CN108884903A - 主动惯性阻尼器系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于结构(11)中减振(V1,V2)的主动惯性阻尼器系统(100)及方法。惯性质量(2)经由弹簧装置(3)由支撑构架(1)所支撑，用以形成具有共振频率(fn)的质量‑弹簧系统(2，3)。控制器(6)构造成以控制力致动器(4)顺应该驱动力(Fd)随着该经测量的振动(V1,V2)而变化。控制器(6)包括滤波器(H)确定该驱动力(Fd)的大小(M)随着用在该结构(11)中该经测量的振动(V1,V2)的频率(f)而变化。滤波器(H)进一步构造成以在质量‑弹簧系统(2，3)的共振频率下在该驱动力(Fd)的大小(M)中提供抗共振凹陷用于抑制该质量‑弹簧系统(2，3)本身的共振表现。

Description

主动惯性阻尼器系统及方法
技术领域和背景
本揭示内容涉及用于结构中减振的主动惯性阻尼器系统及方法。
例如，美国专利第5,884,736号说明一种用于抑制结构中，诸如建筑物，振动的主动振动抑制器。该熟知的装置具有附装至该结构的致动器以及致动器的可延伸杆，该杆附装至感振质量其因而藉由该致动器移动。根据该参考资料，当该致动器经供给动力时，该感振质量并未移动并仅经由该致动器附装至地板。然而，如此可能对于所需的构架结构及致动器力量提出了高的要求。
例如，美国专利第5,884,736号说明一种主动吸振器其包括与待控制的结构连接的构架以及至少两个在操作上与该构架连接的反应质量组件。每个反应质量组件相对在该构架可独立地移动。该吸收器包括力产生构件，用于控制该结构的减振所用的该反应质量组件之间的相对移动。该双反应性质量吸收器与传统式低单一反应性组件吸收器比较，需要较少的控制力以产生相同的振动衰减。然而，该装置为复杂并且可能难以顺应于不同的情况。
提供一种惯性阻尼器其易于建构尚可顺应于不同的情况是所期望的。
概述
本揭示内容的第一个方面提供了一种用于结构中减振的主动惯性阻尼器系统。支撑构架构造成用于附装至待减振的结构。惯性质量经由弹簧装置藉由支撑构架所支撑，用以形成具有特定共振频率的质量-弹簧系统。力致动器构造成以在惯性质量与支撑构架之间施加可变驱动力。振动传感器构造成以测量该待减振结构中的振动。控制器构造成以控制该力致动器顺应该驱动力随着该经测量的振动而变化。该控制器包括滤波器确定该驱动力的大小及/或相位随着用于抑制该结构中该经测量的频率变化。
藉由构造滤波器以在质量-弹簧系统的共振频率下提供该驱动力大小的抗共振凹陷能够抑制质量-弹簧系统在共振频率下所不想要的共振表现。如此可能防止，例如，在质量-弹簧系统的共振频率下不想要的放大，可能未具体旨在任一频率的振动干扰。例如，抗共振凹陷可根据惯性质量的质量以及弹簧装置的弹簧常数模塑以提供质量-弹簧系统在共振频率下的反向共振。例如，驱动力可经顺应以保持由惯性质量常数所施加的力量，至少位于大约为质量-弹簧系统的共振频率的频率范围内。
藉由构造滤波器以在一个或多个预定减振频率下提供该驱动力的大小中的一个或多个共振尖峰，能够更为有效地减小该频率下的振动，在质量-弹簧系统的特定共振频率上具极少或无相关性。藉由提供高于质量-弹簧系统的共振频率的控制器减振频率，该阻尼器能够较假如共振衰减低于质量-弹簧系统的共振频率的状况更有效率地作业。因此，该系统可更能够顺应于不同的情况。再者，滤波器可提供多个(分开的)共振尖峰以在分开的频率下从不同的来源对准特定的干扰振动。此与传统式质量-阻尼器成对比，该传统式质量-阻尼器经调谐仅在或是接近共振频率下有效地减振而在更多远离的频率下较不有效率。
藉由使质量-弹簧系统配置具有相对低的共振频率，该装置可减振的频率的范围能够增加，特别是该范围的下限能够降低。如此对于低频率模式，例如，地板振动，可能特别地需要。例如，质量-弹簧系统的共振频率构造成以低于25赫兹(Hertz)，优选地低于15赫兹，例如，介于1与10赫兹之间。为了使质量-弹簧系统配置具有相对低的共振频率，惯性质量能够相对为高及/或弹簧常数能够相对为低。然而，假若相对弱弹簧结合相对高质量使用，重力可能致使太大的应力在该弹簧上，例如，处在一平衡位置，可能导致该弹簧负荷过度。在一些例子中，如此可能对于构造的坚固性有负面的影响。
