【技术实现步骤摘要】
本申请属于减振器，具体涉及一种基于惯容器的减振器及其控制方法。
技术介绍
1、传统的半主动座椅悬架上所用的减振器，是一种可调参数的被动系统，只能控制阻尼力输出的大小，因此它只能输出与速度相反的可控力，不能有效实现振动的控制功能。这是主动和半主动控制在振动控制领域中存在性能差距的主要原因。为了突破这一瓶颈，需要设计一种能够收集能量并将其用于隔振的半主动座椅悬架。
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种基于惯容器的减振器及其控制方法，通过齿轮齿条结构实现振动的直线运动到旋转运动的转换，并通过飞轮实现能量的收集，从而可以有效解决
技术介绍
中涉及的至少一个技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种基于惯容器的减振器，包括壳体和设置于所述壳体内的变惯容装置，所述变惯容装置包括磁流变阻尼器和惯容器，所述变惯容装置用于通过控制所述磁流变阻尼器的阻尼来改变装置的惯容，所述惯容器包括齿轮齿条结构和飞轮，所述齿轮齿条结构包括齿条和与所述齿条啮合的齿轮，所述磁流变阻尼器安装于所述齿轮上，所述齿轮齿条结构用于将振动的直线往复运动转换为旋转运动，所述飞轮通过转动轴与所述齿轮连接以用于振动能量的收集。
4、作为本专利技术的一种优选改进，所述壳体包括底板、支腿、箱体和盖板，所述箱体通过所述支腿固定于所述底板上，所述盖板安装于所述箱体的顶部，所述转动轴设置于所述箱体内。
5、作为本专利技术的一种优选改进，所述支腿的数量为两个，两个所述支腿间安装
6、作为本专利技术的一种优选改进，所述转动轴包括主轴和与所述主轴连接的飞轮轴，所述齿轮和磁流变阻尼器固定在所述主轴上，所述飞轮固定在所述飞轮轴上，所述飞轮轴靠近所述主轴的一端设置有减速器。
7、作为本专利技术的一种优选改进，所述齿条远离所述齿轮的一侧固定有滑轨，所述滑轨上设置有滑块，所述滑轨和滑块用于保证所述平板在竖直方向上的运动。
8、本专利技术还提供了一种基于惯容器的减振器的控制方法，包括以下步骤：
9、s1，收集振动源信号，将其提供给滑模控制器，通过座椅悬架系统的力学模型计算振动控制所需的理想力；
10、s2，通过力跟踪控制策略将预期力分配给两个磁流变阻尼器，并计算它们各自的阻尼力；
11、s3，计算磁流变阻尼器的电流，将跟踪力反馈给座椅悬架系统，实现振动控制。
12、作为本专利技术的一种优选改进，所述步骤s1的具体过程为：
13、建立座椅悬架系统的动力学方程：
14、
15、式中，m为人体和座椅的质量，ks为悬架的刚度，cs为悬架的阻尼，fdes为惯容器的输出力，zs，分别为悬架系统的输出位移、速度和加速度；zv，分别为悬架系统的输入位移和速度；
16、选择状态变量，建立状态空间方程：
17、x1＝zs，
18、
19、
20、式中，为滑模控制中的四个状态变量；
21、设置误差变量，定义lyapunov函数：
22、z1＝x1-xd，
23、
24、式中，z1为输出位移和理想位移的误差，xd为理想位移，为误差z1对时间的导数，为理想速度，v1为lyapunov函数，为lyapunov函数对时间的导数；
25、定义获取低通滤波器的输出，计算滤波误差：
26、
27、
28、式中，α1为的低通滤波器的输出，为α1的导数，δ为滤波器常数，y2为滤波误差，c1为滑模控制中的参数；
29、定义滑模面，并选取指数趋近律：
30、s＝z2
31、z2＝x2-α1
32、
33、式中，s为滑模面，为指数趋近律，z2为虚拟控制量；
34、计算振动控制所需的理想力fdes：
35、
36、式中，c2为滑模控制中的参数。
37、作为本专利技术的一种优选改进，在所述步骤s2中，力跟踪控制策略具体包括：当理想力与两个磁流变阻尼器中的任意一个阻尼力在同一方向时，磁流变阻尼器跟踪所需的控制力；当理想力与两个磁流变阻尼器中的阻尼力在同一方向时，磁流变阻尼器跟踪预期力；当理想力与两个磁流变阻尼器中的阻尼力均不在同一方向时，磁流变阻尼器输出最小的力。
38、作为本专利技术的一种优选改进，在所述步骤s3中，计算磁流变阻尼器的电流，具体包括：
39、选取双曲正切模型作为磁流变阻尼器的参数模型，进行电流的求解计算：
40、
41、
42、αi＝αai+αbiui，ci＝cai+cbiui
43、
44、式中，tmri为两个磁流变阻尼器分配之后的输出力矩，ci为粘度系数，θmri、为齿轮的转动位移和速度，θ1、为主轴的转动角度和速度，，ki是刚度系数，αi是磁滞的比例因子，zi是双曲正切函数给出的磁滞变量，fi是转矩的偏移量，ui是两个磁流变阻尼器的电流。αai、αbi、cai、cbi、βi、δi是决定滞后模型的参数。
45、本专利技术的有益效果如下：
46、1、相较于传统的半主动减振器，本专利技术提供的装置可以收集能量并用于减振，提高减振效果；相较于主动减振器，该装置只需要少量的电能，降低了使用成本；
