CN113551887B - 车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁浮交通技术领域，公开了一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统及方法。其中，该系统包括零磁通线圈定子、阻尼线圈动子、单自由度位移调整器、二自由度弹性支撑装置、二自由度激振器、二自由度检测装置、第一功率放大器、第二功率放大器、第三功率放大器和控制器，定子包括定子固定板和设置在其上的零磁通线圈，动子包括动子固定板和设置在其上的阻尼线圈，单自由度位移调整器设置在定子固定板上，二自由度弹性支撑装置设置在单自由度位移调整器上，动子设置在二自由度弹性支撑装置上，二自由度激振器和二自由度检测装置均设置在动子固定板上。由此，可以模拟被控对象单一自由度或两自由度振动位移，便于各项电磁阻尼特性的测试。

Description

车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统及方法

技术领域

本发明涉及磁浮交通技术领域，尤其涉及一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统及方法。

背景技术

由零磁通悬浮线圈和超导磁体组成的超导电动悬浮系统具有浮阻比高、悬浮导向自稳定、悬浮间隙大等优点，在高速、超高速列车中具有越来越广泛的应用。但该系统在高速下具有固有的负阻尼特性，使得列车在高速运行过程中受到外部扰动时极易震荡发散，影响运行稳定性和乘客舒适性，需要在悬浮导向系统中附加悬浮和导向两个自由度的主动阻尼装置。

目前通常对超导磁体表面的集电线圈中注入可控电流，使其在无接触供电的同时成为主动电磁阻尼线圈。通电主动阻尼线圈产生与悬浮线圈感生磁场基波同频的磁场，二者相互作用为悬浮导向方向运动中的超导磁体提供与运动方向相反的电磁力，使超导电动悬浮系统具备二自由度正阻尼，抑制车体振动。

现有技术中公开了一种零磁通线圈对超导磁体电磁力的静态测试装置，本质上为一套超导磁体堵转试验装置，所有设备均为静态，并不包含悬浮导向系统的阻尼测试、不涉及振动及振动控制过程，也不含有集电-阻尼线圈。

由于阻尼效果受车体共振点、控制算法、阻尼线圈形状等因素影响很大，主动阻尼线圈的阻尼特性及控制系统需要经过全面验证测试才可以上车使用。目前常用的旋转台测试系统将直线运动转换为旋转运动，但受制于旋转机构稳定性要求，无法同时测试悬浮及导向方向阻尼特性，同时由于旋转机构对稳定性的要求，尤其难以测试共振频率下的振动情况；直线缩比样机测试系统可以较为真实的模拟直线运行工况，但设备昂贵庞大，且难以在运行过程中长期、稳定进行测试。另外，上述测试系统均需要运动的磁体励磁以感应悬浮导向电流，存在不同状态下动子支撑刚度未知，运动过程中电磁力受偏心等装配误差影响大的问题。

并且，高速磁悬浮列车车载阻尼线圈控制器的控制参数需要面向实际被控对象进行调试方能上车使用，但由于实际高速磁浮列车用阻尼线圈尺寸较大，难以做成上述两种缩比测试系统，急需一种可靠的测试系统模拟真实被控对象的机械振动特性。

发明内容

本发明提供了一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统及方法，能够解决现有技术中的技术问题。

本发明提供了一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统，其中，该系统包括零磁通线圈定子、阻尼线圈动子、单自由度位移调整器、二自由度弹性支撑装置、二自由度激振器、二自由度检测装置、第一功率放大器、第二功率放大器、第三功率放大器和控制器，所述定子包括定子固定板和设置在其上的零磁通线圈，所述动子包括动子固定板和设置在其上的阻尼线圈，所述单自由度位移调整器设置在所述定子固定板上，所述二自由度弹性支撑装置设置在所述单自由度位移调整器上，所述动子设置在所述二自由度弹性支撑装置上，所述二自由度激振器和所述二自由度检测装置均设置在动子固定板上，其中，