藉由以副弹簧支撑质量，该副弹簧在未装载一个或多个主弹簧处的惯性质量的一位置处预装载，该主弹簧上重力的影响能够受到限制并且该惯性质量的位置至少部分地能够回复。例如，该惯性质量可经由一个或多个弹簧片从该支撑构架悬挂而下，而进一步地藉由在未装载一个或多个弹簧片处的该惯性质量的一位置处预装载的一个或多个压力弹簧支撑。应察知的是，当该支撑弹簧系预装载时，其可能至少部分地与惯性质量上的重力抵消以减轻一个或多个弹簧片上的张力，容许使用具有相对低弹簧常数的相对弱弹簧片同时防止弹簧片上由于重力造成的过度偏移及/或应力。该系统的弹簧常数越低，该质量就将表现得越自由地浮动，但不需复杂的构造。
因为滤波器可以不同的频率程序化，所以其能够容易地经顺应以减缓不同的频率。如此可有利地容许系统其中使用多个阻尼器装置以控制结构中的振动。例如，每个阻尼器装置包括相应的支撑构架、惯性质量、弹簧装置以及力致动器。传感器可安置于接近该相应的阻尼器装置处并且可将阻尼器装置的控制集中。因此，本发明的阻尼器装置能够更模块化，例如，让每个装置具有相同的构造，仅有一(可程序化)滤波器及/或控制装置不同。
藉由将一个或多个阻尼器装置直接地连接至建筑物地板，能够减缓整个房间中的振动。如此与让每个桌子利用单一阻尼器装置的减振方式比较可更为有益的。可替代地，或是除此之外，可将一个或多个阻尼器装置连接至机器支撑构架。该机器支撑构架可支撑振动敏感机器。例如，该主动惯性阻尼器系统为了有益在该振动敏感机器所用，例如，防止或减轻干扰振动否则会影响该振动敏感机器。该振动敏感机器可安置位于机器支撑构架上。该振动敏感机器可藉由配置在振动敏感机器与机器支撑构架之间的支脚支撑。藉由将主动惯性阻尼器系统的振动传感器安置在或是接近该机器支脚的位置处，该机器可感受最小的振动。藉由将一个或多个阻尼器装置附装在振动敏感机器下方的机器支撑构架的底部处，在极为接近该支脚的位置能够发生减振作用。
藉由提供高劲度机器支撑构架或是刚性支座，亦即，以至少同该建筑物地板一般高的劲度连接至该地板，在该支座的顶部上由机器所导致的振动影响与和地板于振动方面隔离的桌子相较能够较小。同时，本发明主动惯性阻尼器系统可有效地将地板及/或桌子中剩余的振动抵消。典型地使用该构态可针对需要极为稳定底座(例如，具有快速移动平台的机器)以及其中该振动问题系仅在一特定频率区域(例如，30-50Hz)的机器。
藉由本揭示内容有关于结构中减振的方法的观点可获得进一步的益处。例如，将减振装置附装至待减振的该结构以及惯性质量经由弹簧装置藉由支撑构架支撑以形成具有共振频率的质量-弹簧系统。力致动器在惯性质量与支撑构架之间施加可变驱动力。该方法包括测量待减振的该结构中的振动以及控制该减振装置，使用滤波器确定该驱动力的大小与相位随着针对该结构中的经测量的振动的频率变化，以使驱动力顺应随着经测量的振动而变化。优选地，该滤波器在质量-弹簧系统的共振频率下于驱动力的大小下提供抗共振凹陷以抑制质量-弹簧系统本身的共振表现。优选地，在一个或多个高于质量-弹簧系统的共振频率的预定减振频率下滤波器在该驱动力的大小下提供一个或多个共振尖峰，用于在预定的频率下减少该结构中的振动，对该质量-弹簧系统的共振表现影响最小。
附图简介
本揭示内容的设备、系统及方法的该与其它特性、方面与优点由以下的说明、附加的申请专利范围以及伴随的附图将有更佳的了解，其中︰
图1概略地图示了主动惯性阻尼器系统的一具体实施例；
图2示出了控制滤波器的一具体实施例的波德(Bode)图；
图3A示出了质量-弹簧系统的模塑共振尖峰的波德图；
图3B示出了补偿图3A的共振的滤波器的相对应共振凹陷的波德图；
图4A概略地图示了阻尼器装置的一具体实施例；
图4B概略地图示了与图4A相似的一具体实施例，但其包括预先装载的支撑弹簧；
图5A概略地图示了阻尼器装置的一具体实施例的透视图；
图5B概略地图示了阻尼器装置的一具体实施例的相片；
