專利名稱：大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及結構振動控制領域，具體涉及一種大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置。
背景技術：
現代控制技術的發展和新型控制裝置的研發為結構體系阻尼值的提高提供了更多的途徑。近年來，結構控制技術在土木工程領域發展迅速。通過被動、半主動、主動以及混合控制等控制方式可以直接或間接地提高結構的阻尼，從而有效地實現對大型結構或者橋梁在地震和風荷載作用下振動響應的制振。
由于主動質量阻尼器(AMD)能夠適應外界激勵強度的變換，因而在國際上得到了眾多學者的廣泛關注。主動調諧質量阻尼器(ATMD或HMD)和主動質量阻尼器(AMD)等組成的主動控制系統，在高層建筑、電視塔和大橋橋塔結構的風振和地震反應控制中已經取得了很大的成功。目前已有45座高層建筑和高聳結構應用了 AMD主動控制系統，有9座大型橋梁結構建設期間的橋塔風振控制應用了 AMD控制系統。世界上第一個安裝AMD以控制地震和強風作用下結構振動的建筑是日本的Kyobashi Siewa大廈。中國國家自然科學基金委員會和美國國家自然科學基金委員會共同合作，將AMD安裝在我國高340m的南京電視塔以減小其風振反應。
一般來說，AMD主動控制系統主要由以下三個部分組成
(1) 質量阻尼剛度裝置。包括質量塊，剛度彈簧和阻尼器。
(2) 驅動裝置和驅動源。包括電機、驅動器和管路。
(3) 計算機控制系統。包括數據采集系統、濾波調節器和模擬微分器。結構振動的AMD系統由傳感器(包括數據采集)、控制器和AMD裝置等三
個子系統組成。AMD系統實施控制的時候，傳感子系統測量結構的干擾或者(以及)反應，并反饋至控制器；控制器按照某種主動控制算法，實施計算主動控制力，
3并驅動AMD系統的作動器，然后作動器推動AMD的慣性質量運動，對結構施加控制力。AMD僅通過作動系統與主結構相連，而沒有進行被動頻率的調諧。AMD通過輸入與激勵相位相反的外部能量來增加主結構阻尼，可以有效減小制振器的質量，并實現對多階模態的制振。
目前的AMD或者ATMD系統大多采用液壓伺服系統，這種系統通過液體壓力驅動，需要很大功率的電源輸入，同時液壓油缸占用體積很大，相對而言其反應速度較慢，不能適應結構高頻的響應。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種適用于結構振動控制的具有較大行程、高反應速度以及可調質量的大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，其特征在于，該減震裝置包括底板、直線導軌、質量塊、直線電機、緩沖器和阻尼器，所述的底板固定在待安裝物上，所述的直線導軌設置在底板上，直線導軌上設有質量塊，該質量塊連接直線電機，所述的緩沖器設置在直線導軌兩端并限制質量塊的位移，所述的阻尼器穿過質量塊中心，由其兩端的阻尼器反力板固定在待安裝物上。
所述的質量塊的質量根據待安裝物的結構要求進行調節。
所述的質量塊由直線電機驅動沿直線導軌滑動。
所述的直線電機通過數據線連接計算機控制系統，計算機控制系統采集待安裝物的振動信息，并根據該信息驅動減震裝置動作抑制待安裝物振動。所述的底板通過高強螺栓固定在待安裝物上。所述的直線導軌通過螺栓連接在底板上。所述的待安裝物包括建筑結構、振動臺。與現有技術相比，本發明具有以下特點
(1) 本發明采用線性電機作為系統的驅動，質量塊的反應速度快，控制精度高，反應頻率可以達到100Hz以上，能涵蓋大部分土木結構的振動頻率，并且占用空間小；
(2) 本發明的質量塊質量可調，可以滿足不同結構的需求；(3)本發明的質量塊位移范圍大，可以實現大幅度的運動，能更加有效的增加結構的阻尼比。
圖1為本發明大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置；圖2為單自由度控制系統的受力分析圖3為實施例中單自由度結構在地震荷載作用下的有控和無控的位移響應對比曲線圖。
圖中標號l為底板，2為直線導軌，3為緩沖器，4為直線電機，5為可變質量塊，6為阻尼器。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例1
大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，該減震裝置包括底板1、直線導軌2、緩沖器3、直線電機4、質量塊5和阻尼器6，底板1通過高強螺栓連接到待安裝物結構或者振動臺上，所述的直線導軌2有兩個，分別通過螺栓連接到底板1上下兩端，上下兩端的直線導軌2上均設有質量塊5，該質量塊5連接直線電機4，由直線電機4驅動質量塊5沿直線導軌2滑動，質量塊5的重量由兩側的直線導軌2承擔，而直線導軌2兩側設有緩沖器3，質量塊的位移，避免超過最大行程。所述的緩沖器設置在限制所述的阻尼器穿過上下兩端直線導軌上質量塊中心，并通過阻尼器兩端的阻尼器反力板固定在待安裝物上。直線電機4通過數據線連接計算機控制系統，計算機控制系統采集待安裝物的振動信息，并根據該信息通過合適的控制算法驅動減震裝置動作抑制待安裝物振動。