所述单自由度位移调整器用于调节所述动子的位移以使所述动子与定子达到预设相对位置，根据所述预设相对位置所述第一功率放大器向所述定子输入对应的直流电流；

所述第二功率放大器用于向所述二自由度激振器输入驱动电流以驱动所述二自由度激振器对所述动子施加单自由度激振力或二自由度激振力，以通过二自由度弹性支撑装置带动所述动子进行单自由度振动或二自由度振动；

所述二自由度检测装置用于检测所述动子振动时的加速度；

所述控制器用于根据所述加速度输出控制电压至所述第三功率放大器，所述第三功率放大器向所述动子输入控制电流，所述动子在所述定子激励的空间磁场作用下产生与运动方向相反的电磁力。

优选地，所述单自由度位移调整器包括两个位移导轨、四个位移驱动电机和两个丝杠螺母副，两个位移导轨分别设置在所述定子固定板相对的两个侧边上，四个位移驱动电机分别设置在所述两个侧边的两端，其中一个侧边的两个位移驱动电机之间连接一个丝杠螺母副，另一个侧边的两个位移驱动电机之间连接另一个丝杠螺母副，丝杠螺母副中的螺母副的底部设置有与位移导轨配合的槽。

优选地，所述二自由度弹性支撑系统包括八个直线轴承、两个支撑梁、四个导向导轨、四个导向支撑弹簧、两个悬浮导轨、四个悬浮支撑弹簧和八个紧固装置，其中每个支撑梁的两端分别设置一个直线轴承，所述动子固定板相对两侧分别设置两个直线轴承，每个直线轴承上设置一个紧固装置，每个支撑梁上的每个直线轴承与丝杠螺母副中的一个螺母副之间设置一个导向导轨，每个导向导轨上套装一个导向支撑弹簧，所述动子固定板位于两个支撑梁之间，且两个悬浮导轨分别穿过所述动子固定板相对两侧的直线轴承与两个支撑梁上的直线轴承连接，每个支撑梁上的直线轴承与所述动子固定板上相近的直线轴承之间的悬浮导轨上套装一个悬浮支撑弹簧。

优选地，所述二自由度激振器包括激振驱动电机、第一偏心轮和第二偏心轮，所述第一偏心轮设置在所述激振驱动电机的中间，而所述第二偏心轮设置在所述激振驱动电机的两侧，所述第一偏心轮的质量大于所述第二偏心轮的质量，当所述第一偏心轮和所述第二偏心轮以相同初始相位和相同转向运动时，对所述动子施加二自由度激振力，当所述第一偏心轮与两侧的所述第二偏心轮以相同初始相位和相反转向运动时，对所述动子施加单自由度激振力。

优选地，所述二自由度激振器设置在所述动子固定板表面的中间位置。

优选地，所述二自由度检测装置设置在所述动子固定板上没有悬浮导轨的一侧。

优选地，所述二自由度检测装置为二自由度加速度传感器。

优选地，所述槽为燕尾槽。

本发明还提供了一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试方法，其中，该方法包括：

在零磁通线圈定子的定子固定板上设置单自由度位移调整器，在所述单自由度位移调整器上设置二自由度弹性支撑装置，在所述二自由度弹性支撑装置上设置阻尼线圈动子，在所述动子的动子固定板上设置二自由度激振器和二自由度检测装置；

利用单自由度位移调整器调节所述动子的位移以使所述动子与定子达到预设相对位置；

根据所述预设相对位置利用第一功率放大器向所述定子输入对应的直流电流；

利用第二功率放大器向所述二自由度激振器输入驱动电流以驱动所述二自由度激振器对所述动子施加单自由度激振力或二自由度激振力，以通过二自由度弹性支撑装置带动所述动子进行单自由度振动或二自由度振动；

利用所述二自由度检测装置检测所述动子振动时的加速度；

利用控制器根据所述加速度输出控制电压至第三功率放大器，所述第三功率放大器向所述动子输入控制电流，所述动子在所述定子激励的空间磁场作用下产生与运动方向相反的电磁力。

