本发明公开了一种电液复合振动装置及其振动控制方法，振动装置包括振动台、上端盖和下端盖；上端盖固定在振动台的底面上，上端盖与下端盖之间设有导向缓冲机构和振动机构；振动机构包括永磁体环形基座、环形永磁体、永磁体外套、与环形永磁体相对设置的励磁线圈基座、励磁线圈、励磁线圈外套以及振动液压缸，永磁体外套固定在上端盖底面上，励磁线圈外套固定在下端盖顶面上；振动液压缸的缸筒固定在下端盖的中心孔中，且缸筒向上穿过励磁线圈基座中心孔后可上下滑动的插设在永磁体外套中心孔、环形永磁体中心孔和永磁体环形基座中心孔中，振动液压缸的缸杆与上端盖固定连接。本发明用于工农业生产中的振动工艺，以及装备制造过程中的振动试验。
1.一种电液复合振动装置，其特征在于：包括振动台（1）以及上下相对设置的上端盖（3）和下端盖（9）；所述上端盖（3）固定在振动台（1）的底面上，下端盖（9）固定在固定底座或者地基上；所述上端盖（3）与下端盖（9）之间设置有导向缓冲机构和振动机构；
所述导向缓冲机构包括上下相对的固定在上端盖（3）底面上的导向柱底座（7）和固定在下端盖（9）顶面上的导向套（4），所述导向柱底座（7）上固定设置有导向柱（8），所述导向套（4）中设置有缓冲弹簧（15），所述导向柱（8）的底端上下滑动的设置在导向套（4）中且与缓冲弹簧（15）相接触；
所述振动机构包括固定在上端盖（3）底面上的永磁体环形基座（10）、吸附在永磁体环形基座（10）底面上的环形永磁体（12）、包覆在永磁体环形基座（10）和环形永磁体（12）外侧的永磁体外套（5）、固定在下端盖（9）顶面上且与环形永磁体（12）相对设置的励磁线圈基座（14）、缠绕在励磁线圈基座（14）上的励磁线圈（13）、包覆在励磁线圈（13）外侧的励磁线圈外套（6）以及振动液压缸（11），所述永磁体外套（5）固定在上端盖（3）的底面上，所述励磁线圈外套（6）固定在下端盖（9）的顶面上；所述振动液压缸（11）的缸筒固定插设在下端盖（9）的中心孔中，且缸筒向上穿过励磁线圈基座（14）的中心孔后可上下滑动的插设在永磁体外套（5）的中心孔、环形永磁体（12）的中心孔和永磁体环形基座（10）的中心孔中，所述振动液压缸（11）的缸杆与上端盖（3）固定连接。
2.根据权利要求1所述的电液复合振动装置，其特征在于：所述导向缓冲机构围绕振动机构均匀设置有多套。
3.根据权利要求1所述的电液复合振动装置，其特征在于：所述环形永磁体（12）采用励磁线圈（13），永磁体环形基座（10）采用励磁线圈环形基座（16），所述励磁线圈（13）缠绕在励磁线圈环形基座（16）的底端上，所述永磁体外套（5）将励磁线圈（13）和励磁线圈环形基座（16）包覆。
4.根据权利要求1所述的电液复合振动装置，其特征在于：所述永磁体环形基座（10）为铁质材料。
5.一种如权利要求1‑4任一所述电液复合振动装置的振动控制方法，其特征在于：所述电液复合振动装置竖直振动时所述振动液压缸（11）采用恒压控制方法；或者所述电液复合振动装置竖直振动时采用电磁力恒定控制方法；
所述恒压控制方法具体为：振动液压缸（11）的有杆腔和无杆腔连通后，通过单向阀与恒压源连通，此时振动液压缸（11）的有杆腔和无杆腔压力均为P，有杆腔横截面积为a，无杆腔横截面积为A，振动台（1）及负载质量共计为M，满足P×(A‑a)=M×g，此时液压缸液压系统出力与振动台（1）及负载的重力平衡，同时振动液压缸（11）不仅能够平衡振动台（1）及负载重力，由于有杆腔和无杆腔相连，振动液压缸（11）还能作为阻尼器，对振动起到缓冲作用；
所述电液复合振动装置的振动振幅和振动频率由励磁线圈（13）的电流大小及电流换向频率确定；所述电磁力恒定控制方法具体为：保持电磁力始终等于振动台（1）及负载的重力；
所述振动液压缸（11）采用电磁控制阀组驱动，振动液压缸（11）的有杆腔和无杆腔分别连接电磁控制阀组的进出油口；单独调定液压缸液压系统的压力和流量以及液压系统电磁换向阀的换向时间，以确定电液复合振动装置的振动振幅和振动频率。
6.根据权利要求5所述的振动控制方法，其特征在于：所述恒压源采用液压泵或者蓄能器。
7.根据权利要求5所述的振动控制方法，其特征在于：所述电磁控制阀组包括换向阀、单向阀、节流阀及溢流阀。