下面以一個單自由度控制系統為例來說明本發明的控制方法。設上述減振裝置的質量、阻尼和剛度分別為m,，q,i^，質量塊的質量、阻尼和剛度分別為附2,。，&。由圖2所示的單自由度控制系統的受力分析圖，兩者的運動方程可以寫為
^ + & (A — i2) + & (A^ — x2) = F —附^g
m2 Jt2 + c2i2 + &2x2 = —F + q (A ——i2) + &— x2) — /w25 g
5其中x,，x,分別是減振裝置和質量塊相對于地面的位移，^、,^A是相應的速
度和加速度。
將(l)式改寫為矩陣的形式可以得到
其中
,w！ 0 ) 「 c, _q 、
乂0 22乂
「1
、-l乂
，"
一 &
& + A 乂
，~ =
,—附》
、一附2乂
(2)
(3)
令Z = [jc, x2i2 可以將(3)式可以改寫為狀態方程的形式 f 0
(4)
—i
附i附i附L
0010
1000
附2附2附2w2
0001
0100
、
對于在減振裝置上或者質量塊上安裝的位移、速度、加速度傳感器，可以得到
相應的輸出矩陣
y = CZ + Z)(/ (5)
其中c-
￡)=
-1
0 0 0 0 一l —l/m2 0 0 0 0
，Z =
，[/ =
c,"的每一行代表一個傳感器，從上到下分別是減振裝置的加速度、速度、
位移和質量塊的加速度、速度、位移傳感器。
建立了結構狀態方程以后，就可以通過設計不同的主動控制算法對結構機型控 制。當然，如果采用不同的傳感器布置形式，結構輸出向量y需要實際情況進行修
改。圖3是對某單自由度結構在地震荷載作用下的有控和無控的位移響應對比曲 線。可以看出，安裝了本發明大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置的有控待安裝 物的振動比無控的小。
_-_
12 12
___
權利要求
1. 大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，其特征在于，該減震裝置包括底板、直線導軌、質量塊、直線電機、緩沖器和阻尼器，所述的底板固定在待安裝物上，所述的直線導軌設置在底板上，直線導軌上設有質量塊，該質量塊連接直線電機，所述的緩沖器設置在直線導軌兩端并限制質量塊的位移，所述的阻尼器穿過質量塊中心，由其兩端的阻尼器反力板固定在待安裝物上。
2. 根據權利要求1所述的大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，其特征在于，所述的質量塊的質量根據待安裝物的結構要求進行調節。
3. 根據權利要求1所述的大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，其特征在于，所述的質量塊由直線電機驅動沿直線導軌滑動。
4. 根據權利要求1所述的大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，其特征在于，所述的直線電機通過數據線連接計算機控制系統，計算機控制系統采集待安裝物的振動信息，并根據該信息驅動減震裝置動作抑制待安裝物振動。
5. 根據權利要求1所述的大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，其特征在于，所述的底板通過高強螺栓固定在待安裝物上。
6. 根據權利要求1所述的大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，其特征在于，所述的直線導軌通過螺栓連接在底板上。
7. 根據權利要求1所述的大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，其特征在于，所述的待安裝物包括建筑結構、振動臺。
全文摘要
本發明涉及大行程可變質量主動質量阻尼減振裝置，該減震裝置包括底板、直線導軌、緩沖器、直線電機、質量塊和阻尼器，所述的底板固定在待安裝物上，所述的直線導軌設置在底板上，質量塊連接直線電機。所述直線電機驅動質量塊。所述的緩沖器設置在直線導軌兩側限制質量塊的位移，所述的阻尼器穿過上下兩端直線導軌上質量塊中心，并通過阻尼器兩端的阻尼器反力板固定在待安裝物上。與現有技術相比，本發明具有較大行程、高反應速度以及可調質量等優點。
文檔編號E04B1/98GK101487301SQ200910046620
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月25日 優先權日2009年2月25日
發明者孫利民, 斌 徐, 謝發祥, 峰 錢 申請人:同濟大學;上海材料研究所