CN112177994B - 一种离散式随机振动能量稳态转换系统及转换方法 - Google Patents

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Abstract

一种离散式随机振动能量稳态转换系统，信号采集模块包括四腔室液压缸，四腔室液压缸的活塞杆上安装有速度传感器、加速度传感器；能量转换模块包括液压回路，液压回路由高压线路和低压线路组成；A腔、B腔、C腔引出的油路上均设有电磁控制阀，三个电磁控制阀的另一端接口均分别接入低压支路和高压支路中，三条低压支路相连接汇成一条低压线，三条高压支路汇成一条高压线；低压线末端和高压线末端之间连接液压马达，液压马达的转轴与发电机连接，发电机通过变频器并入电网。本发明提供的一种离散式随机振动能量稳态转换系统，将随机连续信号按8种离散数值来控制吸收，更有效地拟合原信号，较大幅度地提高能量转换效率。

Description

一种离散式随机振动能量稳态转换系统及转换方法
技术领域
本发明涉及随机能量转换领域，尤其是一种离散式随机振动能量稳态转换系统及转换方法。
背景技术
本日常生活中存在着各种各样的振动信号，例如波浪能，其作为一种分布广泛、蕴藏量巨大的随机能量，它的转化与利用对能源发展以及环境保护有很大的帮助。而对于这类信号的采集与利用又存在着一些问题，无法实现能量的高效转换。
随机波浪能量的转换系统一般由三级能量转换机构组成，其中一级能量转换机构将随机能量转换成机械能或水位能等，二级能量转换则将机械能能转换为液压能，最后再将液压能转化为电能。在能量吸收过程中，传统机械或液压转换系统对不稳定输入信号的拟合性比较差，转换效率低且输出稳定性差，因此为了提高对随机能量的采集与转换效率及装置的稳定性与可靠性，提出一种离散式随机振动能量稳态转换系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种离散式随机振动能量稳态转换系统及转换方法，提高对随机能量的采集与转换效率，提高装置的稳定性与可靠性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种离散式随机振动能量稳态转换系统，包括信号采集模块、能量转换模块、控制系统模块、发电模块；
所述信号采集模块包括四腔室液压缸，四腔室液压缸内设有A腔、B腔、C腔及D腔；四腔室液压缸的活塞杆上安装有速度传感器、加速度传感器；
所述能量转换模块包括液压回路，液压回路由高压线路和低压线路组成；A腔引出的第一油路上设有第一电磁控制阀，B腔引出的第二油路上设有第二电磁控制阀，C腔引出的第三油路上设有第三电磁控制阀，第一电磁控制阀、第二电磁控制阀及第三电磁控制阀的另一端接口均分别接入低压支路和高压支路中，三条低压支路相连接汇成一条低压线，三条高压支路汇成一条高压线；低压线、高压线之间通过电磁控制阀、节流阀连通；
所述发电模块包括液压马达、发电机，低压线末端和高压线末端之间连接液压马达，液压马达的转轴与发电机连接，发电机通过变频器并入电网。
所述A腔、B腔的内壁直径相同，A腔、B腔之间通过活塞S1隔开，A腔的活塞杆直径大于B腔的活塞杆直径；B腔内径大于C腔内径且二者隔离，B腔、C腔的活塞杆直径相同；D腔与C腔通过活塞S2隔开且D腔与外界大气连通。
所述低压线上安装有低压蓄能器，高压线上安装有高压蓄能器。
所述低压线、高压线之间设有供油支路，供油支路将低压线、高压线连通且供油支路上安装有方向互为相反的第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀和第二单向阀之间引出一条线路并连接带有电动机的齿轮泵，齿轮泵的另一端与油箱相通。
所述低压线一侧引出一条线路，线路上安装溢流阀，线路另一端与油箱相连。