47、2、通过控制两个磁流变阻尼器的阻尼力，可以控制振动能量的流动，从而实现能量回收，将能量存储在飞轮中，选择合适的时机可以释放飞轮的能量，用于振动控制，达到主动控制的效果，并且，由于能量来自振动本身，因此只需要少量的电能即可实现较好的振动控制。
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1.一种基于惯容器的减振器，其特征在于，包括壳体和设置于所述壳体内的变惯容装置，所述变惯容装置包括磁流变阻尼器和惯容器，所述变惯容装置用于通过控制所述磁流变阻尼器的阻尼来改变装置的惯容，所述惯容器包括齿轮齿条结构和飞轮，所述齿轮齿条结构包括齿条和与所述齿条啮合的齿轮，所述磁流变阻尼器安装于所述齿轮上，所述齿轮齿条结构用于将振动的直线往复运动转换为旋转运动，所述飞轮通过转动轴与所述齿轮连接以用于振动能量的收集。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯容器的减振器，其特征在于，所述壳体包括底板、支腿、箱体和盖板，所述箱体通过所述支腿固定于所述底板上，所述盖板安装于所述箱体的顶部，所述转动轴设置于所述箱体内。
3.根据权利要求2所述的一种基于惯容器的减振器，其特征在于，所述支腿的数量为两个，两个所述支腿间安装有连接板，所述齿条一端贯穿所述箱体的底部与所述连接板连接，另一端贯穿所述盖板与平板连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于惯容器的减振器，其特征在于，所述转动轴包括主轴和与所述主轴连接的飞轮轴，所述齿轮和磁流变阻尼器固定在所述主轴上，所述飞轮固定在所
5.根据权利要求1所述的一种基于惯容器的减振器，其特征在于，所述齿条远离所述齿轮的一侧固定有滑轨，所述滑轨上设置有滑块，所述滑轨和滑块用于保证所述平板在竖直方向上的运动。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的基于惯容器的减振器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于惯容器的减振器的控制方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程为：
8.根据权利要求6所述的一种基于惯容器的减振器的控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，力跟踪控制策略具体包括：当理想力与两个磁流变阻尼器中的任意一个阻尼力在同一方向时，磁流变阻尼器跟踪所需的控制力；当理想力与两个磁流变阻尼器中的阻尼力在同一方向时，磁流变阻尼器跟踪预期力；当理想力与两个磁流变阻尼器中的阻尼力均不在同一方向时，磁流变阻尼器输出最小的力。
9.根据权利要求6所述的一种基于惯容器的减振器的控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，计算磁流变阻尼器的电流，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于惯容器的减振器，其特征在于，包括壳体和设置于所述壳体内的变惯容装置，所述变惯容装置包括磁流变阻尼器和惯容器，所述变惯容装置用于通过控制所述磁流变阻尼器的阻尼来改变装置的惯容，所述惯容器包括齿轮齿条结构和飞轮，所述齿轮齿条结构包括齿条和与所述齿条啮合的齿轮，所述磁流变阻尼器安装于所述齿轮上，所述齿轮齿条结构用于将振动的直线往复运动转换为旋转运动，所述飞轮通过转动轴与所述齿轮连接以用于振动能量的收集。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯容器的减振器，其特征在于，所述壳体包括底板、支腿、箱体和盖板，所述箱体通过所述支腿固定于所述底板上，所述盖板安装于所述箱体的顶部，所述转动轴设置于所述箱体内。
3.根据权利要求2所述的一种基于惯容器的减振器，其特征在于，所述支腿的数量为两个，两个所述支腿间安装有连接板，所述齿条一端贯穿所述箱体的底部与所述连接板连接，另一端贯穿所述盖板与平板连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于惯容器的减振器，其特征在于，所述转动轴包括主轴和与所述主轴连接的飞轮轴，所述齿轮和磁流变阻尼器固定在所述主轴上，...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹靖，宁东红，吴坤，刘贵杰，杜海平，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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