通过上述技术方案，可以模拟被控对象(实际被控车载电磁阻尼线圈)单一自由度或两自由度振动位移，便于各项电磁阻尼特性的测试。也就是，可以研究实际被控车载电磁阻尼线圈悬浮、导向两个自由度的阻尼特性，为实际车载阻尼控制器提供被控机械对象以确保在上车使用前完成阻尼控制参数的调节。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统的原理图；

图3示出了根据本发明实施例的一种阻尼线圈动子的示意图；

图4A和4B示出了根据本发明实施例的一种二自由度激振器的示意图。

附图标记说明

1 位移驱动电机； 11丝杠螺母副； 12槽；

2 动子固定板； 21阻尼线圈； 3支撑梁； 31紧固装置；

32 直线轴承； 33导向支撑弹簧； 34悬浮支撑弹簧；

35 悬浮支撑弹簧； 4二自由度激振器； 41激振驱动电机；

42 第一偏心轮； 43第二偏心轮； 5定子固定板；

51 零磁通线圈； 6二自由度检测装置； 7第一功率放大器；

8 第二功率放大器； 9第三功率放大器； 10控制器；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本发明实施例的一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统的结构示意图，

图2示出了根据本发明实施例的一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统的原理图。

图3示出了根据本发明实施例的一种阻尼线圈动子的示意图。

如图1-3所示，本发明实施例提供了一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统，其中，该系统包括零磁通线圈定子、阻尼线圈动子、单自由度位移调整器、二自由度弹性支撑装置、二自由度激振器4、二自由度检测装置6、第一功率放大器7、第二功率放大器8、第三功率放大器9和控制器10，所述定子包括定子固定板5和设置在其上的零磁通线圈51，所述动子包括动子固定板2和设置在其上的阻尼线圈21，所述单自由度位移调整器设置在所述定子固定板5上，所述二自由度弹性支撑装置设置在所述单自由度位移调整器上，所述动子设置在所述二自由度弹性支撑装置上，所述二自由度激振器4和所述二自由度检测装置6均设置在动子固定板2上，其中，

所述单自由度位移调整器用于调节所述动子的位移以使所述动子与定子达到预设相对位置，根据所述预设相对位置所述第一功率放大器7向所述定子输入对应的直流电流；

其中，在所述动子与定子达到预设相对位置时，可以根据预先计算得到的该预设相对位置对应的运动时刻点下各零磁通线圈应有的感应电流值(即，以形成背景磁场)，调节第一功率放大器为各零磁通线圈通入对应电流值的直流电源。计算感应电流值的方法可以采用现有技术已有的仿真方法，本发明不对此进行限定。

所述第二功率放大器8用于向所述二自由度激振器4输入驱动电流以驱动所述二自由度激振器4对所述动子施加单自由度激振力或二自由度激振力，以通过二自由度弹性支撑装置带动所述动子进行单自由度振动或二自由度振动；

所述二自由度检测装置6用于检测所述动子振动时的加速度；

所述控制器10用于根据所述加速度输出控制电压至所述第三功率放大器9，所述第三功率放大器9向所述动子输入控制电流，所述动子在所述定子激励的空间磁场作用下产生与运动方向相反的电磁力。

由此，形成了闭环控制。

通过上述技术方案，可以模拟被控对象(实际被控车载电磁阻尼线圈)单一自由度或两自由度振动位移，便于各项电磁阻尼特性的测试。也就是，可以研究实际被控车载电磁阻尼线圈悬浮、导向两个自由度的阻尼特性，为实际车载阻尼控制器提供被控机械对象以确保在上车使用前完成阻尼控制参数的调节。

根据本发明一种实施例，所述单自由度位移调整器包括两个位移导轨、四个位移驱动电机1和两个丝杠螺母副11，两个位移导轨分别设置在所述定子固定板相对的两个侧边上，四个位移驱动电机1分别设置在所述两个侧边的两端，其中一个侧边的两个位移驱动电机1之间连接一个丝杠螺母副11，另一个侧边的两个位移驱动电机1之间连接另一个丝杠螺母副11，丝杠螺母副11中的螺母副的底部设置有与位移导轨配合的槽12。

