蝶式共振型作动器

摘要

本发明属于作动器领域，提出一种蝶式共振型作动器，包括：槽钢梁、连接短轴、深沟球轴承、支座、底板、直线模组、电机、质量滑块、电磁激振器，其中直线模组内部装有丝杠螺母并在端部安装驱动电机。该作动器基于共振原理，将两端附有模组‑质量块机构的梁结构与一般电磁式作动器组合，改变质量块位置调节作动器结构的固有频率。本发明的作动器可根据实际振动环境的振动频率，通过控制系统调节质量滑块的位置来相应改变作动器的共振工作频率，实现优异的作动器跟频振动控制性能。

权利要求

1.一种蝶式共振型作动器，包括直线模组-质量滑块机构以及底板,其特征在于，还包括槽钢梁、支座以及电磁激振器，其中：槽钢梁，用于提供所述直线模组-质量滑块机构的支撑；

两个直线模组-质量滑块机构通过螺纹连接分别在槽钢梁两端，该两个直线模组-质量滑块机构位于槽钢梁的上表面并且关于槽钢梁中心对称地布置；

支座，位于槽钢梁的下方，所述两个直线模组-质量滑块机构与槽钢梁作为整体与下部支座通过深沟球轴承、短轴连接，并且槽钢梁与支座之间可形成相对转动；其中，短轴直接安装在支座上并通过两端的螺母与其固连，深沟球轴承的外圈安装在槽钢梁的轴承孔中，其内圈装在短轴上并用卡簧将内圈锁止；

所述电磁激振器通过支承结构悬吊在槽钢梁上方并位于中心位置，用于提供初始激励；

底板，与所述支座固定在一起，该底板用于根据激励进行动力输出。

2.根据权利要求1所述的蝶式共振型作动器，其特征在于，所述两个直线模组-质量滑块机构采用相同的构造，均包括电机、与电机的输出轴连接并具有丝杠的直线模组以及固定在丝杠上的质量滑块，所述电机在转动时驱动丝杠在直线模组的上方做直线运动，从而带动质量滑块沿着相同方向做直线运动，通过质量滑块位置的变化以调节作动器的共振工作频率。

3.根据权利要求2所述的蝶式共振型作动器，其特征在于，所述深沟球轴承的外圈采用过盈配合安装在槽钢梁的轴承孔中。

4.根据权利要求2所述的蝶式共振型作动器，其特征在于，所述质量滑块在丝杠模组中的运动轨迹具有相应刻度值，并且不同的刻度值对应作动器不同的共振工作频率。

说明书

蝶式共振型作动器

技术领域

[0001] 本发明涉及作动器技术领域，具体而言涉及一种蝶式共振型作动器。

背景技术

[0002] 在航空、航天、土木工程等领域中，常常需要对结构进行振动进行主动控制。作动器作为直升机结构响应主动控制(ACSR)的执行元件对控制性能有着重要影响。对于航空结构，降低作动器的附加质量，避免控制系统与其他机载设备的电磁干扰尤为重要，性能优良的作动作动器可以有效提高振动主动控制系统的使用功效、安全性及可靠性。

发明内容

[0003] 本发明目的在于提供一种固有频率可调的蝶式共振型作动器，该作动器不仅可扩大作动器的适用范围，而且可以在满足高效的动力放大系数的前提下，实现共振型作动器结构的固有频率可调。

[0004] 本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

[0005] 为达成上述目的，本发明提出一种蝶式共振型作动器，包括槽钢梁、直线模组-质量滑块机构、支座、底板以及电磁激振器，其中：

[0006] 槽钢梁，用于提供所述直线模组-质量滑块机构的支撑；

[0007] 两个直线模组-质量滑块机构通过螺纹连接分别在槽钢梁两端，该两个直线模组-质量滑块机构位于槽钢梁的上表面并且关于槽钢梁中心对称地布置；

[0008] 支座，位于槽钢梁的下方，所述两个直线模组-质量滑块机构与槽钢梁作为整体与下部支座通过深沟球轴承、短轴连接，并且槽钢梁与支座之间可形成相对转动；其中，短轴直接安装在支座上并通过两端的螺母与其固连，深沟球轴承的外圈采用过盈配合安装在槽钢梁的轴承孔中，其内圈装在短轴上并用卡簧将内圈锁止；

[0009] 所述电磁激振器通过支承结构悬吊在槽钢梁上方并位于中心位置，用于提供初始激励；

[0010] 底板，与所述支座固定在一起，该底板用于根据激励进行动力输出。

[0011] 进一步的实施例中，所述两个直线模组-质量滑块机构采用相同的构造，均包括电机、与电机的输出轴连接并具有丝杠的直线模组以及固定在丝杠上的质量滑块，所述电机在转动时驱动丝杠在直线模组的上方做直线运动，从而带动质量滑块沿着相同方向做直线运动，通过质量滑块位置的变化以调节作动器的共振工作频率。