8.根据权利要求5所述的振动控制方法，其特征在于：所述电液复合振动装置所需的驱动力F为：
（1）及负载的质量，表示等速控制率系数，k表示指数控制率系数，s表示滑模函数，e表示跟踪误差，c表示滑模系数， 表示振动期望轨迹函数，x表示振动位移，k1表示系统刚度，k2表示阻尼系数；
；式中，L和f分别表示电液复合振动装置的振幅和振动频率。
一种电液复合振动装置及其振动控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及振动技术领域，具体涉及一种电液复合振动装置及其振动控制方法。
背景技术
[0002] 振动设备广泛应用于国民经济的各个领域，工农业生产中如筛分选料、物料翻炒及干燥都涉及到振动工艺。军工领域、高端智能装备制造、石油化工、船舶工业、轨道交通等行业的产品都涉及到振动试验。由此可见，振动装备的开发对于提升国家生产制造水平尤为重要。现有振动设备振动源、振动方式单一，无法适应复杂工况振动需要，同时振动算法缺乏创新及理论支撑，振动效果不佳。本发明专利提供一种电液复合振动装置及其控制方法，可适应不同工况，采用不同种类的振动控制形式，并应用先进的控制算法，保证振动过程中的平稳性及精确性。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供一种电液复合振动装置及其振动控制方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
[0005] 一种电液复合振动装置，包括振动台以及上下相对设置的上端盖和下端盖；所述上端盖固定在振动台的底面上，下端盖固定在固定底座或者地基上；所述上端盖与下端盖之间设置有导向缓冲机构和振动机构；所述导向缓冲机构包括上下相对的固定在上端盖底面上的导向柱底座和固定在下端盖顶面上的导向套，所述导向柱底座上固定设置有导向柱，所述导向套中设置有缓冲弹簧，所述导向柱的底端上下滑动的设置在导向套中且与缓冲弹簧相接触；所述振动机构包括固定在上端盖底面上的永磁体环形基座、吸附在永磁体环形基座底面上的环形永磁体、包覆在永磁体环形基座和环形永磁体外侧的永磁体外套、固定在下端盖顶面上且与环形永磁体相对设置的励磁线圈基座、缠绕在励磁线圈基座上的励磁线圈、包覆在励磁线圈外侧的励磁线圈外套以及振动液压缸，所述永磁体外套固定在上端盖的底面上，所述励磁线圈外套固定在下端盖的顶面上；所述振动液压缸的缸筒固定插设在下端盖的中心孔中，且缸筒向上穿过励磁线圈基座的中心孔后可上下滑动的插设在永磁体外套的中心孔、环形永磁体的中心孔和永磁体环形基座的中心孔中，所述振动液压缸的缸杆与上端盖固定连接。
[0006] 进一步的，所述导向缓冲机构围绕振动机构均匀设置有多套。
[0007] 进一步的，所述环形永磁体采用励磁线圈，永磁体环形基座采用励磁线圈环形基座，所述励磁线圈缠绕在励磁线圈环形基座的底端上，所述永磁体外套将励磁线圈和励磁线圈环形基座包覆。
[0008] 进一步的，所述永磁体环形基座为铁质材料。
[0009] 一种所述电液复合振动装置的振动控制方法，所述电液复合振动装置竖直振动时所述振动液压缸采用恒压控制方法；或者所述电液复合振动装置竖直振动时采用电磁力恒定控制方法。
[0010] 进一步的，所述恒压控制方法具体为：振动液压缸的有杆腔和无杆腔连通后，通过单向阀与恒压源连通，此时振动液压缸的有杆腔和无杆腔压力均为P，有杆腔横截面积为a，无杆腔横截面积为A，振动台及负载质量共计为M，满足P×(A‑a)=M×g，此时液压缸液压系统出力与振动台及负载的重力平衡，同时振动液压缸不仅能够平衡振动台及负载重力，由于有杆腔和无杆腔相连，振动液压缸还能作为阻尼器，对振动起到缓冲作用；所述电液复合振动装置的振动振幅和振动频率由励磁线圈的电流大小及电流换向频率确定。
[0011] 进一步的，所述恒压源采用液压泵或者蓄能器。
[0012] 进一步的，所述电磁力恒定控制方法具体为：保持电磁力始终等于振动台及负载的重力；所述振动液压缸采用电磁控制阀组驱动，振动液压缸的有杆腔和无杆腔分别连接电磁控制阀组的进出油口，单独调定液压缸液压系统的压力和流量以及液压系统电磁换向阀的换向时间，以确定电液复合振动装置的振动振幅和振动频率。
