一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，當(dāng)溫度升高導(dǎo)致粘彈性材料耗能性能顯著下降時(shí)，通過智能控制器增大對阻尼器的電流輸入，即增大磁場強(qiáng)度，使得阻尼器內(nèi)的磁性顆粒在磁場作用下發(fā)生磁流變效應(yīng)，從而迅速提高阻尼器的剛度與阻尼，進(jìn)而提高阻尼器的耗能性能；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，則通過智能控制器減小阻尼器的電流輸入，減小磁場強(qiáng)度。本發(fā)明能夠保證粘彈性阻尼器在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)，能在較大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)為結(jié)構(gòu)提供較為穩(wěn)定的耗能性能，其電流改變直接，效應(yīng)速度較快，控制過程較為穩(wěn)定，不需要過大的外部能量輸入，可明顯地改善溫度軟化效應(yīng)對粘彈性阻尼器在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中耗能減震效果的不利影響。
【專利說明】
一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]粘彈性阻尼器能給結(jié)構(gòu)提供剛度和阻尼，其性能可靠、構(gòu)造簡單、耗能能力強(qiáng)，從美國紐約世貿(mào)大廈安裝上萬個(gè)粘彈性阻尼器來抵御強(qiáng)風(fēng)作用到現(xiàn)在，粘彈性阻尼器已經(jīng)在許多建筑、橋梁和大跨結(jié)構(gòu)中得到運(yùn)用。不過，粘彈性阻尼器也有其致命的弱點(diǎn)，那就是粘彈性材料是溫度敏感材料，隨著溫度的升高，材料會(huì)發(fā)生軟化效應(yīng)，由彈性特征逐步向粘性特征轉(zhuǎn)變，材料的儲(chǔ)能模量發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級的急劇下降，損耗因子也下降迅速，這嚴(yán)重降低了粘彈性阻尼器的耗能能力和應(yīng)用范圍。因此，減小粘彈性阻尼器的溫度軟化效應(yīng)對耗能減震效果產(chǎn)生的不利影響成為粘彈性阻尼器在大型工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中應(yīng)用的方法問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種控制過程穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)簡單的粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制裝置及其方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0005]—種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，當(dāng)溫度升高導(dǎo)致粘彈性材料耗能性能顯著下降時(shí)，通過智能控制器增大對阻尼器的電流輸入，即增大磁場強(qiáng)度，使得阻尼器內(nèi)的磁性顆粒在磁場作用下發(fā)生磁流變效應(yīng)，從而迅速提高阻尼器的剛度與阻尼，進(jìn)而提高阻尼器的耗能性能;反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，則通過智能控制器減小阻尼器的電流輸入，減小磁場強(qiáng)度。
[0006]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述智能控制器包括單片機(jī)控制器、PI調(diào)節(jié)器、P麗調(diào)制電路和功率電路。
[0007]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述智能控制器增大或減小對阻尼器的電流輸入時(shí)，是通過補(bǔ)償控制策略的算法處理確定該溫度下對應(yīng)的阻尼器所需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦怠?br>[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0009]本發(fā)明提供一種補(bǔ)償控制方法來彌補(bǔ)粘彈性材料的溫度軟化效應(yīng)，從而減小高溫環(huán)境下粘彈性材料性能下降對阻尼器減震效果的影響，以保證粘彈性阻尼器在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)，能在較大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)為結(jié)構(gòu)提供較為穩(wěn)定的耗能性能;本發(fā)明中電流改變直接，效應(yīng)速度較快，控制過程較為穩(wěn)定，同時(shí)不需要過大的外部能量輸入，實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，可明顯地改善溫度軟化效應(yīng)對粘彈性阻尼器在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中耗能減震效果的不利影響。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)原理圖。