[0012] 进一步的实施例中，所述质量滑块在丝杠模组中的运动轨迹具有相应刻度值，并且不同的刻度值对应作动器不同的共振工作频率。

[0013] 应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

[0014] 结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

[0015] 附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

[0016] 图1是根据本发明某些实施例的蝶式共振型作动器的结构示意图。

具体实施方式

[0017] 为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

[0018] 在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

[0019] 结合图1所示，根据本发明的实施例，一种蝶式共振型作动器，包括槽钢梁1、短轴2、深沟球轴承3、支座4、直线模组-质量滑块机构、底板5以及电磁激振器9。

[0020] 槽钢梁1，用于提供所述直线模组-质量滑块机构的支撑。

[0021] 两个直线模组-质量滑块机构通过螺纹连接分别在槽钢梁1的两端，该两个直线模组-质量滑块机构位于槽钢梁的上表面并且关于槽钢梁中心对称地布置。

[0022] 支座4，位于槽钢梁1的下方，所述两个直线模组-质量滑块机构与槽钢梁作为整体与下部的支座4之间分别通过深沟球轴承3、短轴2连接，并且槽钢梁1与支座4之间可形成相对转动.

[0023] 结合图1，每个短轴2直接安装在支座4上并通过两端的螺母与其固连。深沟球轴承3的外圈安装在槽钢梁1的轴承孔中，例如采用过盈配合方式，其内圈装在短轴2上并用卡簧将内圈锁止。

[0024] 所述电磁激振器9，通过支承结构悬吊在槽钢梁1的上方并位于中心位置，用于提供初始激励。

[0025] 底板5，与所述支座4固定在一起，该底板用于根据激励进行动力输出。

[0026] 两个直线模组-质量滑块机构采用相同的构造。每个直线模组-质量滑块机构均包括电机7、与电机的输出轴连接并具有丝杠的直线模组6以及固定在丝杠上的质量滑块8，所述电机7在转动时驱动丝杠在直线模组的上方做直线运动，从而带动质量滑块8沿着相同方向做直线运动，通过质量滑块8位置的变化以调节作动器的共振工作频率。

[0027] 在优选的实施例中，质量滑块8在丝杠模组中的运动轨迹具有相应刻度值，并且不同的刻度值对应作动器不同的共振工作频率。

[0028] 结合图1所示，初始的激励由电磁激振器9提供，当作动器应用于不同工况的频率变化段时，可以通过电机运动来调节质量滑块的配重来适应振动环境。如此，在上端的电磁作动器规律变频激励下，通过控制系统调节质量滑块8在直线模组-质量滑块机构中的位置，使共振结构体即作动器的固有频率跟踪外激励频率，以维持此作动器的共振工作状态，构成一种蝶式共振型变频作动器(其结构的固有频率可调)。

[0029] 本发明的蝶式共振型作动器的输出端位于下部两个支座的底面，利用底板进行输出，采用4个力传感器，通过螺钉与支座4、底板5进行螺纹连接。所设计的蝶式共振型作动器的放大系数取决于槽钢梁的材料属性、尺寸形状、结构阻尼。

[0030] 本发明的蝶式共振型作动器可采用HHC算法在LABVIEW中设计控制系统，在采用该控制算法施加控制力后，时域综合响应则由外激励时域信号和控制力时域信号两者叠加。经过FFT变换到频域并选取合适的二次型目标函数，NI-CRIO计算得到最优控制电压。其中，系统参数由LMS在线辨识方法得到。鉴于蝶式共振型作动器内部构造及其工作原理，将其时滞量主要分为电磁激振器时滞、共振结构体时滞以及滑块动作时滞三部分，根据理论计算和试验标定获得时滞量大小。在可控前提下，通过改变激励的频率获得作动器工作频率范围；在滑块极限行程、速度前提下，改变激励幅值和相位确定系统的稳定性范围。

[0031] 在LABVIEW中设计控制系统后，进行采样率、初始控制电压、采样点数等初始采样参数设置。在采集、控制系统布置完成后，系统参数由LMS在线辨识方法得到。当外激励变频时，通过NI-CRIO控制器得到的实时数据调节质量滑块在模组中的位置，使共振结构体的固有频率跟踪外激励频率，以维持此作动器的共振工作状态，同时NI-CRIO控制处理器得到最优控制电压并施加于作动器。其中，自适应控制过程中所用到的时滞量，是根据事先离线标定得到的。最终，试验结构的振动在本发明蝶式共振型作动器的作用下，得到较好的控制。

[0032] 综上所述，本发明提出的蝶式共振型作动器和现有技术相比，具有以下优点和特点：

[0033] 1、蝶式共振型作动器利用共振原理工作，需要的输入功率比较小，可以节省能源，同时能够提供较大的控制输出力，具有较高的放大系数。

[0034] 2、当振动控制对象所受外激励频率变化时，通过控制系统调节质量滑块在模组中的位置，使共振结构体的固有频率跟踪外激励频率，以维持此作动器的共振工作状态。

[0035] 3、蝶式共振型作动器安装简便，且整体结构加工成本较低、经济性较好。为直升机结构响应主动控制(ACSR)提供一种高效的动力放大系数、跟踪外激励变频过程的执行元件。

[0036] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。