CN114279666A - 串联式主动振动控制实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联式主动振动控制实验装置，包含：激振器和主动振动隔振作动器；主动振动隔振作动器包含：作动导杆，沿着作动器外壳的中心轴线方向设置在作动器外壳的中心；振动弹簧片，振动弹簧片为环形，其内侧连接至作动导杆且外侧连接至作动器外壳；阻尼片，阻尼片为环形，其连接至振动弹簧片；导向环，套设于作动导杆以用于对作动导杆进行引导；导向支架，设置在作动器外壳内用于固定并支撑导向环；实验平台，连接至作动导杆的位于作动器外壳的外部的一端用于固定质量块。本发明的串联式主动振动控制实验装置，结构简单，且稳定性和通用性较高，通过更换外置的振动弹簧片、阻尼片和质量块，可以模拟不同的被控结构的振动特性。

Description

串联式主动振动控制实验装置

技术领域

本发明涉及一种振动主动控制技术领域，具体涉及一种串联式主动振动控制实验装置。

背景技术

随着工业技术朝着高速化、集成化和精密化等方向的发展，由振动及微振动引起的问题越来越受到人们的重视。特别是在微纳加工、集成电路制造、光学仪器与系统等高精尖制造领域，振动是影响产品精度和良率的主要因素之一，必须加以控制。根据是否对外输出作动力，当前振动控制技术可分为被动控制、半主动控制和主动控制三种。其中主动振动控制技术理论上具有全频段减振和完全抑制振动的能力，相较于半主动振动控制技术及被动控制技术在低频段及窄带振动抑制上具有突出的优势，已逐渐成为当前振动工控领域的研究重点，并得到越来越广泛的应用。

主动振动控制技术的核心在于作动器、主动振动控制算法和实时控制器。特别是主动振动控制技术对控制算法的稳定性和鲁棒性具有较高的要求。当主动振动控制算法失效时，不仅无法实现减振效果，还会引入新的振动。因此在实际主动控制系统研究与设计中，有必要对主动控制算法进行充分的评估和实验验证。相应的实验平台建设，如车辆悬架振动控制、卫星设备隔振、潜艇振动与噪声控制等领域，受到可行性、实验场地、成本等诸多因素影响，制约了振动实时控制算法研究和验证。

在实验室环境下实现高精度振动模拟复现控制相关的技术获得了较大发展，这为解决振动主动控制算法研究和实验问题提供了参考。在项目前期如果能够在实验室环境下建立实验平台，模拟出原系统结构振动的主要特性，并针对性开发出主动控制算法加以验证，对评估项目实施的可行性和主动控制算法的有效性具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种串联式主动振动控制实验装置解决上述提到的技术问题，具体采用如下的技术方案：

