基於磁致效應的局部自供電半主動減振技術

《基於磁致效應的局部自供電半主動減振技術》是依託南京理工大學，由卞雷祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於磁致效應的局部自供電半主動減振技術
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：卞雷祥
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

本項目基於磁致效應，開展具有局部自供電能力的新型半主動減振技術研究。由於磁致伸縮材料具有高磁機耦合係數，磁致伸縮器件將機械振動高效轉化為磁能/電能，產生大磁致伸縮阻尼。通過構建半主動分支電路，實現自適應阻尼控制。提出採用具有大磁致伸縮係數和低磁晶各向異性的Tb1-xDyxFe2稀土合金粉末作為磁性填充顆粒之一，製備新型磁流變彈性體。基於新型磁流變彈性體、磁致伸縮材料以及磁力耦合等多種效應相結合，實現大範圍剛度變化，增大移頻範圍。在此基礎上，研究阻尼和剛度可控的先進半主動減振技術。為了降低振動控制系統對外部電源的需求，提出將振動能量採集與半主動減振裝置一體化設計，使得同一裝置在減振的同時又能夠兼顧振動能量採集，將採集到振動能量轉換為電能並存儲起來，作為系統電源的補充，實現局部自供電。

結題摘要

以羰基鐵粉為磁性填充顆粒進行試驗，摸索出了機械性能好的天然橡膠基體磁流體彈性體配方和製備工藝。在此基礎上，改用稀土超磁致伸縮粉末為磁性填充粒子與天然橡膠基體混合，進行了新型磁流變彈性體製備和性能研究。採用磁流變彈性體設計了剪下-壓縮混合工作模式磁流變減振器，同時獲得了較高的磁流變效應和良好的機械性能，不僅能夠滿足輕質模組減振，還能夠滿足幾十公斤大質量負載下的減振套用，典型的可用於彈載慣性組合測量平台的隔振。本結構中磁流變彈性體為錐形結構，該減振的剛度主要取決於磁流變彈性體材料的彈性模量、尺寸以及錐角，特別是可以通過調整錐形的角度來調整剛度，且能夠實現三向等剛度。製備過程中，為提高器件結構的穩定性和可靠性，採用膠黏劑使磁流變彈性體與導磁體形成一體化的複合結構。磁致伸縮執行器是一種利用磁致伸縮效應製作而成的微位移執行器，具有應變數大、能量密度高、頻響快等優點，已經成為精密定位和精密隔振系統中重要執行元件。基於FeGa合金薄片設計了一種縱彎模式工作的磁致伸縮執行器結構，由兩端固定在軟磁基片上的磁致伸縮片、激勵線圈、偏置線圈組成。激勵線圈沿著磁致伸縮片縱向施加磁場，磁致伸縮片由於磁致伸效應產生撓度，輸出垂直於縱向的線位移。為了準確描述Fe-Ga合金磁致伸縮執行器的非對稱且與速率-偏置相關的遲滯現象，提出了採用多體系統傳遞矩陣法表征執行器動力學特性結合修正的Bouc-Wen磁滯運算元的綜合模型，能準確描述Fe-Ga合金磁致伸縮執行器的動力學和遲滯特性。提出了套用動態Bouc-Wen模型的逆補償磁致伸縮執行器在不同頻率和偏差下輸入下遲滯特性的線性化控制方法。基於建立的線性化控制器，採用位移PID控制器能對磁致伸縮執行器的輸出位移精確地跟蹤。提供了一種有效地補償磁致伸縮執行器在不同頻率和偏置輸入下遲滯特性的方法。將磁流變減振器和磁致伸縮執行器結合，還可以進一步實現精密平台隔振套用。