[0011 ]圖2為本發(fā)明的方法原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0013]請參閱圖1-2，一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，是采用粘彈性阻尼器對結(jié)構(gòu)進(jìn)行被動(dòng)減震控制時(shí)，利用磁流變效應(yīng)彌補(bǔ)高溫環(huán)境下粘彈性材料軟化效應(yīng)對耗能減震效果產(chǎn)生不利影響的方法，當(dāng)溫度升高導(dǎo)致粘彈性材料耗能性能顯著下降時(shí)，通過智能控制器增大對阻尼器的電流輸入，即增大磁場強(qiáng)度，使得阻尼器內(nèi)的磁性顆粒在磁場作用下發(fā)生磁流變效應(yīng)，從而迅速提高阻尼器的剛度與阻尼，進(jìn)而提高阻尼器的耗能性能；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，則通過智能控制器減小阻尼器的電流輸入，減小磁場強(qiáng)度;這樣，阻尼器能在各種不同溫度環(huán)境下維持較為穩(wěn)定、可觀的耗能性能，進(jìn)而拓寬粘彈性阻尼器的最佳工作溫度范圍。
[0014]所述智能控制器包括單片機(jī)控制器、PI調(diào)節(jié)器、PffM調(diào)制電路和功率電路，首先，單片機(jī)控制器根據(jù)溫度傳感器檢測到的阻尼器的溫度，經(jīng)補(bǔ)償控制策略的算法處理確定該溫度下對應(yīng)的阻尼器所需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦?補(bǔ)償控制策略的原理是以阻尼器的單周期耗能值為指標(biāo)，通過對阻尼器施加電流來增加其耗能值使得不同溫度下阻尼器單周期耗能值與最優(yōu)溫度時(shí)對應(yīng)的耗能值相等，從而達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹?br>[0015]所述補(bǔ)償控制策略可用如下方程表示:
[0016]Ed = E7 d+E//d = Ed(oPt) (公式I)
[0017]式中，Ed為阻尼器總的單周期耗能值，E'd和E〃d分別為粘彈性材料的耗能值與磁流變效應(yīng)產(chǎn)生的耗能值，Ed(Cipt)為最佳使用溫度時(shí)阻尼器的最優(yōu)耗能值。它的基本方法是:在不同工作頻率下，由監(jiān)測到的阻尼器的實(shí)時(shí)溫度，根據(jù)(公式I)確定該溫度下需對阻尼器施加的補(bǔ)償電流值。
[0018]確定了補(bǔ)償電流值之后，通過單片機(jī)控制器的DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器將這個(gè)電流控制信號Iref輸出。If是電流檢測環(huán)節(jié)檢測流過阻尼器的電流，并經(jīng)過濾波處理產(chǎn)生的輸出電流信號，代表了實(shí)際流過阻尼器的平均電流。PI調(diào)節(jié)器根據(jù)Iref與If兩者的誤差信號產(chǎn)生一個(gè)電壓控制信號對PWM脈寬控制器進(jìn)行脈寬調(diào)制。通過控制輸出PWM的占空比改變功率電路的脈寬從而改變流過阻尼器的電流。
[0019]本發(fā)明提供一種補(bǔ)償控制方法來彌補(bǔ)粘彈性材料的溫度軟化效應(yīng)，從而減小高溫環(huán)境下粘彈性材料性能下降對阻尼器減震效果的影響，以保證粘彈性阻尼器在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)，能在較大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)為結(jié)構(gòu)提供較為穩(wěn)定的耗能性能;本發(fā)明中電流改變直接，效應(yīng)速度較快，控制過程較為穩(wěn)定，同時(shí)不需要過大的外部能量輸入，實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，可明顯地改善溫度軟化效應(yīng)對粘彈性阻尼器在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中耗能減震效果的不利影響。
[0020]上面對本專利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本專利并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，其特征在于，當(dāng)溫度升高導(dǎo)致粘彈性材料耗能性能顯著下降時(shí)，通過智能控制器增大對阻尼器的電流輸入，即增大磁場強(qiáng)度，使得阻尼器內(nèi)的磁性顆粒在磁場作用下發(fā)生磁流變效應(yīng)，從而迅速提高阻尼器的剛度與阻尼，進(jìn)而提高阻尼器的耗能性能；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，則通過智能控制器減小阻尼器的電流輸入，減小磁場強(qiáng)度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘彈性材料溫度軟化效應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，其特征在于，所述智能控制器包括單片機(jī)控制器、PI調(diào)節(jié)器、PWM調(diào)制電路和功率電路。3.所述智能控制器增大或減小對阻尼器的電流輸入時(shí)，是通過補(bǔ)償控制策略的算法處理確定該溫度下對應(yīng)的阻尼器所需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦怠?br>【文檔編號】G05B19/042GK105867210SQ201610151383
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】涂建維, 劉景
【申請人】武漢理工大學(xué)