电磁自集能与速度自感知磁流变阻尼器研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gougou316
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以磁流变阻尼器为核心的半主动控制系统具有能量消耗低、输出阻尼力大,并且连续顺逆可调等优点,而且可以非常方便地与控制终端相结合,已经成为土木工程结构新一代的高性能和智能化减振装置。具有自感知能力的阻尼器和自适应型磁流变阻尼器由于结构简单、连接线缆少,因而其可靠性更好,是当前该领域研究的主要趋势。本文首先采用光学鼠标芯片完成了非接触型速度传感器的设计,然后通过将小型发电机置于阻尼器缸体内部实现了阻尼器的自供能要求。本文主要研究内容如下:计算分析了影响速度获取算法误差的因素。结果表明,激振频率和采样周期对于相对误差的影响要远大于振幅的影响。当采样周期足够短的情况下,即使对于变加速运动该算法也可以取得较好的精度。基于商业鼠标完成了速度传感器的设计,并进行了试验验证。结果表明,该方案在激振频率较低的情况下可以取得较好的效果,其最大相对误差为11%,说明基于光电鼠标可以实现速度感知。但是由于该设备晶振只有15kHz,使得数据传输的时间至少需要5ms。同时由于其数据寄存器的数据位只有8位,使传感器的最大量程受限。满足不了工程上的需要。设计了以STC12C5A60S2单片机和ADNS9500光学芯片为核心的速度传感器,并在软件和硬件方面进行了详细的设计。测试结果表面明,该传感器的分辨率为0.018mm/s。量程为0-3810mm/s,可完全满足工程需要。与阻尼器联合试验表明,该速度传感器不仅能够随时获得阻尼器的运动状态还可以对阻尼器施加简单的控制。基于商品小型发电机,设计了磁流变阻尼器的供能装置并进行了初步的计算。计算结果表明,发电机的内阻、永磁体磁感应强度和传动比是影响负载线圈两端电压的因素。可以作为电机选型的依据。对于最大直径51mm、传动比为18.5、内阻3.6欧姆的发电机,在振幅25mm、频率0.5Hz的工况下可以是负载线圈两端的最大电压达到4.65V,有效电压达到3.29V,平均功率为8.1W。可以满足磁流变阻尼器的耗能要求。说明本文提出的供能方法是可行的。
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