所述四腔室液压缸的缸体外侧固定在基座上以采集输入的能量，或以可移动的方式来主动追踪能量信号。
随机振动能量稳态转换系统可进行多个并联，将各发电机产生的电能，经过变频器处理后合并到同一线路，最后并入电网。
一种离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，包括以下步骤：
步骤一、根据输入随机振动力信号的表达式Finput(t)＝Hcos(±kx-ωt)确定活塞杆所受到的最大输入力Fmax＝H；
式中：H为振幅，k为波数，x是输入信号相对于信号源的水平位置，ω是频率，t是时间。
步骤二、依据随机振动力信号的最大振幅H来编制，以活塞杆向上运动为正方向，将受力的正向最大值H至反向最大值-H之间均分为8段区间值；其中，在活塞杆速度正方向有4段区间值，在速度负方向上也有4段区间值；同时，将活塞杆的每段区间值匹配一个电磁阀组合，由于A腔、B腔、C腔各可连接两种线路，即可得到8种电磁阀组合；
步骤三、通过将振动信号的特征量匹配能量转换模块中产生的液压力，进而得到各振动信号所依次对应的液压回路并制定专家规则表，并将专家规则表输入到控制系统模块中存储；
步骤四、在能量转换的过程时，外部输入的随机振动力信号作用在四腔室液压缸的活塞杆上使其产生运动信号具有机械能；活塞杆上的速度传感器、加速度传感器将运动信号转换为电信号，通过控制器传输至CPU中进行数据转换，进而计算出活塞杆某时刻的受力情况，再将其数据与存储器中的专家规则表进行对比查找，选出相匹配的电磁阀组合，然后将对应的组合信号输出至电磁阀，以控制各电磁阀的开关完成液压回路的选择；
步骤五、液压油经过液压回路对发电机做功，从而完成机械能到液压能再到电能的转换过程。
步骤三中专家规则表的具体制定步骤如下：
1)、设定随机振动信号的最大振幅为H，以活塞杆向上运动为正方向，首先将受力的正向最大值H至反向最大值-H之间均分为8段区间值，其中在活塞杆速度正方向有4段区间值，在速度负方向上也有4段区间值；
2)、再将不同电磁阀组合按输出力的大小和方向排列，液压回路中低压线路油压为P1，高压线路油压为P2，即P1<P2，由四腔室液压缸的结构可得各腔体之间油液截面积大小关系为SC<SA<SB；
3)、根据压力公式有F＝P×S，当活塞杆速度向上时，活塞杆受到液压回路的力为FS＝PS·SB-PASA-PCSC，其中使PBSB值最大、PASA和PCSC的数值最小，就可得到活塞杆受力的最大值为Fsmax＝P2SB-P1SA-P1SC，并将其记为F121，此时的电磁阀组合为A腔连通低压线路、B腔连通高压线路、C腔连通低压线路，记为121组合，又因为ΔP＝P2-P1，且ΔP·SC<ΔP·SA<ΔP·(SA+SC)，所以将Fsmax与不等式中各式相减为：
Fsmax-ΔP·SC>Fsmax-ΔP·SA>Fsmax-ΔP·(SA+SC)；
化简可得：F122>F221>F222，此不等式与最大力F121的大小关系为：
F222<F221<F122<F121；
则当活塞杆向上运动时，可将其正方向受力的四个区间段按大小关系与电磁阀组合依次对应；
4)、当活塞杆速度向下时，其受力为FS＝PA·SA+PCSC-PBSB；同理，由P1、P2的大小关系，以及SA、SB、SC的大小关系可知，使得使PASA、PCSC值最大、PBSB的数值最小，即可得到活塞杆受力的最大值为F′smax＝P2SA+P2SC-P1SB，并按表示法则将其记为F212，此时的电磁阀组合为A腔连通高压线路、B腔连通低压线路、C腔连通高压线路，表示电磁阀组合为212组合。又因为各腔体之间存在不等式ΔP·SC<ΔP·SA<ΔP·(SA+SC)，将F′smax与不等式中各式相减为：
F′smax-ΔP·SC>F′smax-ΔP·SA>F′smax-ΔP·(SA+SC)；
