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

背景技術(shù)：

在當今社會，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器因為有對原建筑結(jié)構(gòu)改動小、施工方便、減振控制效果顯著等優(yōu)點而被廣泛關(guān)注，并在國內(nèi)外的建筑結(jié)構(gòu)中都有應(yīng)用，如臺北101大廈、上海中心等。但傳統(tǒng)的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器具有對頻率的調(diào)諧敏感性的缺點，不僅建筑結(jié)構(gòu)的自身損傷等會影響調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減振效果，某些時候其自身的特性，如黏滯阻尼器的退化或當建筑結(jié)構(gòu)的某一構(gòu)件作為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的質(zhì)量時質(zhì)量的變化也會影響其控制效果。而且，設(shè)計時結(jié)構(gòu)的自振頻率估計值與其實際自振頻率存在差異因此，如何實現(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，以達到良好的減振效果，就成為了一個新的很有意義的研究方向。

半主動控制屬于參數(shù)控制，利用控制機構(gòu)來主動調(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)。半主動控制與主動控制相比，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)動實施作用力的驅(qū)動器，盡可能主動利用結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)過程中的相對變形和速度，來實現(xiàn)最優(yōu)控制。半主動控制兼具被動控制簡單易行與經(jīng)濟性的優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種半主動單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點，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，從而達到良好的減振效果。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種半主動單擺式調(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)生水平向振動時，帶動黏滯阻尼器(9)運動，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)和步進電機(6)；所述加速度傳感器i(4)放置于主結(jié)構(gòu)(1)的頂部，用于測量獲得主結(jié)構(gòu)(1)整體發(fā)生位移時的加速度；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，用于測量獲得質(zhì)量塊(7)實時的加速度。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)生水平振動時的加速度值，并計算擺繩長度差值，用于作為依據(jù)控制步進電機(6)的旋轉(zhuǎn)角度。所述步進電機(6)的輸出轉(zhuǎn)軸與擺繩(8)根部連接，用于改變所述擺繩(8)的下垂長度。

如此，根據(jù)環(huán)境需要，在選定的時段啟動所述伺服控制系統(tǒng)進行所述擺繩(8)的長度調(diào)節(jié)，而不必實時啟動。即：單片機電路板(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)信號后，計算對應(yīng)所需調(diào)節(jié)的擺繩長度，并控制所述步進電機(6)旋轉(zhuǎn)用于調(diào)節(jié)與之連接的擺繩(8)的長度。

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)明的半主動單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，擺繩的長度可通過伺服控制系統(tǒng)進行精確調(diào)節(jié)，且無須實時調(diào)節(jié)，僅在選定時段進行即可，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；并能簡化結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)和抗震的分析設(shè)計。具有耐久性好、減振效果良好、安裝簡單、操作便捷等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的半主動單擺式調(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；

圖中標號：1-主結(jié)構(gòu)，2-半主動單擺式調(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-步進電機，7-質(zhì)量塊，8-擺繩，9-黏滯阻尼器，10-限位裝置。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明的半主動單擺式調(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)生水平向振動時，帶動黏滯阻尼器(9)運動，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)和步進電機(6)；所述加速度傳感器i(4)放置于主結(jié)構(gòu)(1)的頂部，用于測量獲得主結(jié)構(gòu)(1)整體發(fā)生位移時的加速度；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，用于測量獲得質(zhì)量塊(7)實時的加速度。

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)生水平振動時的加速度值，并計算擺繩長度差值，用于作為依據(jù)控制步進電機(6)的旋轉(zhuǎn)角度。所述步進電機(6)的輸出轉(zhuǎn)軸與擺繩(8)根部連接，用于改變所述擺繩(8)的下垂長度。

所述控制電路板3(本實施例具體選用單片機電路板實現(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)信號后，可一次性精確計算確定出所需調(diào)節(jié)的擺繩長度，并控制所述步進電機(6)一次性完成所述擺繩(8)的長度調(diào)節(jié)。

所述質(zhì)量塊(7)發(fā)生水平向振動時，帶動黏滯阻尼器(9)運動，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)。

本實施例中，所述單片機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信號后，可一次性精確計算所需調(diào)節(jié)的擺繩長度，并控制所述步進電機一次性完成所述擺繩的長度調(diào)節(jié)。

本發(fā)明能實現(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，簡化阻尼器的設(shè)計，且阻尼裝置控制效果好，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護安裝，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施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，實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、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。

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：單擺式調(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)由單片機電路板、加速度傳感器I、加速度傳感器II和步進電機組成。本發(fā)明的擺繩的長度可通過伺服控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，以實現(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，簡化阻尼器的設(shè)計，且阻尼裝置控制效果好，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護安裝，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
受保護的技術(shù)使用者：同濟大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.07
技術(shù)公布日：2017.07.04