图6A概略地图示了系统的一具体实施例，该系统包括多个附装至建筑物地板的阻尼器装置；
图6B概略地图示了系统的一具体实施例，该系统包括多个附装至机器支撑构架的阻尼器装置；
图7A概略地图示了建筑物中无减振的振动的模拟；
图7B概略地图示建筑物中藉由三个阻尼器装置减振的振动的模拟；
图8A-8D图示了针对在示例性振动位准(level)上控制滤波器及其相对应影响的具体实施例的不同的波德图。
实施例的详述
在一些例子中，可省略广为熟知装置及方法的详细说明而不致使本系统及方法难解。说明特别具体实施例所使用的专有名词并不意待其限定本发明。如在此所使用，该单数形式“一(“a”、“an”及“the”)”是指待包括复数的形式，除非内文有以其它方式清楚地指示。该用语“及/或”包括一个或多个相关条列项目的任何以及所有结合。应了解的是，该用语“包括(comprises)”及/或“包含(comprising)”具体说明存在所述特性但未排除存在或是附加一个或多个其它特性。应进一步了解的是除非另有说明，否则当一方法的一特别步骤视为接续另一步骤时，其能够直接地依循该其它的步骤或是在完成该特别步骤的前完成一个或多个居间步骤。同样地，应了解的是，除非另有说明，否则当说明介于结构或组件之间的连接时，此连接可直接地或是经由居间结构或组件建立。
本发明随后将参考该伴随附图，其中示出了本发明的具体实施例，更为详细地说明。然而，本发明可以复数不同的形式具体化并且不应视为限制在在此提出的该具体实施例。该示例性具体实施例的说明是与该伴随附图共同地阅读，该附图被认为是整个书面说明的一部分。在该附图中，为了清晰目的可能夸大地示出了系统、组件、层及区域的绝对与相对尺寸。具体实施例可参考本发明的可能理想化的具体实施例及居间结构的概略及/或横截面图解加以说明。在该说明与该附图中，遍及所有相同的代表符号指的是相同的组件。相对性用语以及其的衍生词应理解为将该定向视为与讨论中的该附图中所说明及示出了者。该相对性用语是为了方便说明，除另有其它说明外，并不需在一特别的定向上建构或是操作该系统。
图1概略地图示了用在结构11中减振V1、V2的主动惯性阻尼器系统100的一具体实施例。
在一具体实施例中，该系统100包括支撑构架1，其构造成用于附装至该待减振结构11。例如，该构架1藉由附装装置1a、诸如螺钉，附装至待减振结构11。亦能够使用其它的附装装置，例如，胶或树脂。同时，该阻尼器装置10可未经附装，例如利用诸如橡胶支脚的定义接触点与该待减振结构11接触。
在一具体实施例中，该系统100包括经由弹簧装置3支撑的惯性质量2以形成具有共振频率“fn”的质量-弹簧系统2、3。优选地，该惯性质量2藉由支撑构架1支撑。原则上，弹簧装置可包括任一型式的弹簧组件或是弹簧组件的结合，例如，弹簧片、压力弹簧等。
在一具体实施例中，该系统100包括力致动器4，其构造成以在惯性质量2与支撑构架1之间施加可变驱动力Fd。该力致动器4可为能够在惯性质量2与支撑构架1之间引起可变且可控制的驱动力Fd的任一装置。
在一具体实施例中，该系统100包括振动传感器5，其构造成以测量待该减振结构11中的振动V1、V2。该振动传感器5可为能够测量振动V1、V2的任一装置。例如，可使用一速度传感器及/或加速度传感器。
在一具体实施例中，该系统100包括控制器6，其构造成以控制力致动器4将驱动力Fd顺应于随着经测量的振动V1、V2而变化。例如，控制器6构造成以送出控制信号C至力致动器4，其可确定驱动力Fd的大小或是增益。典型地，该控制器6构造成以顺应在驱动力Fd的振幅、频率及/或相位，将结构11、例如建筑物地板或是建筑物支撑构架的该经测量的振动Vx(例如，V1或V2)的振幅降至最低。例如，该控制器6构造成以顺应该驱动力Fd的频率，以使惯性质量2在地板振动Vx的主要频率下振荡。例如，该控制器6构造成以顺应驱动力Fd的相位以使惯性质量2与地板振动Vx异相下振荡而抵消该地板振动。例如，该控制器6包括滤波器H确定驱动力Fd的大小M及/或相位Φ随着针对该结构11中经测量的振动V1、V2的频率f而变化。