将其化简并结合F212可得：F212>F211>F112>F111；
则当活塞杆向下运动时，可将其负方向受力的四个区间段按大小关系与电磁阀组合依次对应。
本发明一种离散式随机振动能量稳态转换系统及转换方法，具有以下技术效果：
1)、可实现将随机连续信号按8种离散数值来控制对应吸收，更有效地拟合原信号，减少能量损失，较大幅度地提高能量转换效率；
2)、液压系统将三线路输入信号整合成两线路，形成三进二出回路，实现将液压能转换为电能。
3)、液压回路中设置高低压蓄能器，可根据外界输入能量的大小初步调节回路的压力值，使得能量转换系统的适应范围更广。
4)、系统中采用的四腔室液压缸，每个腔室的体积均不相同，相比普通液压缸而言，离散效果更好，转换效率更高。
5)、液压回路中多个电磁阀分别对液压缸的各腔室油压进行控制，能够实现不同回路的快速切换，响应时间更短。
6)、专家表将随机信号按数值大小进行分段，并依据液压力的大小和方向依次与随机信号的各段相匹配，对于控制器而言，该匹配方案程序设计简单、可实施性强且稳定性高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的原理方框图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的局部结构示意图。
图4为本发明中四腔室液压缸的剖视图。
图5为本发明的局部结构示意图。
图6为本发明的状态示意图。
图7为本发明的状态示意图。
图8为本发明的状态示意图。
图9为本发明中的专家规则表。
图中：A腔10-1，B腔10-2，C腔10-3，D腔10-4，活塞杆10-5，四腔室液压缸10，速度传感器11，加速度传感器12，液压回路20，第一电磁控制阀21，第二电磁控制阀22，第三电磁控制阀23，第一油路24，第二油路25，第三油路26，低压支路27，高压支路28，低压线2-1，高压线2-2，电磁控制阀2-3，节流阀2-4，低压蓄能器31，高压蓄能器32，第一单向阀51，第二单向阀52，供油支路53，溢流阀61，齿轮泵71，电动机72，滤油器73，油箱74，液压马达81，压力传感器82，发电机91，变频器92，电网93。
具体实施方式
如图1所示，一种离散式随机振动能量稳态转换系统，它由信号采集模块、能量转换模块、控制系统模块、发电模块组成。
如图2-4所示，采集模块由四腔室液压缸10和传感器组成，
四腔室液压缸10内部设置有体积各不相同的A腔10-1、B腔10-2、C腔10-3及D腔10-4，且依次并联排布。
A腔10-1、B腔10-2的内壁直径相同，A腔10-1、B腔10-2之间设置活塞S1。A腔10-1中活塞杆直径大于B腔10-2中活塞杆直径。
B腔10-2和C腔10-3的内壁直径不同，B腔10-2的内径大于C腔10-3的内径，B腔10-2和C腔10-3之间不连通，只允许活塞杆移动。B腔10-2中的活塞杆直径与C腔10-3中的活塞杆直径相同。
C腔10-3和D腔10-4之间设置活塞S2，且A腔10-1、B腔10-2、C腔10-3均通入液压油，D腔10-4与外界大气连通，不通油。
四腔室液压缸10的缸体外侧可固定在某基座上以采集输入的能量，或以可移动的方式来主动追踪能量信号。
四腔室液压缸10的活塞杆顶部安装有速度传感器11和加速度传感器12，通过速度传感器11和加速度传感器12以获取输入信号作用在活塞杆上后的运动数据，进而将随机振动信号转换为四腔室液压缸10活塞杆的运动数据且能被计算机读取，控制系统模块将运动数据编码计算出随机振动所对应的力信号。
所述能量转换模块包括液压回路20，液压回路20由高压线路和低压线路组成。