举例来讲，每个丝杠螺母副可以具有两个螺母副，设置在丝杠上，螺母副中的螺纹孔与滚珠丝杠配合；每个侧边上的两个位移驱动电机1之间连接丝杠螺母副的丝杠。

根据本发明一种实施例，所述二自由度弹性支撑系统包括八个直线轴承32、两个支撑梁(以图1为例，包括上支撑梁和下支撑梁)3、四个导向导轨、四个导向支撑弹簧33、两个悬浮导轨35、四个悬浮支撑弹簧34和八个紧固装置(例如，锁紧块)31，其中每个支撑梁3的两端分别设置一个直线轴承32，所述动子固定板21相对两侧分别设置两个直线轴承32(如图3所示)，每个直线轴承32上设置一个紧固装置31，每个支撑梁3上的每个直线轴承32与丝杠螺母副11中的一个螺母副之间设置一个导向导轨，每个导向导轨上套装一个导向支撑弹簧33，所述动子固定板21位于两个支撑梁3之间，且两个悬浮导轨35分别穿过所述动子固定板21相对两侧的直线轴承32与两个支撑梁3上的直线轴承32连接，每个支撑梁3上的直线轴承32与所述动子固定板21上相近的直线轴承32之间的悬浮导轨35上套装一个悬浮支撑弹簧34。

也就是，上支撑梁的两端各设置一个直线轴承，下支撑梁的两端各设置一个直线轴承，共计四个直线轴承；动子固定板相对两侧的每一侧设置两个直线轴承，共计四个直线轴承。

举例来讲，当需要约束悬浮方向的自由度时，可以通过动子固定板21上设置的四个直线轴承上的紧固装置31将悬浮导轨35锁紧。类似地，当需要约束导向方向的自由度时，可以通过支撑梁上设置的四个直线轴承上的紧固装置31将导向导轨锁紧。而当悬浮方向的自由度和导向方向的自由度均不需要约束时，所有紧固装置处于打开状态，动子可以进行二自由度振动。

其中，可以根据预设的系统共振频率为导向和悬浮方向支撑弹簧选择合适的支撑刚度，使得阻尼线圈动子的共振频率为设计频率点。动子在悬浮、导向方向共振模态频率可以通过模态试验确定。

图4A和4B示出了根据本发明实施例的一种二自由度激振器的示意图。

其中，图4A为二自由度激振器提供二自由度激振力时的工作示意图，图4B为二自由度激振器提供单自由度激振力时的工作示意图。

根据本发明一种实施例，如图4A和4B所示，所述二自由度激振器4包括激振驱动电机41、第一偏心轮42和第二偏心轮43，所述第一偏心轮42设置在所述激振驱动电机41的中间，而所述第二偏心轮43设置在所述激振驱动电机42的两侧，所述第一偏心轮42的质量大于所述第二偏心轮43的质量，当所述第一偏心轮42和所述第二偏心轮43(共三个偏心轮)以相同初始相位和相同转向运动时，对所述动子施加二自由度激振力(即，悬浮和导向两个自由度正弦激振力)，当所述第一偏心轮42与两侧的所述第二偏心轮43(共三个偏心轮)以相同初始相位和相反转向运动时，对所述动子施加单自由度激振力(即，悬浮自由度正弦激振力或导向自由度正弦激振力)。

举例来讲，当通过对应的紧固装置约束任一自由度的情况下，二自由度激振器4对动子施加单自由度激振力；当无需对自由度进行约束的情况下，二自由度激振器4对动子施加二自由度激振力。

也就是，在测试单一自由度阻尼线圈特性时，锁紧另一自由度方向直线轴承上的紧固装置，使该方向连接刚度远大于测试自由度上的弹簧刚度，消除干扰。驱动激振驱动电机使中心大质量偏心轮与两侧小质量偏心轮达到确定的初始相位并开始反向运动，为动子提供单一自由度激振力。其中，可以调节激振驱动电机的旋转频率使其接近共振频率以最大程序反应阻尼效应。在测试二自由度阻尼线圈特性时，两个自由度上的紧固装置全部松开，驱动激振驱动电机使中心大质量偏心轮与两侧小质量偏心轮达到确定的初始相位并开始同向运动，为动子提供二自由度正弦激振力。其余测试过程与单自由度测试过程相同，在此不再赘述。