在一具体实施例中，该支撑构架1、惯性质量2、弹簧装置3及力致动器4包括在一个在此视为阻尼器装置10的单一单元中。在该示出了的具体实施例中，该振动传感器5是经由控制器6耦合至力致动器4的一相应的装置。可替代地，振动传感器5及/或控制器6亦可与阻尼器装置10一体成型。维持振动传感器5作为一相应的装置可提供的优点在于，在一个地方所测量的振动可在另一个地方进行减振。然而，通常振动传感器5安置在紧邻阻尼器装置10处。维持控制器6作为一相应的装置可具有的优点在于，可藉由中央控制器控制多个阻尼器装置10(在此未示出)。使用中央控制器能够使用复数个减振装置及/或传感器，并且可能导致整个地板领域或是其它结构中更多的有效振动抵消。
在一具体实施例中，该滤波器H包括估测滤波器Hinv，其构造成以提供在质量-弹簧系统2、3的共振频率“fn”下的驱动力Fd的大小M中提供抗共振凹陷，用于抑制质量-弹簧系统的共振表现。在另一或是进一步的具体实施例中，该滤波器H包括减振滤波器Hs，其构造成以在一个或多个预定的减振频率f1、f2下优选地位于质量-弹簧系统2、3的共振频率“fn”上方，在驱动力Fd的大小M中提供一个或多个共振尖峰用于在预定的减振频率f1、f2下利用质量-弹簧系统的共振表现的最小影响对结构11减振。
在一具体实施例中，滤波器H构造成以提供增加大小M的驱动力Fd涵盖预定减振频率的一延伸范围，例如，该力大小超过五、十、二十或甚至三十分贝涵盖高于十、二十、五十、成百或甚至上千赫兹的范围。视待抑制的振动而定，滤波器可包括多个相对窄的尖峰以涵盖相应的确定的振动，或是宽峰/连续频带以覆盖涵盖一频率范围的振动。
在另一或进一步具体实施例中，该滤波器H构造成以确定驱动力Fd的相位Φ随着针对结构11中的经测量的振动V1、V2的频率f的变化。该滤波器可与更多的组件一体成型或是分开。优选地，该滤波器可程序化以用于减振频率f1、f2的更大的灵活性。可替代地或除此之外，滤波器的功能性可部分地或是完全地藉由硬件组件提供。
图2示出了结合滤波器Hs*Hinv的一具体实施例的波德图，例如，如参考图1说明。
例如，该滤波器构造成以确定驱动力Fd的大小M及相位Φ以抵消主要在频率f1及f2的测量的振动。在一具体实施例中，该滤波器构造成以在二者皆高于质量-弹簧系统的共振频率“fn”的相应的预定减振频率f1、f2下驱动力Fd的大小M中提供至少两个相应的共振尖峰。例如，质量-弹簧系统2、3的共振频率“fn”低于25赫兹，优选地低于15赫兹，例如10赫兹。
在一具体实施例中，滤波器的减振频率f1、f2至少高于质量-弹簧系统的共振频率“fn”10％，优选地至少高于25％，更为优选地至少高于50％。例如，滤波器Hs的共振尖峰位于质量-弹簧系统的共振频率“fn”的两倍与百倍之间。在一具体实施例中，该预定减振频率f1、f2至少分开10赫兹、至少20赫兹、至少30赫兹或是更多。
亦可使用其它的滤波器。例如，滤波器H可包括高通滤波器以减弱位于低频率、例如低于10赫兹的驱动力Fd。例如，过滤器H可包括低通滤波器以减弱位于高频率、例如高于100赫兹或更高、例如高于300赫兹的噪声放大。例如，滤波器H可包括带阻滤波器以增加位于一特定干扰频率的减振作业。例如，滤波器H可包括相位延迟或相位超前滤波器以改良控制器坚固性及稳定度。例如，一个或多个滤波器可如以下参数化。
图3A示出了例如在图1中所示出了质量-弹簧系统的频率fn下一模塑共振尖峰的波德图。图3B示出了补偿图3A的共振的滤波器的相对应的共振凹陷的波德图。
在一具体实施例中，如在此说明的该滤波器包括根据惯性质量的质量模塑的抗共振凹陷以及弹簧装置的弹簧常数以提供位于共振频率“Fn”的质量-弹簧系统的反向共振。例如，滤波器包括带阻滤波器以减小在质量-弹簧系统的共振频率“Fn”下的大小。
可注意的是位于低于共振频率的频率下，由于弹簧劲度，较小的致动器力可于待减振的该结构、例如地板中结束。不受理论的约束，此能够由以下该方程式而了解。
·惯性质量的运动方程式：
其中“m”为该惯性质量，xm为该质量(双点意指加速度)的位置，xf为(待减振的其它结构的)地板的位置，“k”为该(结合弹簧)常数，以及F为该施加的(致动器)力。
