CN211525404U - 一种具有虚拟质量的惯性作动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有虚拟质量的惯性作动器，它包含惯性作动器、控制模块；惯性作动器包含下端底板、支撑梁、线圈、永磁体和薄弹簧钢条；线圈固定在下端底板的上部，永磁体固定在薄弹簧钢条的下部，薄弹簧钢条设在下端底板的上方；薄弹簧钢条、下端底板之间通过支撑梁连接；控制模块包含加速度传感器、信号放大电路和功率放大电路；加速度传感器设在薄弹簧钢条的中部，加速度传感器与信号放大电路、功率放大器、线圈相互串联，构成完整回路；本实用新型在不增加惯性作动器尺寸和物理质量的情况下，只需要通过调节信号放大电路的增益即可增加惯性作动器的虚拟质量，从而降低其固有频率，响应快速，可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及结构振动控制技术，具体涉及一种具有虚拟质量的惯性作动器。
背景技术
惯性作动器由于结构简单，价格相对低廉和易于实施，在机械工程、航空航天、交通运输领域的振动控制中作为得到执行机构了广泛应用，目前已成为控制振动的重要手段之一。
惯性作动器不需要额外支撑就能够在被控结构的振动方向产生控制力，典型的惯性作动器包括电磁、电动和压电式。
惯性作动器的质量对结构振动控制效果有重要影响，其质量越大，固有频率就越低，则对受控结构的低频控制效果越好。但是惯性作动器的质量增加会使得其尺寸增加，并且有可能会改变受控结构的动态特性。
然而，目前的惯性作动器普遍通过降低刚度的方法来降低其固有频率，如在申请号为201611203638.0的实用新型专利申请中采用增加支撑部件来降低惯性作动器的刚度，增加惯性作动器的低频出力。F.Braghin等(Alow frequency magnetostrictive inertialactuator for vibration control.Sensor and Actuator A:Physical.2012,180:67-74)通过增加永磁体数量和优化弹簧设计，把惯性作动器的固有频率从1260Hz下降到167Hz。
针对目前在降低惯性作动器固有频率设计时，存在结构复杂、使用不便和体积较大的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、通过反馈控制电路增加虚拟质量的惯性作动器。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包含惯性作动器、控制模块；
所述的惯性作动器包含下端底板、支撑梁、线圈、永磁体和薄弹簧钢条；线圈固定在下端底板的上部，永磁体固定在薄弹簧钢条的下部，薄弹簧钢条设在下端底板的上方；薄弹簧钢条、下端底板的两侧通过两条支撑梁相互固定连接；
所述的控制模块包含加速度传感器、信号放大电路和功率放大电路；加速度传感器设在薄弹簧钢条的中心位置，并与信号放大电路输入端连接，信号放大电路输出端与功率放大器输入端连接，功率放大器输出端与线圈连接，构成完整回路。
进一步地，支撑梁的两端与薄弹簧钢条、下端底板通过焊接固定或通过螺栓固定；
进一步地，线圈整体为圆环结构，永磁体整体为圆柱体结构，线圈的内径大于永磁体的外径；
进一步地，线圈与永磁体的轴心相互重合；
进一步地，加速度传感器与薄弹簧钢条粘接连接；
进一步地，薄弹簧钢条的横截面为长方形。
本实用新型的工作原理如下：本实用新型所述的具有虚拟质量的惯性作动器安装在被作动结构上，线圈中通以交变电流，当磁场力大于薄弹簧钢条回复力，永磁体克服薄弹簧钢条的回复力而向着磁场力的方向运动，磁场力小于薄弹簧钢条的回复力时，薄弹簧钢条会把永磁体往回拉，从而使得永磁体做往返线性运动，进而产生惯性力；与此同时，在惯性力作用下被作动结构产生振动时，外界振动信号经过通过下端底板和支撑梁传递到薄弹簧钢条，并通过布置在薄弹簧钢条上的加速度传感器通过信号放大电路和功率放大电路输入到线圈，通过调节信号放大电路增益可以改变永磁体惯性力的大小，达到改变永磁体等效质量的效果。
采用上述结构后，本实用新型有益效果为：本实用新型所述的一种具有虚拟质量的惯性作动器，在不增加惯性作动器尺寸和物理质量的情况下，只需要通过调节信号放大电路的增益即可增加惯性作动器的虚拟质量，从而降低其固有频率，响应快速，可靠性高，且具有结构简单、设置合理、制作成本低等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的振动模型图；
图3是本实用新型的虚拟质量类比图。
附图标记说明：1、下端底板；2、支撑梁；3、线圈；4、永磁体；5、薄弹簧钢条；6、加速度传感器；7、信号放大电路；8、功率放大电路。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明。
本具体实施方式采用的技术方案是：参看图1所示，它包含惯性作动器、控制模块；所述的惯性作动器包含下端底板、支撑梁、线圈、永磁体和薄弹簧钢条；线圈固定在下端底板的上部，永磁体固定在薄弹簧钢条的下部，线圈整体为圆环结构，永磁体整体为圆柱体结构，线圈的内径大于永磁体的外径，线圈与永磁体的轴心相互重合；薄弹簧钢条的横截面为长方形；薄弹簧钢条设在下端底板的上方；两个支撑梁分别设在薄弹簧钢条、下端底板的两侧；支撑梁的两端与薄弹簧钢条、下端底板通过焊接固定；控制模块包含加速度传感器、信号放大电路和功率放大电路；加速度传感器粘接在薄弹簧钢条的中心位置，并与信号放大电路输入端连接，信号放大电路输出端与功率放大器输入端连接，功率放大器输出端与线圈连接，构成完整回路。
本具体实施方式中，线圈的电阻在4欧姆-8欧姆之间，功率放大电路的功率2瓦-20瓦之间；