一种串联式主动振动控制实验装置，包含：

激振器，用于产生激励振动；

主动振动隔振作动器，连接至激振器并将激振器产生的振动传递至质量块；

主动振动隔振作动器包含：

作动器外壳，连接至激振器；

永磁体支架，沿周向设置于作动器外壳的内壁；

永磁体，设置在永磁体支架的内壁；

作动导杆，沿着作动器外壳的中心轴线方向设置在作动器外壳的中心；

线圈架，固定套设于作动导杆的外表面；

线圈，设置于线圈架的外表面并与永磁体相对；

振动弹簧片，振动弹簧片为环形，其内侧连接至作动导杆且外侧连接至作动器外壳的开口的一端的内壁；

阻尼片，阻尼片为环形，其连接至振动弹簧片；

导向环，套设于作动导杆以用于对作动导杆进行引导；

导向支架，设置在作动器外壳内用于固定并支撑导向环；

实验平台，连接至作动导杆的位于作动器外壳的外部的一端用于固定质量块。

进一步地，激振器产生的激励振动经过主动振动隔振作动器传递至质量块使质量块产生初级振动；

线圈在通电时带动作动导杆沿其自身的轴线往复振动使质量块产生次级振动，以抵消质量块因激振器而产生的初级振动。

进一步地，导向环的内侧设有若干滚珠；

若干滚珠位于导向环和作动导杆之间并与作动导杆接触。

进一步地，主动振动隔振作动器设有两个导向环和支撑导向环的导向支架。

进一步地，两个导向环设置在作动导杆的两端；

线圈架位于两个导向环之间。

进一步地，主动振动隔振作动器还包含固定内环和固定外环；

固定内环和固定外环的截面为L型；

固定内环固定套接至作动导杆的外表面；

固定外环固定连接至作动器外壳的开口的一端的内壁；

振动弹簧片的内侧通过螺钉固定至固定内环；

螺钉穿过振动弹簧片的外侧和阻尼片以将两者固定至作动器外壳。

进一步地，主动振动隔振作动器还包含若干连接杆和第一连接平台；

若干连接杆设置于作动器外壳的与开口的一端相对的另一端；

若干连接杆的一端连接至作动器外壳且另一端连接至第一连接平台；

作动器外壳的中心轴线垂直于第一连接平台；

激振器还设有第二连接平台；

第二连接平台连接至激振器的输出轴，且激振器的输出轴垂直于第二连接平台；

第一连接平台和第二连接平台相对设置，且通过螺钉固定。

进一步地，作动器外壳为圆筒型。

进一步地，串联式主动振动控制实验装置还包含加速度传感器；

加速度传感器固定至质量块。

进一步地，实验平台设有固定螺纹孔；

螺钉穿过质量块和固定螺纹孔将质量块固定至实验平台；

质量块固定至实验平台的中部，且位于作动导杆的正上方。

本发明的有益之处在于所提供的串联式主动振动控制实验装置，结构简单，且稳定性和通用性较高，通过更换外置的振动弹簧片、阻尼片和质量块，可以模拟不同的被控结构的振动特性。

附图说明

图1是本发明的一种串联式主动振动控制实验装置的示意图；

实验平台1，阻尼片2，振动弹簧片3，质量块4，导向环5，固定外环6，作动器外壳7，固定内环8，永磁体支架9，永磁体10，线圈架11，线圈12，作动导杆13，连接杆14，第一连接平台15，第二连接平台16，激振器17，导向支架18。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

如图1所示为本申请的一种串联式主动振动控制实验装置，用于模拟不同的被控结构的振动特性。串联式主动振动控制实验装置包含：激振器17和主动振动隔振作动器。激振器 17用于产生激励振动。优选的，激振器17内部的弹簧片是经过刚度加强的以能够支撑主动振动隔振作动器。主动振动隔振作动器连接至激振器17并将激振器17产生的振动传递至质量块4。

具体的，主动振动隔振作动器包含：作动器外壳7、永磁体支架9、永磁体10、作动导杆13、线圈架11、线圈12、振动弹簧片3、阻尼片2、导向环5、导向支架18和实验平台1，连接至作动导杆13的位于作动器外壳7的外部的一端用于固定质量块4。其中，作动器外壳 7连接至激振器17。永磁体支架9沿周向设置于作动器外壳7的内壁。永磁体10设置在永磁体支架9的内壁。作动导杆13沿着作动器外壳7的中心轴线方向设置在作动器外壳7的中心。线圈架11固定套设于作动导杆13的外表面。线圈12设置于线圈架11的外表面并与永磁体 10相对。振动弹簧片3振动弹簧片3为环形，其内侧连接至作动导杆13且外侧连接至作动器外壳7的开口的一端的内壁。阻尼片2为环形，其连接至振动弹簧片3的上方或下方。导向环5套设于作动导杆13以用于对作动导杆13进行引导。导向支架18设置在作动器外壳7 内用于固定并支撑导向环5。实验平台1连接至作动导杆13的位于作动器外壳7的外部的一端用于固定质量块4。

通过上述的设置，激振器17产生的激励振动经过主动振动隔振作动器传递至质量块4使质量块4产生初级振动，线圈12在通电时带动作动导杆13沿其自身的轴线往复振动使质量块4产生次级振动，以抵消质量块4因激振器17而产生的初级振动。模拟被控结构的振动特性，激振器17产生定制的激励振动，模拟振源振动信号特性。向主动振动隔振作动器输入振动控制信号产生主动振动。通过采集质量块4振动量级变化，评估主动振动控制算法的减振效果的工作量，为主动振动控制项目的方案设计和实施提供参考依据。通过简单的更换外置的振动弹簧片3、阻尼片2和质量块4，可以模拟不同的被控结构的振动特性。

作为一种优选的实施方式，导向环5的内侧设有若干滚珠。若干滚珠位于导向环5和作动导杆13之间并与作动导杆13接触。这样，能够减小导向环5在引导作动导杆13时产生的摩擦。

具体地，主动振动隔振作动器设有两个导向环5和支撑导向环5的导向支架18。两个导向环5设置在作动导杆13的两端。线圈架11位于两个导向环5之间。可以理解的是，两个导向环5从上下两个位置分别引导作动导杆13，可以提高引导的稳定性。

作为一种优选的实施方式，主动振动隔振作动器还包含固定内环8和固定外环6。固定内环8和固定外环6的截面为L型。固定内环8固定套接至作动导杆13的外表面。固定外环 6固定连接至作动器外壳7的开口的一端的内壁。振动弹簧片3的内侧通过螺钉固定至固定内环8。螺钉穿过振动弹簧片3的外侧和阻尼片2以将两者固定至作动器外壳7。