·地板上力量(Ffloor)等于：
Ffloor＝-F-k(xf-xm)
·根据m的运动方程式：
·一起地，此导致：
·在低于共振的频率下，需大部分的致动器力以克服弹力kΔx：
Ffloor＝-F-kΔx
·另一方面，在高于共振的高频率下，该弹力kΔx可忽略并且大部分的致动器力有效地导致质量“m”的加速度：
因此
图4A概略地图示了阻尼器装置10的一具体实施例。图4B概略地图示了与图4A相似的一具体实施例，但其包括预装载的支撑弹簧3c、3d。
在一具体实施例中，力致动器4包括藉由一电源(未示出)提供电力的线圈4b以及磁铁4c在该线圈4b的绕组内侧为可移动的。例如，该磁铁4c连接至惯性质量2及线圈4b经由致动器构架4a连接至支撑构架1，或反之亦然。
在一具体实施例中，惯性质量2经由一个或多个主弹簧3a、3b以及一个或多个支撑弹簧3c、3d藉由支撑构架1所支撑，该支撑弹簧预先装载在未装载一个或多个主弹簧3a、3b的惯性质量2的一质量位置处。例如，惯性质量2经由一个或多个弹簧片3a、3b自支撑构架1悬垂，以及其中惯性质量2进一步地藉由一个或多个压力弹簧3c、3d所支撑，该压力弹簧预先装载在未装载一个或多个弹簧片3a、3b的惯性质量2的一质量位置处。
在另一或进一步具体实施例中，其中预先装载支撑弹簧3c、3d以至少部分地抵消惯性质量2上的重力，减轻一个或多个弹簧片3a、3b上的张力而容许使用具有相对低弹簧常数的相对弱的弹簧片，同时防止该弹簧片上由于重力所造成的过度偏差及/或应力。在另一或进一步具体实施例中，一个或多个主弹簧3a、3b具有结合的第一弹簧常数K1以及预先装载的支撑弹簧3c、3d具有第一弹簧常数K2，其中第二弹簧常数K2较第一弹簧常数K1的一半为小，优选地小于1/10。在另一或进一步具体实施例中，在惯性质量的一静止位置处，该一个或多个预先装载支撑弹簧3c、3d较一个或多个弹簧片3a、3b距其的平衡位置至少远两倍。
图5A概略地图示了阻尼器装置10的一具体实施例的透视图。图5B概略地图示了包括分开的振动传感器5的阻尼器装置10的一具体实施例的相片。
在一具体实施例中，支撑构架1包括可连接至待减振结构的底板1c。在另一或进一步具体实施例中，支撑构架1包括位于底板顶部上的支撑块件1a，在其间具有支撑支脚1b，其中支撑块件1a构造成以经由弹簧装置3承载惯性质量2，其中支撑构架1构造成以容许惯性质量2的振荡。当然，亦能够预见其它的构态。
在一具体实施例中，该系统包括加速度传感器7，其构造成以测量惯性质量2的加速度。在另一或进一步具体实施例中，该控制器(未示出)构造成以顺应基于该测量的加速度的驱动力。例如，控制器6构造成以计算基于测量的加速度藉由惯性质量2所施加的力量，例如，使用该相关力＝质量*加速度。在另一或进一步具体实施例中，该控制器构造成以顺应在驱动力以在至少大约为质量-弹簧系统2、3的共振频率“fn”的频率范围中维持由惯性质量施加的力量不变。在一具体实施例中，可使用加速度传感器7以替代如在图1中所说明的滤波器Hinv。然而，该滤波器Hinv可为优选地因为其不需该加速度传感器7的附加的硬件。再者，并未由加速度回路过冲而延迟及性能衰退可使能够更快速控制。
在一具体实施例中，该支撑构架1形成散热器从力致动器(在此无法看见)汲取热量。在另一或进一步具体实施例中，支撑构架1包括主动式冷却器8，例如风扇，以从支撑构架1汲取热量。因此，在更大温度变化的环境下可使用更为有力的力驱动器或是减振装置。
图6A概略地图示了系统的一具体实施例，该系统包括多个附装至建筑物地板11的阻尼器装置10a、10b。例如，每个阻尼器装置10包括相应的支撑构架1、惯性质量2、弹簧装置3及力致动器4。