如图3所示，A腔10-1引出的第一油路24上设有第一电磁控制阀21，B腔10-2引出的第二油路25上设有第二电磁控制阀22，C腔10-3引出的第三油路26上设有第三电磁控制阀23。第一电磁控制阀21、第二电磁控制阀22及第三电磁控制阀23均为二位三通电磁控制阀。
如图3所示，第一电磁控制阀21、第二电磁控制阀22及第三电磁控制阀23的另一端接口均分别接入低压支路27和高压支路28中。三条低压支路27相连接汇成一条低压线2-1，且在低压线2-1上设置有低压蓄能器31。三条高压支路28汇成一条高压线2-2，且在高压线2-2上设置有高压蓄能器32。低压线2-1、高压线2-2之间设置一个电磁控制阀2-3和一个节流阀2-4。
如图5所示，在电磁控制阀2-3和节流阀2-4相邻位置，通过供油支路53将低压线2-1、高压线2-2连通且供油支路53上安装有方向互为相反的第一单向阀51和第二单向阀52，第一单向阀51和第二单向阀52之间引出一条线路并连接带有电动机72的齿轮泵71，齿轮泵71的另一端与油箱74相通。
在低压线2-1一侧引出一条线路，线路上安装溢流阀61，线路另一端与油箱74相连。当液压回路中管线压力高于溢流阀61的压力设定值时，溢流阀61连通油箱进行液压管线的卸压，从而保证系统能维持稳定，不至于出现系统压力过高，其中滤油器73主要起过滤油渣作用。
四腔室液压缸10的每个腔室都通过一个二位三通电磁开关阀与两种不同的压力线路相连通，因此对应有8种开关阀门组合关系，将低压线状态记为1，高压线状态记为2，A腔10-1、B腔10-2、C腔10-3的连通状态即可由数组表示，如A腔10-1连通低压线路、B腔10-2连通高压线路、C腔10-3连通低压线路，其表示为121。
8种开关阀门组合状态下能使活塞杆10-5产生8种不同范围的力。根据每种范围内的力所对应的开关阀状态，可得出8种不同范围的力所对应的8种开关阀门组合关系，并制成专家规则表如图9所示。
在控制系统调节起始时，根据输入信号的幅值及能量大小初步调节高、低压蓄能器的数值，使系统能满足所需的能量采集要求：
设在某区域内，输入随机振动的力信号的表达式为Finput(t)＝Hcos(±kx-ωt)单位为N，式中：H为振幅，k为波数，x是输入信号相对于信号源的水平位置，ω是频率，t是时间。
由此可知活塞杆所受到的最大输入力Fmax＝H，根据输入信号的最大峰值力H和四腔室液压缸10中的最小截面C腔10-3的截面积Smin，可计算出系统的最大预设压力Pref＝H/Smin，蓄能器的压力值则可依据此参数进行调定，满足大于此值达到能量采集要求即可。
依据随机振动信号的最大振幅(最大输入力)H来编制，以活塞杆向上运动为正方向，将受力的正向最大值H至反向最大受力值-H之间均分为8段区间值，其中在活塞杆速度正方向有4段区间，在速度负方向上也有4段区间。同时，将活塞杆的每段受力区间匹配一个电磁阀组合，由于三个腔体各可连接两种线路，即可得到2x2x2种电磁阀组合，将不同组合按输出力的大小和方向排列，并与8段不同区间的受力状态相匹配，具体匹配过程如下：
设低压线路油压为P1，高压线路油压为P2，则有P2>P1，由四腔室液压缸10的结构可得各腔体之间油液截面积大小关系为SC<SA<SB。根据压力公式有F＝P×S，以油缸活塞杆向上运动为正方向，进行以下分析。
当活塞杆速度向上时，活塞杆的受力为FS＝PB·SB-PASA-PCSC。
由P1和P2的大小关系，以及SA、SB、SC的大小关系可知，活塞杆速度向上时，使PBSB值最大、PASA和PCSC的数值最小，就可得到活塞杆受力的最大值为Fsmax＝P2SB-P1SA-P1SC，并将其记为F121，此时的电磁阀组合为A腔10-1连通低压线路、B腔10-2连通高压线路、C腔10-3连通低压线路，即可表示为121组合。
又因为ΔP＝P2-P1，且ΔP·SC<ΔP·SA<ΔP·(SA+SC)，所以将Fsmax与不等式中各式相减为：