这样，通过拆卸振动弹簧片3和阻尼片2的螺钉，能够快速更换振动弹簧片3和阻尼片 2。

作为一种优选的实施方式，主动振动隔振作动器还包含若干连接杆14和第一连接平台15。若干连接杆14设置于作动器外壳7的与开口的一端相对的另一端。若干连接杆14的一端连接至作动器外壳7且另一端连接至第一连接平台15。作动器外壳7的中心轴线垂直于第一连接平台15。激振器17还设有第二连接平台16。第二连接平台16连接至激振器17的输出轴，且激振器17的输出轴垂直于第二连接平台16。第一连接平台15和第二连接平台16 相对设置，且通过螺钉固定。

优选的，作动器外壳7为圆筒型。这有利于内部永磁体支架9和永磁体10环形分布，增大内部线圈12的磁通量。作为一种优选的实施方式，串联式主动振动控制实验装置还包含加速度传感器。加速度传感器固定至质量块4。实验平台1设有固定螺纹孔。螺钉穿过质量块4 和固定螺纹孔将质量块4固定至实验平台1。更优地，质量块4固定至实验平台1的中部，且位于作动导杆13的正上方。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，包含：

激振器，用于产生激励振动；

主动振动隔振作动器，连接至所述激振器并将所述激振器产生的振动传递至质量块；

所述主动振动隔振作动器包含：

作动器外壳，连接至所述激振器；

永磁体支架，沿周向设置于所述作动器外壳的内壁；

永磁体，设置在所述永磁体支架的内壁；

作动导杆，沿着所述作动器外壳的中心轴线方向设置在所述作动器外壳的中心；

线圈架，固定套设于所述作动导杆的外表面；

线圈，设置于所述线圈架的外表面并与所述永磁体相对；

振动弹簧片，所述振动弹簧片为环形，其内侧连接至所述作动导杆且外侧连接至所述作动器外壳的开口的一端的内壁；

阻尼片，所述阻尼片为环形，其连接至所述振动弹簧片；

导向环，套设于所述作动导杆以用于对所述作动导杆进行引导；

导向支架，设置在所述作动器外壳内用于固定并支撑所述导向环；

实验平台，连接至所述作动导杆的位于所述作动器外壳的外部的一端用于固定质量块。

2.根据权利要求1所述的串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，

所述激振器产生的激励振动经过所述主动振动隔振作动器传递至质量块使质量块产生初级振动；

所述线圈在通电时带动所述作动导杆沿其自身的轴线往复振动使质量块产生次级振动，以抵消质量块因所述激振器而产生的初级振动。

3.根据权利要求1所述的串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，

所述导向环的内侧设有若干滚珠；

若干所述滚珠位于所述导向环和所述作动导杆之间并与所述作动导杆接触。

4.根据权利要求1所述的串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，

所述主动振动隔振作动器设有两个所述导向环和支撑所述导向环的导向支架。

5.根据权利要求4所述的串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，

两个所述导向环设置在所述作动导杆的两端；

所述线圈架位于两个所述导向环之间。

6.根据权利要求1所述的串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，

所述主动振动隔振作动器还包含固定内环和固定外环；

所述固定内环和所述固定外环的截面为L型；

所述固定内环固定套接至所述作动导杆的外表面；

所述固定外环固定连接至所述作动器外壳的开口的一端的内壁；

所述振动弹簧片的内侧通过螺钉固定至所述固定内环；

螺钉穿过所述振动弹簧片的外侧和所述阻尼片以将两者固定至所述作动器外壳。

7.根据权利要求1所述的串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，

所述主动振动隔振作动器还包含若干连接杆和第一连接平台；

若干所述连接杆设置于所述作动器外壳的与开口的一端相对的另一端；

若干所述连接杆的一端连接至所述作动器外壳且另一端连接至所述第一连接平台；

所述作动器外壳的中心轴线垂直于所述第一连接平台；

所述激振器还设有第二连接平台；

所述第二连接平台连接至所述激振器的输出轴，且所述激振器的输出轴垂直于所述第二连接平台；

所述第一连接平台和所述第二连接平台相对设置，且通过螺钉固定。

8.根据权利要求1所述的串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，

所述作动器外壳为圆筒型。

9.根据权利要求1所述的串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，

所述串联式主动振动控制实验装置还包含加速度传感器；

所述加速度传感器固定至质量块。

10.根据权利要求1所述的串联式主动振动控制实验装置，其特征在于，

所述实验平台设有固定螺纹孔；

螺钉穿过质量块和所述固定螺纹孔将质量块固定至所述实验平台；

质量块固定至所述实验平台的中部，且位于所述作动导杆的正上方。

Images