图6B概略地图示了系统100的一具体实施例，该系统包括多个附装至机器支撑构架12的阻尼器装置10a、10b。在另一或进一步具体实施例中，多个阻尼器装置(10a、10b)藉由例如整合在单一装置中的中央控制器6所控制。在另一或进一步具体实施例中，该系统100包括多个振动传感器5a、5b。在另一或进一步具体实施例中，多个振动传感器5a、5b亦连接至中央控制器6。例如，主动惯性阻尼器系统的一个或多个支撑构架连接至机器支撑构架12用于支撑振动敏感性机器13。例如，主动惯性阻尼器系统100用以减小本来会对机器13造成影响的振动。在一具体实施例中，振动敏感性机器13藉由机器支脚13a、13b支撑立在机器支撑构架12上。在另一或进一步具体实施例中，主动惯性阻尼器系统100的振动传感器5a、5b定位于机器支脚13a、13b的位置处供在机器支脚13a、13b处减振作业所用。例如，振动传感器定位于距一相应的机器支脚10公分的范围内，或更接近，例如位于5公分的范围内或甚至位于1公分的范围内。在一具体实施例中，多个阻尼器装置10a、10b附装在振动敏感性机器13下方的机器支撑构架12的底部处。在一具体实施例中，该机器支撑构架12立于建筑物地板11上，其中机器支撑构架12具有较建筑物地板为高的劲度。
图7A概略地图示了建筑物地板中无减振作用的振动的模拟，例如，该图示出了在该建筑物地板的不同位置处振动的强度。图7B概略地图示了进一步的仿真，但其中地板藉由如由白点所指示般安置的三个阻尼器装置减振，该白点分别为7N(牛顿)、7N及9N。
本揭示内容的一个方面提供了在结构中减振的方法。在一具体实施例中，该方法包括提供减振装置，该装置包括附装至待减振的结构的支撑构架、经由弹簧装置藉由该支撑构架所支撑以形成具有共振频率的质量-弹簧系统的惯性质量；以及力致动器，其构造成以在惯性质量与支撑构架之间施加可变的驱动力。在另一或进一步具体实施例中，该方法包括测量待减振的结构中的振动以及控制减振装置，以使用如在此说明的滤波器顺应该驱动力随着经测量的振动而变化，确定驱动力的大小随着供结构中该经测量的振动所用频率而变化。例如，该减振装置的支撑构架直接地附装至建筑物地板用于抵消建筑物地板中的振动。例如，多个减振装置附装在待减振结构上的不同的位置处。
根据一具体实施例，用以确定何处放置减振装置的程序可包括以下一个或多个步骤。
1)在关注的整个地板领域上测量地板振动以及与规格比较。
2)确定需要降低的支配性振动频率
3)将减振装置放置在地板领域的中间处并测量阻尼器装置力对地板速度转移函数由力对该领域上的数个位置，典型地，分开1至1.5公尺。可替代地或除此之外，此亦能够藉由模态冲击锤(modal hammer)及地板传感器完成
a)有接近该支配性振动频率的显著共振？典型地，对于较高的频率由于较高的模态密度所以需要更多的致动器
b)确定所需要用以降低该地板振动对具有动态模型的规格的减振装置的数目以及其的位置︰
i)根据由力对速度的数据脱机地调谐控制器
ii)使用顺序回路整形(sequential loop-shaping)以确定在其它频道上的作用，在所有领域点上干扰对速度的影响导致‘规格范围内(within-spec)’数值？
iii)如有需要调谐第二回路及第三回路等。
c)确定每个减振装置的力量
4)设计及安置
a)如有需要缩放减振装置力
b)提供减振装置的数目及控制器(例如，箱)
5)将减振装置放置在该设计位置上并重复步骤1。
图8A-8D图示了针对在示例性振动位准上控制滤波器及其相对应影响的该具体实施例的不同的波德图。每个附图的左上侧示出了驱动力的大小随着频率的变化。左下侧则示出了对应相位。右上侧示出了振动位准实例，具有滤波器开与关的抵消。右下侧则示出了补偿大小。
根据该示出了的具体实施例的滤波器具有在质量弹簧系统的共振频率下的抗共振凹陷并显著地增加高于此频率的减振大小。在图8A的具体实施例中，滤波器具有两个共振尖峰。在图8B的该具体实施例中，滤波器具有四个共振尖峰。在图8B的该具体实施例中，该滤波器具有数个共振尖峰涵盖频率R的范围。在图8B的该具体实施例中，滤波器具有极宽广的共振尖峰形成一频带，减缓高于质量弹簧系统的共振频率的范围R中的任何频率。