Fsmax-ΔP·SC>Fsmax-ΔP·SA>Fsmax-ΔP·(SA+SC)；
化简可得：
P2SB-P1SA-P2SC>P2SB-P2SA-P1SC>P2SB-P2SA-P2SC；
进一步简写为：F122>F221>F222；
即上述不等式中三种电磁阀组合的力与最大力F121的大小关系为：
F222<F221<F122<F121；
则当活塞杆向上运动时，可将其正方向受力的四个区间段按大小关系与电磁阀组合依次对应。
当活塞杆速度向下时，其受力为FS＝PA·SA+PCSC-PBSB。
同理，由P1、P2的大小关系，以及SA、SB、SC的大小关系可知，使得使PASA、PCSC值最大、PBSB的数值最小，即可得到活塞杆受力的最大值为F′smax＝P2SA+P2SC-P1SB，并按表示法则将其记为F212，此时的电磁阀组合为A腔10-1连通高压线路、B腔10-2连通低压线路、C腔10-3连通高压线路，表示电磁阀组合为121状态。
又因为各腔体之间存在不等式ΔP·SC<ΔP·SA<ΔP·(SA+SC)，将F′smax与不等式中各式相减为：
F′smax-ΔP·SC>F′smax-ΔP·SA>F′smax-ΔP·(SA+SC)；
化简得：
P2SA-P1SB+P1SC>P1SA-P1SB+P2SC>P1SA-P1SB+P1SC；
即为：F211>F112>F111；
即上述不等式中三种电磁阀组合的力与最大力F212的大小关系为：
F212>F211>F112>F111；
则当活塞杆向下运动时，可将其负方向受力的四个区间段按大小关系与电磁阀组合依次对应。
综上所述将电磁阀不同组合按输出力的大小和方向排列，刚好可以与活塞杆8段不同区间的受力状态相匹配，进而制成相应的专家规则表。
在信号采集过程中，系统依据传感器检测到的活塞杆运动信息，其中速度大小正负值可以判断活塞杆的方向是向上还是向下，再由加速度的大小和牛顿第二定律F＝m×a可以计算出活塞杆的受力情况，最后再根据求得的受力数据大小，查专家表找到对应的八种情况中的哪一种，进而控制各电磁换向阀的开关状态组合，使得系统选择不同油路走向，从而实现最佳效率的能量吸收。
其中，传感器信号转换算法为根据液压缸上速度传感器和加速度传感器测得的数据，结合牛顿第二定律得出液压缸活塞杆在输入振动信号的作用下所受力的大小和方向，即为液压缸的受力参考值。
所述控制系统模块由可编程逻辑控制器(PLC)组成，其型号可选用SMATIC S7-300。主要包括传感器输入接口、中间继电器、中央数据处理器(CPU)、存储器以及电磁阀输出接口。控制器依据活塞杆上传感器的输入信号，将模拟量信号传输至CPU中进行数据转换，计算出活塞杆某时刻的受力情况，再将其数据与存储器中的专家规则表进行对比查找，选出相匹配的电磁阀状态组合，最后将对应的组合信号输出至电磁阀，以控制各电磁阀的开关完成液压回路的选择。
发电模块4主要由液压马达81和发电机91组成，其中液压回路22的高压线路末端和低压线路的线路末端之间连接液压马达81，液压马达81的转轴与发电机91连接，发电机91产生的电能通过变频器92并入电网。
实施例1
如图6所示，当输入随机振动能量信号后，四腔室液压缸10的活塞杆向上运动，此时，控制系统模块检测到输入随机振动能量信号的数值对应到专家规则表中为：A腔10-1连接低压线路，B腔10-2连接高压线路，C腔10-3连接低压线路，可将此记为各二位三通电磁阀为121状态(1为连接低压，2为连接高压)。由此可知，当活塞杆向上运动时，A腔10-1和C腔10-3均为进油，B腔10-2为出油，则在运动时B腔10-2中的液压油通过电磁控制阀22进入高压线路，一直流经液压马达81，经过液压马达81的液压油再由低压线路流入A腔10-1和C腔10-3中。具体液压油路线如图6所示，实线为高压油流向，虚线为低压油流向。