在本发明中，阻尼线圈动子受到的零磁通线圈电流产生的磁场为有微小周期波动的磁场，在推进方向驶过一个零磁通线圈，磁场交变一次，定子上的单自由度位移调整器驱动阻尼线圈动子沿推进方向运动至一个零磁通线圈长度范围内的各个位置点，即可测试得到交变磁场对二自由度阻尼的影响。

根据本发明一种实施例，所述二自由度激振器4可以设置在所述动子固定板表面的中间位置。

根据本发明一种实施例，所述二自由度检测装置设置在所述动子固定板上没有悬浮导轨的一侧。

本领域技术人员应当理解，上述关于位置的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。

根据本发明一种实施例，所述二自由度检测装置可以为二自由度加速度传感器。

根据本发明一种实施例，所述槽可以为燕尾槽。

本领域技术人员应当理解，上述关于燕尾槽和加速度传感器的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。

本发明实施例还提供了一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试方法，其中，该方法包括：

在零磁通线圈定子的定子固定板上设置单自由度位移调整器，在所述单自由度位移调整器上设置二自由度弹性支撑装置，在所述二自由度弹性支撑装置上设置阻尼线圈动子，在所述动子的动子固定板上设置二自由度激振器和二自由度检测装置；

S102，利用单自由度位移调整器调节所述动子的位移以使所述动子与定子达到预设相对位置；

S104，根据所述预设相对位置利用第一功率放大器向所述定子输入对应的直流电流；

S106，利用第二功率放大器向所述二自由度激振器输入驱动电流以驱动所述二自由度激振器对所述动子施加单自由度激振力或二自由度激振力，以通过二自由度弹性支撑装置带动所述动子进行单自由度振动或二自由度振动；

S108，利用所述二自由度检测装置检测所述动子振动时的加速度；

S110，利用控制器根据所述加速度输出控制电压至第三功率放大器，所述第三功率放大器向所述动子输入控制电流，所述动子在所述定子激励的空间磁场作用下产生与运动方向相反的电磁力。

通过上述技术方案，可以模拟被控对象(实际被控车载电磁阻尼线圈)单一自由度或两自由度振动位移，便于各项电磁阻尼特性的测试。也就是，可以研究实际被控车载电磁阻尼线圈悬浮、导向两个自由度的阻尼特性，为实际车载阻尼控制器提供被控机械对象以确保在上车使用前完成阻尼控制参数的调节。

本发明实施例中所述的方法与图1-2所描述的系统相对应，具体示例可以参考图1-2所述的系统的描述，在此不再赘述。

下面结合示例对本发明上述实施例中所述的一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统及方法进行描述。

假设已知高速磁悬浮列车的悬浮架悬浮方向共振频率为w1，导向方向共振频率为w2，对于设计制造完成的车载电磁阻尼线圈21和定子固定板2，已知其加上二自由度激振器4的和质量为m，则可以分别设计悬浮方向上导向支撑弹簧33与悬浮支撑弹簧34的和刚度k1、导向方向上二者和刚度k2分别为：

k1＝w1²m

k2＝w2²m。

考虑自重因素分别选择悬浮方向上下支撑弹簧(悬浮支撑弹簧)长度，使阻尼线圈动子安装到位后，由自重产生的下沉量与列车稳定运行时的悬浮方向位置相同。安装完成后通过模态试验确定悬浮、导向方向实际共振频率w1、w2。

安装在定子上的单自由度位移调节器驱动阻尼线圈动子移动至零磁通线圈定子中间位置，同时各零磁通线圈通入仿真计算得到的该位置下对应的感应电流。

测试悬浮方向阻尼特性：约束支撑梁3上四个直线轴承上的紧固装置31，二自由度激振器4固定安装在动子固定板后部中央，中间的大质量偏心轮质量m1为两侧的小质量偏心轮质量m2的两倍，初始位置全部竖直向下，启动运行时中间偏心轮与两侧小质量偏心轮反向运行，其作用于动子固定板上的激振合力仅有悬浮方向的正弦力。

