhuǎn)化回路上設置的第一微分器，&為位移信號微分轉(zhuǎn)化回路上設置的第二微分器。
[0021]附圖4中所示的超磁致系統(tǒng)，被控結(jié)構(gòu)的狀態(tài)信號(包括力傳感信號和位移傳感信號)反饋給驅(qū)動系統(tǒng)的控制器，控制器根據(jù)反饋信號計算控制信號，控制信號經(jīng)過考慮驅(qū)動器動力的補償器進行補償，經(jīng)過補償?shù)目刂菩盘栐佥敵鼋o驅(qū)動器作為驅(qū)動器的控制信號，同時被控結(jié)構(gòu)的狀態(tài)信號也經(jīng)過傳感器返回驅(qū)動器進行整體控制。整體控制環(huán)節(jié)考慮了各部件之間的復雜交互作用，實現(xiàn)了一體化整合銜接，從而提高整個超磁致驅(qū)動控制系統(tǒng)的精度。
[0022]上述實施例只為說明本實用新型的技術構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)構(gòu)主動控制中的超磁致系統(tǒng)，包括超磁致驅(qū)動系統(tǒng)和與所述的超磁致驅(qū)動系統(tǒng)相連接并在其驅(qū)動下動作的被控結(jié)構(gòu)，所述的驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)出控制信號的控制器和在所述的控制信號的控制下驅(qū)動所述的被控結(jié)構(gòu)動作的驅(qū)動器，其特征在于:所述的超磁致系統(tǒng)還包括檢測所述的驅(qū)動器的輸出力并轉(zhuǎn)換為力傳感信號的力傳感器、檢測所述的被控結(jié)構(gòu)在所述的超磁致驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動下產(chǎn)生的位移并轉(zhuǎn)換為位移傳感信號的位移傳感器，所述的力傳感器的輸出經(jīng)過力信號微分轉(zhuǎn)化回路反饋連接至所述的驅(qū)動器，所述的位移傳感器的輸出分別反饋至所述的控制器和經(jīng)過位移信號微分轉(zhuǎn)化回路反饋連接至所述的驅(qū)動器，所述的超磁致驅(qū)動系統(tǒng)還包括對所述的控制器所輸出的控制信號在加載時出現(xiàn)的偏差進行補償?shù)难a償器，所述的補償器的輸入與所述的控制器相連接，所述的補償器的輸出與所述的驅(qū)動器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)主動控制中的超磁致系統(tǒng)，其特征在于:所述的位移傳感信號反饋連接至所述的補償器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)主動控制中的超磁致系統(tǒng)，其特征在于:所述的力信號微分轉(zhuǎn)化回路包括與所述的力傳感器相連接的第一微分器、與所述的第一微分器相連接的第一增益電路，所述的第一增益電路的輸出與所述的驅(qū)動器相連接；所述的位移信號微分轉(zhuǎn)化回路包括與所述的位移傳感器相連接的第二微分器、與所述的第二微分器相連接的第二增益電路，所述的第二增益電路的輸出與所述的驅(qū)動器相連接。
【文檔編號】H02N2/06GK203984274SQ201420388967
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】劉潔, 劉紅軍, 董曉馬, 劉洪波, 賈燕, 潘春風 申請人:鄭州航空工業(yè)管理學院, 哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院