尽管该附图可示出阻尼器装置其构造成以控制垂直方向上的振动，该阻尼器装置亦可构造成以控制水平方向上的振动，或是结合水平与垂直方向上的振动。例如，惯性质量及弹簧装置可构造成以部分地或是整个地在水平方向上振动。可替代地或除此之外，阻尼器装置的支撑构架可在一角度下连接至预减振结构的水平表面，例如，连接至机器支撑构架的一侧边。可替代地或除此之外，该阻尼器装置可包括构造成以在不同的方向上振动的多个惯性质量。同时地，能够使用多个(分开的或一体成型的)传感器以探测不同的方向上的振动。
为了清晰性及简洁的说明，此处将特性描述为相同或独立的具体实施例的一部分，然而，应察知的是本发明的范畴可包括具有全部或部分所述特性的具体实施例的具体实施例。例如，尽管具体实施例系针对主动惯性阻尼器系统的特定构态，但同时地熟知此技艺的人士可预见用于获得相似功能及结果的本揭示内容的优点的可替代方式。例如，机械及/或电气组件可结合或分开成一个或多个可替代组件。如所论及及示出了的该具体实施例的不同组件提供特定优点，诸如减小结构中非所待的振动。当然，应察知的是任一以上具体实施例或处理可与一个或多个其它具体实施例或处理结合以提供甚至在发现与设计配合的改良及优点。应察知的是，此揭示内容对于针对敏感性机器的益处的减振作业提出特别的优点，并且一般地能够施用于其中该振动控制系为需要的任一应用。
最后，以上讨论系意待仅为本系统及/或方法的说明性并不应理解为将附加的申请专利范围限制在任一特定的具体实施例或是具体实施例的群组。该说明书及附图因此系视为说明性方式并不意待限制该附加的申请专利范围的范畴。就解释该附加的申请专利范围而言，应了解的是该用字“包括”并未排除在一已知权利要求中所列举的外的其它组件或是动作的存在；在组件前的该用字“一(a或an)”并未排除复数的该组件的存在；在该权利要求中任一参考符号并未限制其的范畴；数个“装置”可以由相同或是不同项目或实现结构或菜单示；除非另有明确地陈述，否则该揭示装置或其的部分的任一者可结合在一起或是分开成另外的部分。在相互不同的权利要求中记载某些措施的事实不表示这些措施的组合不能得到优点。特别地，该权利要求的所有作业组合被认为内在地揭示。

Claims (15)

1.一种用于结构(11)中减振(V1,V2)的主动惯性阻尼器系统(100)，所述系统(100)包括：
-支撑构架(1)，其构造成用于附装至所述待减振的结构；
-惯性质量(2)，其经由弹簧装置(3)藉由所述支撑构架(1)所支撑，用以形成具有共振频率(fn)的质量-弹簧系统(2,3)；
-力致动器(4)，其构造成以在所述惯性质量(2)与所述支撑构架(1)之间施加可变驱动力(Fd)；
-振动传感器(5)，其构造成以测量所述待减振结构(11)中的振动(V1,V2)；以及
-控制器(6)，其构造成以控制所述力致动器(4)为以所述经测量的振动(V1,V2)的函数来调适所述驱动力(Fd)，其中所述控制器(6)包括滤波器(H)，所述滤波器确定作为频率(f)的函数的所述驱动力(Fd)的大小(M)，用于抑制所述结构(11)中所述经测量的振动(V1,V2)，其中所述滤波器(H)进一步构造成以在所述质量-弹簧系统(2,3)的所述共振频率(fn)下于所述驱动力(Fd)的大小(M)中提供抗共振凹陷，用于抑制所述质量-弹簧系统(2,3)本身的共振表现。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述滤波器(H)构造成以在高于所述质量-弹簧系统(2,3)的所述共振频率(fn)的一个或多个预定减振频率(f1,f2)下提供所述驱动力(Fd)的大小(M)中的一个或多个共振尖峰。
3.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述滤波器(H)构造成以在高于所述质量-弹簧系统(2,3)的所述共振频率(fn)的预定减振频率的范围(R)内提供所述增加的驱动力(Fd)的大小(M)。
4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述抗共振凹陷是根据所述惯性质量(2)的质量以及所述弹簧装置(3)的弹簧常数模塑以提供所述质量-弹簧系统(2，3)在所述共振频率(fn)下的反向共振。