将激振驱动电机的旋转频率调节至阻尼线圈动子悬浮共振频率附近，在阻尼线圈不工作时动子强烈振动，阻尼线圈动子由四个直线轴承导向支撑，在悬浮导轨上进行单自由度正弦振动。此时启动控制器，可以根据控制策略(该控制策略可以采用现有技术中已有的策略)和动子上的加速度传感器反馈的加速度信号输出控制电压到第三功率放大器，由第三功率放大器输出控制电流到每个电磁阻尼线圈上，由零磁通线圈激励的空间磁场作用在阻尼线圈上产生与运动方向相反的电磁力，即阻尼力。根据控制前后不同控制策略下动子振动加速度值，结合已知的动子质量和支撑刚度值，即可反推出阻尼线圈的阻尼系数等关键参数。

测试导向方向阻尼特性：将支撑梁上的四个导轨锁紧块松开，锁紧动子固定板上的悬浮导轨的紧固装置，动子仅有导向方向运动自由度。偏心轮初始位置为两侧小质量偏心轮竖直向下，中间大质量偏心轮竖直向上，分别反方向运动，此时合成激振力即为导向方向正弦激振，重复前述测试过程，即可得到电磁阻尼线圈的导向方向阻尼特性。

测试两自由度综合阻尼特性：松开测试装置中所有紧固装置，开放动子两个运动自由度，偏心轮初始位置全部竖直向下，同时同向运动，此时合成激振力即为两个自由度方向的正弦激振，重复前述测试过程，即可得到电磁阻尼线圈在两自由度运动下的阻尼特性。

从上述实施例可以看出，超导电动悬浮系统稳定运行过程中，超导磁体动子在不同位置受到的空间合成磁场作用形成的悬浮、导向力波动很小，基于此将高速运动中的悬浮、导向方向振动过程转化为某一瞬态位置下的悬浮、导向方向振动过程，测试系统不涉及旋转、长距离直线运动装置，省去了励磁的超导磁体装置，且可以方便更改定、动子固定板上的测试线圈，方便不同制式的线圈参与测试，通用性强，结构简单，容易实现。

单自由度位移调节器可通过一个零磁通线圈节距的位移使电磁阻尼线圈处于周期性变化的空间磁场的任意变化时刻，二自由度弹性支撑装置与单自由度位移调节器高度集成，结构紧凑，可分别开放单一自由度和两自由度振动位移，方便各项电磁阻尼特性的测试。

二自由度激振器包括一大两小三个偏心轮，集成在动子上随动子运动，无需多自由度振动台等大型振动设备，且激振频率、振动自由度方便调节，搭配可调二自由度弹性支撑装置可方便测试不同自由度的阻尼特性。

同常规高速运动产生的悬浮导向力相比，振动过程中产生的电磁力为纯粹的阻尼力，两自由度弹性支撑装置的悬浮、导向刚度均已知，且通过更换不同刚度的弹簧可实现方便可调，便于阻尼特性的分析和提取。

阻尼线圈动子的悬浮、导向方向自由度及二自由度弹性支撑装置相对于定子均拥有四个导向点，可以确保任意方向运动过程中不会出现由于电磁力不平均导致的扭转、卡死等现象发生。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试系统，其特征在于，该系统包括零磁通线圈定子、阻尼线圈动子、单自由度位移调整器、二自由度弹性支撑装置、二自由度激振器、二自由度检测装置、第一功率放大器、第二功率放大器、第三功率放大器和控制器，所述定子包括定子固定板和设置在其上的零磁通线圈，所述动子包括动子固定板和设置在其上的阻尼线圈，所述单自由度位移调整器设置在所述定子固定板上，所述二自由度弹性支撑装置设置在所述单自由度位移调整器上，所述动子设置在所述二自由度弹性支撑装置上，所述二自由度激振器和所述二自由度检测装置均设置在动子固定板上，其中，