如图7所示，当输入随机振动能量信号后，四腔室液压缸10的活塞杆向下运动，A腔10-1和C腔10-3的空间体积减小，为出油状态；B腔10-2的空间体积增大，为进油状态。此时控制系统模块检测到输入随机振动能量信号的数值对应到专家规则表中为：A腔10-1连接高压线路，B腔10-2连接低压线路，C腔10-3连接高压线路，将此记为各二位三通电磁换向阀为212状态。由此可知，当活塞杆向下运动的时，A腔10-1中的液压油通过电磁阀21进入高压线路，C腔10-3中的液压油通过电磁阀23也进入高压线路，并且与来自A腔10-1的液压油汇聚，一直流经液压马达81，经过液压马达81的液压油再进入低压线路，并通过电磁阀22流入B腔10-2中。具体液压线路如图7所示，实线为高压油流向，虚线为低压油流向。
如图8所示，当输入随机振动能量信号后，四腔室液压缸10的活塞杆向下运动，A腔10-1和C腔10-3的体积减小，为出油；B腔10-2的空间体积增大，为进油。此时控制系统模块检测到输入随机振动能量信号的数值对应到专家规则表中为：A腔10-1、B腔10-2和C腔10-3均连接低压线路，将此记为各二位三通电磁换向阀为111状态。在活塞杆向下运动的过程中，A腔10-1中的液压油通过电磁阀21进入低压线路，C腔10-3中的液压油通过电磁阀23进入低压线路，B腔10-2则通过电磁阀吸入低压线路中的低压油。但由于在此过程中，C腔10-3的体积减小量少于B腔10-2的体积增加量，故从C腔10-3中排出的液压油将直接流入B腔10-2，而A腔10-1中排出的液压油则分为两部分，其中一部分也流入B腔10-2中进行流量补充，满足B腔10-2的流量变化后，另一部分液压油将继续在低压线路中前进，此时控制电磁开关阀41接通，液压油通过电磁开关阀2-3和可变节流阀41进入高压线路中，并一直流经液压马达81，经过液压马达81的液压油再进入低压线路。从液压马达81中排出的液压油，再与A腔10-1中来的低压液压油汇聚并一同流经电磁开关阀41，以此形成一个发电回路。
同理，当系统检测到输入信号对应专家规则表中的电磁阀状态为222时，控制系统将接通电磁开关阀2-3，高压液压油在经过液压马达后转为低压油，再经过电磁开关阀2-3和可变节流阀2-4，从而形成完整的发电回路，此处可变节流阀2-4起调节压差稳定发电的作用。在系统的运作过程中，电动机72带动液压泵71，将油箱74中的液压油补充到液压回路20中。
对于随机振动能量信号，该系统可实现将随机连续信号分解成8种离散信号，更有效地拟合原信号，减少能量损失，较大幅度地提高能量转换效率；液压系统将三线路输入信号整合成两线路，形成三进二出回路，实现将液压能转换为电能。由于液压泵两端连接的液压线路中均有蓄能器，能够起到稳压作用，所以多腔油缸的运动不会对液压泵两端压力造成明显影响，故可实现多套设备的并联使用，将每台发电机产生的电能，经过变频器处理后合并到同一线路，最后并入电网。
需要说明的是，在信号采集的过程中，需要初步判断多腔油缸的行程是否与输入的信号特征匹配，以避免出现行程不够等问题。

Claims (8)

1.一种离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，其特征在于：该系统包括信号采集模块、能量转换模块、控制系统模块、发电模块；
所述信号采集模块包括四腔室液压缸(10)，四腔室液压缸(10)内设有A腔(10-1)、B腔(10-2)、C腔(10-3)及D腔(10-4)；四腔室液压缸(10)的活塞杆(10-5)上安装有速度传感器(11)、加速度传感器(12)；
