本發(fā)明屬于土木工程、振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。

背景技術(shù)：

在當(dāng)今社會(huì)，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器因?yàn)橛袑?duì)原建筑結(jié)構(gòu)改動(dòng)小、施工方便、減振控制效果顯著等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注，并在國(guó)內(nèi)外的建筑結(jié)構(gòu)中都有應(yīng)用，如臺(tái)北101大廈、上海中心等。但傳統(tǒng)的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器具有對(duì)頻率的調(diào)諧敏感性的缺點(diǎn)，不僅建筑結(jié)構(gòu)的自身損傷等會(huì)影響調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減振效果，某些時(shí)候其自身的特性，如黏滯阻尼器的退化或當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的某一構(gòu)件作為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的質(zhì)量時(shí)質(zhì)量的變化也會(huì)影響其控制效果。而且，設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)的自振頻率估計(jì)值與其實(shí)際自振頻率存在差異因此，如何實(shí)現(xiàn)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的自適應(yīng)控制，使其能調(diào)節(jié)自身頻率與結(jié)構(gòu)的頻率相近，以達(dá)到良好的減振效果，就成為了一個(gè)新的很有意義的研究方向。

半主動(dòng)控制屬于參數(shù)控制，利用控制機(jī)構(gòu)來主動(dòng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部參數(shù)，使結(jié)構(gòu)始終處于最優(yōu)的狀態(tài)。半主動(dòng)控制與主動(dòng)控制相比，不需要大量的外部輸入力，只需要少量的外部輸入力來驅(qū)動(dòng)實(shí)施作用力的驅(qū)動(dòng)器，盡可能主動(dòng)利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)過程中的相對(duì)變形和速度，來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。半主動(dòng)控制兼具被動(dòng)控制簡(jiǎn)單易行與經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)，能夠調(diào)節(jié)自身頻率與主結(jié)構(gòu)的頻率相同，以滿足調(diào)諧被控結(jié)構(gòu)頻率的要求，從而達(dá)到良好的減振效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，包括單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(2)和伺服控制系統(tǒng)，所述半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(2)安裝于主結(jié)構(gòu)(1)的頂部。其中：

所述單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(2)包括質(zhì)量塊(7)、擺繩(8)和黏滯阻尼器(9)；所述質(zhì)量塊(7)發(fā)生水平向振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)黏滯阻尼器(9)運(yùn)動(dòng)，耗散能量；所述黏滯阻尼器(9)一端連接質(zhì)量塊(7),一端連接限位裝置(10)。

所述伺服控制系統(tǒng)包括控制電路板(3)、加速度傳感器i(4)、加速度傳感器ii(5)和步進(jìn)電機(jī)(6)；所述加速度傳感器i(4)放置于主結(jié)構(gòu)(1)的頂部，用于測(cè)量獲得主結(jié)構(gòu)(1)整體發(fā)生位移時(shí)的加速度；所述加速度傳感器ii(5)放置于質(zhì)量塊(7)的側(cè)面并與質(zhì)量塊(7)連接，用于測(cè)量獲得質(zhì)量塊(7)實(shí)時(shí)的加速度。所述加速度傳感器i(4)和加速度傳感器ii(5)分別與控制電路板(3)連接用于采集主結(jié)構(gòu)(1)、質(zhì)量塊(7)的發(fā)生水平振動(dòng)時(shí)的加速度值，并計(jì)算擺繩長(zhǎng)度差值，用于作為依據(jù)控制步進(jìn)電機(jī)(6)的旋轉(zhuǎn)角度。所述步進(jìn)電機(jī)(6)的輸出轉(zhuǎn)軸與擺繩(8)根部連接，用于改變所述擺繩(8)的下垂長(zhǎng)度。

如此，根據(jù)環(huán)境需要，在選定的時(shí)段啟動(dòng)所述伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行所述擺繩(8)的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，而不必實(shí)時(shí)啟動(dòng)。即：?jiǎn)纹瑱C(jī)電路板(3)接受并處理所述加速度傳感器i(4)和加速度傳感器ii(5)信號(hào)后，計(jì)算對(duì)應(yīng)所需調(diào)節(jié)的擺繩長(zhǎng)度，并控制所述步進(jìn)電機(jī)(6)旋轉(zhuǎn)用于調(diào)節(jié)與之連接的擺繩(8)的長(zhǎng)度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：