5.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述滤波器(H)构造成以在二者均高于所述质量-弹簧系统(2,3)的所述共振频率(fn)的相应的预定减振频率(f1,f2)下提供所述驱动力(Fd)的大小(M)中至少两个分开的共振尖峰。
6.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述质量-弹簧系统(2,3)的所述共振频率(fn)低于25赫兹。
7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述滤波器的所述减振频率(f1,f2)至少高于所述质量-弹簧系统(2,3)的所述共振频率(fn)的25％。
8.如权利要求2所述的系统，其中所述预定减振频率分开至少10赫兹。
9.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述惯性质量(2)是经由一个或多个主弹簧(3a,3b)以及在未装载一个或多个主弹簧(3a,3b)处的所述惯性质量(2)的一位置处预先装载的一个或多个支撑弹簧(3c,3d)藉由所述支撑构架(1)支撑，其中所述支撑弹簧(3c,3d)预先装载以至少部分地抵消所述惯性质量(2)上的重力以减轻一个或多个弹簧片(3a,3b)上的张力。
10.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述系统(100)包括多个阻尼器装置(10a,10b)，每个阻尼器装置包括相应的支撑构架(1)、惯性质量(2)、弹簧装置(3)以及力致动器(4)，其中所述多个阻尼器装置(10a,10b)藉由中央控制器(6)控制。
11.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述支撑构架(1)连接至建筑物地板(11)。
12.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述主动惯性阻尼器系统(100)的所述支撑构架(1)连接至机器支撑构架(12)，用于支撑振动敏感性机器(13)，其中所述振动敏感性机器(13)由机器支脚(13a,13b)支撑立于所述机器支撑构架(12)上；其中所述主动惯性阻尼器系统(100)的振动传感器(5a,5b)定位于所述机器支脚(13a,13b)的位置处供于所述机器支脚(13a,13b)处减振作业所用。
13.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述一个或多个阻尼器装置(10a,10b)附装在所述振动敏感性机器(13)下方的机器支撑构架(12)支撑构架(1)的底部处。
14.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述机器支撑构架立于建筑物地板上，其中所述机器支撑构架(12)具有较所述建筑物地板为高的劲度。
15.一种于结构(11)中减振(V1,V2)的方法，所述方法包括︰
-提供减振装置(10)，所述减振装置包括附装至待减振的所述结构(11)的支撑构架(1)、经由弹簧装置(3)由所述支撑构架(1)所支撑以形成具有共振频率(fn)的质量-弹簧系统(2,3)的惯性质量(2)；以及力致动器(4)，其构造成以在所述惯性质量(2)与所述支撑构架(1)之间施加可变的驱动力(Fd)；
-测量待减振的所述结构(11)中的振动(V1,V2)；以及
-控制所述减振装置(10)使用滤波器(H)来调适作为所述经测量的振动(V1,V2)的函数的所述驱动力(Fd)，所述滤波器(H)确定作为频率(f)的函数的所述驱动力(Fd)的大小(M)，用于抑制所述结构(11)中的所述经测量的振动(V1,V2)，其中所述滤波器(H)进一步在所述质量-弹簧系统(2,3)的所述共振频率(fn)下于所述驱动力(Fd)的大小(M)中提供抗共振凹陷，用于抑制所述质量-弹簧系统(2,3)本身的共振表现。
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