本具体实施方式所述的具有虚拟质量的惯性作动器的工作原理如下：具有虚拟质量的惯性作动器安装在被作动结构上，线圈中通以交变电流，当磁场力大于薄弹簧钢条回复力，永磁体克服弹簧片的回复力而向着磁场力的方向运动，磁场力小于薄弹簧钢条的回复力时，薄弹簧钢条会把永磁体往回拉，从而使得永磁体做往返线性运动，进而产生惯性力。与此同时，在惯性力作用下被作动结构产生振动时，外界振动信号经过通过下端底板和支撑梁传递到薄弹簧钢条，并通过布置在薄弹簧钢条上的加速度传感器通过信号放大电路和功率放大电路输入到线圈，通过调节信号放大电路增益可以改变永磁体惯性力的大小，达到改变永磁体等效质量的效果。
由图2结合机械振动原理可知，惯性作动器的振动方程可以表示为：
ma+c(v-vs)+k(x-xs)＝F (1)
式(1)中，m为永磁体质量与薄弹簧钢条等效质量之和，c和k分别为薄弹簧钢条的等效阻尼和等效刚度；a、v、x分别为永磁体加速度、速度和位移；vs和xs为下端底板的速度和位移；F为负反馈控制电路产生的电压输入到线圈后产生的电磁力，与永磁体加速度a成比例，而且方向相反，即
F＝-a·Gain·B (2)
式(2)中，Gain为信号放大电路的增益，B为功率放大器增益；Gain和B均为大于零的实数；
把式(2)代入式(1)，整理可得
(m+Gain×B)a+cv+kx＝cvs+kxs (3)
从式(3)可以发现，Gain×B相当于在惯性作动器上施加了一个虚拟质量，如图3所示，此时惯性作动器的等效质量为m+Gain×B，因此惯性作动器的固有频率为
显然增加负反馈电路中的增益Gain，就可以增加了惯性作动器的等效质量，从而降低了惯性作动器的固有频率。
本具体实施方式通过调整信号放大电路的增益即可改变惯性作动器的等效质量，相当于在惯性作动器上增加了虚拟质量，不需要机械驱动装置，结构简单。
以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种具有虚拟质量的惯性作动器，其特征在于它包含惯性作动器、控制模块；所述的惯性作动器包含下端底板、支撑梁、线圈、永磁体和薄弹簧钢条；线圈固定在下端底板的上部，永磁体固定在薄弹簧钢条的下部，薄弹簧钢条设在下端底板的上方；薄弹簧钢条、下端底板的两侧通过两条支撑梁相互固定连接；所述的控制模块包含加速度传感器、信号放大电路和功率放大电路；加速度传感器设在薄弹簧钢条的中心位置，并与信号放大电路输入端连接，信号放大电路输出端与功率放大器输入端连接，功率放大器输出端与线圈连接，构成完整回路。
2.根据权利要求1所述的一种具有虚拟质量的惯性作动器，其特征在于支撑梁的两端与薄弹簧钢条、下端底板通过焊接固定或通过螺栓固定。
3.根据权利要求1所述的一种具有虚拟质量的惯性作动器，其特征在于线圈整体为圆环结构，永磁体整体为圆柱体结构，线圈的内径大于永磁体的外径。
4.根据权利要求1或3所述的一种具有虚拟质量的惯性作动器，其特征在于线圈与永磁体的轴心相互重合。
5.根据权利要求1所述的一种具有虚拟质量的惯性作动器，其特征在于加速度传感器与薄弹簧钢条粘接连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有虚拟质量的惯性作动器，其特征在于薄弹簧钢条的横截面为长方形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020034716.4U CN211525404U (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 一种具有虚拟质量的惯性作动器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202020034716.4U CN211525404U (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 一种具有虚拟质量的惯性作动器 |
Publications (1)
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| CN211525404U true CN211525404U (zh) | 2020-09-18 |
Family
ID=72468642
Family Applications (1)
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| CN202020034716.4U Active CN211525404U (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 一种具有虚拟质量的惯性作动器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN211525404U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111173875A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-19 | 南昌航空大学 | 一种具有虚拟质量的惯性作动器 |
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2020
- 2020-01-08 CN CN202020034716.4U patent/CN211525404U/zh active Active
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