本發(fā)明的半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，擺繩的長(zhǎng)度可通過伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，且無須實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，僅在選定時(shí)段進(jìn)行即可，所需供電量小，能夠精確調(diào)節(jié)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器頻率與主結(jié)構(gòu)頻率相同；并能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)和抗震的分析設(shè)計(jì)。具有耐久性好、減振效果良好、安裝簡(jiǎn)單、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器主視圖；

圖2是本發(fā)明的單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器主視圖；

圖3是本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1-主結(jié)構(gòu)，2-半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，3-控制器電路板，4-加速度傳感器i，5-加速度傳感器ii，6-步進(jìn)電機(jī)，7-質(zhì)量塊，8-擺繩，9-黏滯阻尼器，10-限位裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明的半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器由單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(2)和伺服控制系統(tǒng)組成，所述半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(2)安裝于主結(jié)構(gòu)(1)的頂部。其中：

所述單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(2)包括質(zhì)量塊(7)、擺繩(8)和黏滯阻尼器(9)；所述質(zhì)量塊(7)發(fā)生水平向振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)黏滯阻尼器(9)運(yùn)動(dòng)，耗散能量；所述黏滯阻尼器(9)一端連接質(zhì)量塊(7),一端連接限位裝置(10)。

所述伺服控制系統(tǒng)包括控制電路板(3)、加速度傳感器i(4)、加速度傳感器ii(5)和步進(jìn)電機(jī)(6)；所述加速度傳感器i(4)放置于主結(jié)構(gòu)(1)的頂部，用于測(cè)量獲得主結(jié)構(gòu)(1)整體發(fā)生位移時(shí)的加速度；所述加速度傳感器ii(5)放置于質(zhì)量塊(7)的側(cè)面并與質(zhì)量塊(7)連接，用于測(cè)量獲得質(zhì)量塊(7)實(shí)時(shí)的加速度。

所述加速度傳感器i(4)和加速度傳感器ii(5)分別與控制電路板(3)連接用于采集主結(jié)構(gòu)(1)、質(zhì)量塊(7)的發(fā)生水平振動(dòng)時(shí)的加速度值，并計(jì)算擺繩長(zhǎng)度差值，用于作為依據(jù)控制步進(jìn)電機(jī)(6)的旋轉(zhuǎn)角度。所述步進(jìn)電機(jī)(6)的輸出轉(zhuǎn)軸與擺繩(8)根部連接，用于改變所述擺繩(8)的下垂長(zhǎng)度。

所述控制電路板3(本實(shí)施例具體選用單片機(jī)電路板實(shí)現(xiàn))接受并處理所述加速度傳感器i(4)和加速度傳感器ii(5)信號(hào)后，可一次性精確計(jì)算確定出所需調(diào)節(jié)的擺繩長(zhǎng)度，并控制所述步進(jìn)電機(jī)(6)一次性完成所述擺繩(8)的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。

所述質(zhì)量塊(7)發(fā)生水平向振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)黏滯阻尼器(9)運(yùn)動(dòng)，耗散能量；

所述黏滯阻尼器(9)一端連接質(zhì)量塊(7),一端連接限位裝置(10)。

本實(shí)施例中，所述單片機(jī)電路板接受并處理所述加速度傳感器i和加速度傳感器ii信號(hào)后，可一次性精確計(jì)算所需調(diào)節(jié)的擺繩長(zhǎng)度，并控制所述步進(jìn)電機(jī)一次性完成所述擺繩的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。

本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器頻率的精確調(diào)節(jié)，提高減振效果，簡(jiǎn)化阻尼器的設(shè)計(jì)，且阻尼裝置控制效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)安裝，耐久性好。

這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種半主動(dòng)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，由單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和伺服控制系統(tǒng)組成。其中：?jiǎn)螖[式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器由質(zhì)量塊、擺繩和黏滯阻尼器組成；伺服控制系統(tǒng)由單片機(jī)電路板、加速度傳感器I、加速度傳感器II和步進(jìn)電機(jī)組成。本發(fā)明的擺繩的長(zhǎng)度可通過伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器頻率的精確控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器頻率的精確調(diào)節(jié)，提高減振效果，簡(jiǎn)化阻尼器的設(shè)計(jì)，且阻尼裝置控制效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)安裝，耐久性好等。

技術(shù)研發(fā)人員：王梁坤;施衛(wèi)星;歐陽郁汀;修晟;賴道光;張寒青
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.07
技術(shù)公布日：2017.07.04