所述能量转换模块包括液压回路(20)，液压回路(20)由高压线路和低压线路组成；A腔(10-1)引出的第一油路(24)上设有第一电磁控制阀(21)，B腔(10-2)引出的第二油路(25)上设有第二电磁控制阀(22)，C腔(10-3)引出的第三油路(26)上设有第三电磁控制阀(23)，第一电磁控制阀(21)、第二电磁控制阀(22)及第三电磁控制阀(23)的另一端接口均接入低压支路(27)和高压支路(28)中，三条低压支路(27)相连接汇成一条低压线(2-1)，三条高压支路(28)汇成一条高压线(2-2)；低压线(2-1)、高压线(2-2)之间通过电磁控制阀(2-3)、节流阀(2-4)连通；
所述发电模块包括液压马达(81)、发电机(91)，低压线(2-1)末端和高压线(2-2)末端之间连接液压马达(81)，液压马达(81)的转轴与发电机(91)连接，发电机(91)通过变频器(92)并入电网(93)；
所述离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，包括以下步骤：
步骤一、根据输入随机振动力信号的表达式Finput(t)＝Hcos(±kx-ωt)确定活塞杆所受到的最大输入力Fmax＝H；
式中：H为最大振幅，k为波数，x是输入信号相对于信号源的水平位置，ω是频率，t是时间；
步骤二、依据随机振动力信号的最大振幅H来编制，以活塞杆向上运动为正方向，将受力的正向最大值H至反向最大值-H之间均分为8段区间值；其中，在活塞杆速度正方向有4段区间值，在速度负方向上也有4段区间值；同时，将活塞杆的每段区间值匹配一个电磁阀组合，由于A腔(10-1)、B腔(10-2)、C腔(10-3)各可连接两种线路，即可得到8种电磁阀组合；
步骤三、通过将随机振动力信号的特征量匹配能量转换模块中产生的液压力，进而得到各随机振动力信号所依次对应的液压回路并制定专家规则表，并将专家规则表输入到控制系统模块中存储；
步骤四、在能量转换的过程中，外部输入的随机振动力信号作用在四腔室液压缸(10)的活塞杆上使其产生运动信号具有机械能；活塞杆上的速度传感器(11)、加速度传感器(12)将运动信号转换为电信号，通过控制器传输至CPU中进行数据转换，进而计算出活塞杆某时刻的受力情况，再将其数据与存储器中的专家规则表进行对比查找，选出相匹配的电磁阀组合，然后将对应的组合信号输出至电磁阀组合，以控制各电磁阀的开关完成液压回路的选择；
步骤五、液压油经过液压回路对发电机做功，从而完成机械能到液压能再到电能的转换过程。
2.根据权利要求1所述的一种离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，其特征在于：所述A腔(10-1)、B腔(10-2)的内壁直径相同，A腔(10-1)、B腔(10-2)之间通过活塞S1隔开，A腔(10-1)的活塞杆直径大于B腔(10-2)的活塞杆直径，A腔(10-1)的油液截面积SA小于B腔(10-2)的油液截面积SB，即SA<SB；B腔(10-2)内径大于C腔(10-3)内径且二者隔离，B腔(10-2)、C腔(10-3)的活塞杆直径相同，B腔(10-2)的油液截面积SB大于C腔(10-3)的油液截面积SC，且A腔(10-1)的油液截面积SA大于C腔(10-3)的油液截面积SC，即SC<SA；D腔(10-4)与C腔(10-3)通过活塞S2隔开且D腔(10-4)与外界大气连通。
3.根据权利要求1所述的一种离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，其特征在于：所述低压线(2-1)上安装有低压蓄能器(31)，高压线(2-2)上安装有高压蓄能器(32)。