所述单自由度位移调整器用于调节所述动子的位移以使所述动子与定子达到预设相对位置，根据所述预设相对位置所述第一功率放大器向所述定子输入对应的直流电流；

所述第二功率放大器用于向所述二自由度激振器输入驱动电流以驱动所述二自由度激振器对所述动子施加单自由度激振力或二自由度激振力，以通过二自由度弹性支撑装置带动所述动子进行单自由度振动或二自由度振动；

所述二自由度检测装置用于检测所述动子振动时的加速度；

所述控制器用于根据所述加速度输出控制电压至所述第三功率放大器，所述第三功率放大器向所述动子输入控制电流，所述动子在所述定子激励的空间磁场作用下产生与运动方向相反的电磁力。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单自由度位移调整器包括两个位移导轨、四个位移驱动电机和两个丝杠螺母副，两个位移导轨分别设置在所述定子固定板相对的两个侧边上，四个位移驱动电机分别设置在所述两个侧边的两端，其中一个侧边的两个位移驱动电机之间连接一个丝杠螺母副，另一个侧边的两个位移驱动电机之间连接另一个丝杠螺母副，丝杠螺母副中的螺母副的底部设置有与位移导轨配合的槽。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述二自由度弹性支撑系统包括八个直线轴承、两个支撑梁、四个导向导轨、四个导向支撑弹簧、两个悬浮导轨、四个悬浮支撑弹簧和八个紧固装置，其中每个支撑梁的两端分别设置一个直线轴承，所述动子固定板相对两侧分别设置两个直线轴承，每个直线轴承上设置一个紧固装置，每个支撑梁上的每个直线轴承与丝杠螺母副中的一个螺母副之间设置一个导向导轨，每个导向导轨上套装一个导向支撑弹簧，所述动子固定板位于两个支撑梁之间，且两个悬浮导轨分别穿过所述动子固定板相对两侧的直线轴承与两个支撑梁上的直线轴承连接，每个支撑梁上的直线轴承与所述动子固定板上相近的直线轴承之间的悬浮导轨上套装一个悬浮支撑弹簧。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述二自由度激振器包括激振驱动电机、第一偏心轮和第二偏心轮，所述第一偏心轮设置在所述激振驱动电机的中间，而所述第二偏心轮设置在所述激振驱动电机的两侧，所述第一偏心轮的质量大于所述第二偏心轮的质量，当所述第一偏心轮和所述第二偏心轮以相同初始相位和相同转向运动时，对所述动子施加二自由度激振力，当所述第一偏心轮与两侧的所述第二偏心轮以相同初始相位和相反转向运动时，对所述动子施加单自由度激振力。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述二自由度激振器设置在所述动子固定板表面的中间位置。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述二自由度检测装置设置在所述动子固定板上没有悬浮导轨的一侧。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述二自由度检测装置为二自由度加速度传感器。

8.根据权利要求2-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述槽为燕尾槽。

9.一种车载二自由度电磁阻尼线圈地面测试方法，其特征在于，该方法包括：

在零磁通线圈定子的定子固定板上设置单自由度位移调整器，在所述单自由度位移调整器上设置二自由度弹性支撑装置，在所述二自由度弹性支撑装置上设置阻尼线圈动子，在所述动子的动子固定板上设置二自由度激振器和二自由度检测装置；

利用单自由度位移调整器调节所述动子的位移以使所述动子与定子达到预设相对位置；

根据所述预设相对位置利用第一功率放大器向所述定子输入对应的直流电流；

利用第二功率放大器向所述二自由度激振器输入驱动电流以驱动所述二自由度激振器对所述动子施加单自由度激振力或二自由度激振力，以通过二自由度弹性支撑装置带动所述动子进行单自由度振动或二自由度振动；

利用所述二自由度检测装置检测所述动子振动时的加速度；

利用控制器根据所述加速度输出控制电压至第三功率放大器，所述第三功率放大器向所述动子输入控制电流，所述动子在所述定子激励的空间磁场作用下产生与运动方向相反的电磁力。

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