4.根据权利要求1所述的一种离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，其特征在于：所述低压线(2-1)、高压线(2-2)之间设有供油支路(53)，供油支路(53)将低压线(2-1)、高压线(2-2)连通且供油支路(53)上安装有方向互为相反的第一单向阀(51)和第二单向阀(52)，第一单向阀(51)和第二单向阀(52)之间引出一条线路并连接带有电动机(72)的齿轮泵(71)，齿轮泵(71)的另一端与油箱(74)相通。
5.根据权利要求1所述的一种离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，其特征在于：所述低压线(2-1)一侧引出一条线路，线路上安装溢流阀(61)，线路另一端与油箱(74)相连。
6.根据权利要求1所述的一种离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，其特征在于：所述四腔室液压缸(10)的缸体外侧固定在基座上以采集输入的能量，或以可移动的方式来主动追踪能量信号。
7.根据权利要求1所述的一种离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，其特征在于：离散式随机振动能量稳态转换系统可进行多个并联，将各发电机产生的电能，经过变频器处理后合并到同一线路，最后并入电网。
8.根据权利要求1所述的一种离散式随机振动能量稳态转换系统进行能量稳态转换的方法，其特征在于：步骤三中专家规则表的具体制定步骤如下：
1)、设定随机振动力信号的最大振幅为H，以活塞杆向上运动为正方向，首先将受力的正向最大值H至反向最大值-H之间均分为8段区间值，其中在活塞杆速度正方向有4段区间值，在速度负方向上也有4段区间值；
2)、再将不同电磁阀组合按输入力的大小和方向排列，液压回路中低压线油压为P1，高压线油压为P2，即P1<P2，由四腔室液压缸(10)的结构可得各腔之间油液截面积大小关系为SC<SA<SB；
3)、根据压力公式有F＝P×S，当活塞杆速度向上时，活塞杆受到液压回路的力为FS＝PB·SB-PASA-PCSC，其中使PBSB值最大、PASA值和PCSC值最小，就可得到活塞杆受力的最大值为Fsmax＝P2SB-P1SA-P1SC，并将其记为F121，此时的电磁阀组合为A腔(10-1)连通低压线、B腔(10-2)连通高压线、C腔(10-3)连通低压线，记为121组合，又因为△P＝P2-P1，且△P·SC<△P·SA<△P·(SA+SC)，所以将Fsmax与不等式中各式相减为：
Fsmax-△P·SC>Fsmax-△P·SA>Fsmax-△P·(SA+SC)；
化简可得：F122>F221>F222，此不等式与最大力F121的大小关系为：
F222<F221<F122<F121；
则当活塞杆向上运动时，可将其正方向受力的四个区间段按大小关系与电磁阀组合依次对应；
4)、当活塞杆速度向下时，其受力为FS＝PA·SA+PCSC-PBSB；同理，由P1、P2的大小关系，以及SA、SB、SC的大小关系可知，使得PASA、PCSC值最大、PBSB值最小，即可得到活塞杆受力的最大值为FS′max＝P2SA+P2SC-P1SB，并将其记为F212，此时的电磁阀组合为A腔(10-1)连通高压线、B腔(10-2)连通低压线、C腔(10-3)连通高压线，表示电磁阀组合为212组合，又因为各腔体之间存在不等式△P·SC<△P·SA<△P·(SA+SC)，将FS′max与不等式中各式相减为：
F′smax-△P·SC>F′smax-△P·SA>F′smax-△P·(SA+SC)；
将其化简并结合F212可得：F212>F211>F112>F111；
则当活塞杆向下运动时，可将其负方向受力的四个区间值段按大小关系与电磁阀组合依次对应。
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