[0013] 进一步的，所述电磁控制阀组包括换向阀、单向阀、节流阀及溢流阀。
[0014] 进一步的，所述电液复合振动装置所需的驱动力F为：
[0015]
[0016] 式中，m表示振动台及负载的质量，表示等速控制率系数，k表示指数控制率系数，s表示滑模函数，e表示跟踪误差，c表示滑模系数， 表示振动期望轨迹函数，x表示振动位移，k1表示振动装置的系统刚度，k2表示振动装置的阻尼系数；
[0017] 滑模函数s为：
[0018]
[0019]
[0020] 振动期望轨迹函数 为：
[0021]
[0022] 式中，L和f分别表示电液复合振动装置的振幅和振动频率。
[0023] 本发明的有益效果是：
[0024] 本发明用于工农业生产中的振动工艺，以及装备制造过程中的振动试验。本发明设计的电液复合振动装置，可实现电磁+液压缸复合驱动方式：采用电磁力（液压力）与振动台及负载质量平衡，以液压力（电磁力）作为驱动力，实现往复振动，大大简化了振动控制过程，便于控制算法实现，振动过程稳定、精确。基于上述振动方式，设计了振动期望轨迹函数和期望速度函数，提出一种滑模余弦位置跟踪算法，能够精确地跟踪振动期望轨迹函数，同时在振动最低点和最高点速度为0，振幅中心位置速度最大，保证了振动过程中的平稳性和精确性。
附图说明
[0025] 图1是本发明电液复合振动装置的立体图；
[0026] 图2是本发明电液复合振动装置的侧视图；
[0027] 图3是本发明电液复合振动装置（永磁体）的剖视图；
[0028] 图4是本发明电液复合振动装置（励磁线圈）的剖视图；
[0029] 图5是本发明电液复合振动装置液压缸恒压控制方法液压原理图；
[0030] 图6是本发明电液复合振动装置电磁力恒定控制方法液压原理图；
[0031] 图中：1、电液复合振动台，2、电液复合振动装置，3、上端盖、4、导向套、5、永磁体外套，6、励磁线圈外套；7、导向柱底座，8、导向柱，9、下端盖，10、永磁体环形基座，11、振动液压缸，12、环形永磁体，13、励磁线圈，14、励磁线圈基座，15、缓冲弹簧，16、励磁线圈环形基座。
具体实施方式
[0032] 为便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0033] 如图1‑4所示，本发明提供了一种电液复合振动装置，包括振动台1以及上下相对设置的上端盖3和下端盖9；上端盖3固定在振动台1的底面上，下端盖9固定在固定底座或者地基上；上端盖3与下端盖9之间设置有导向缓冲机构和振动机构；振动机构用于对振动台1产生竖直方向的振动，导向缓冲机构对振动台1的竖直振动起导向和缓冲作用，并且导向缓冲机构均围绕振动机构均匀设置多套。
[0034] 导向缓冲机构包括上下相对的固定在上端盖3底面上的导向柱底座7和固定在下端盖9顶面上的导向套4，导向柱底座7上固定设置有导向柱8，导向套4中设置有缓冲弹簧15，导向柱8的底端上下滑动的设置在导向套4中且与缓冲弹簧15相接触；振动过程中，可根据振动工况选择不同刚度的缓冲弹簧15进行更换。
[0035] 振动机构包括固定在上端盖3底面上的永磁体环形基座10、吸附在永磁体环形基座10底面上的环形永磁体12、包覆在永磁体环形基座10和环形永磁体12外侧的永磁体外套5、固定在下端盖9顶面上且与环形永磁体12相对设置的励磁线圈基座14、缠绕在励磁线圈基座14上的励磁线圈13、包覆在励磁线圈13外侧的励磁线圈外套6以及振动液压缸11，永磁体环形基座10为铁质材料，永磁体外套5固定在上端盖3的底面上，励磁线圈外套6固定在下端盖9的顶面上；振动液压缸11的缸筒固定插设在下端盖9的中心孔中，且缸筒向上穿过励磁线圈基座14的中心孔后可上下滑动的插设在永磁体外套5的中心孔、环形永磁体12的中心孔和永磁体环形基座10的中心孔中，振动液压缸11的缸杆与上端盖3固定连接。
[0036] 如图4所示，环形永磁体12也可以励磁线圈13，永磁体环形基座10采用励磁线圈环形基座16，励磁线圈13缠绕在励磁线圈环形基座16的底端上，永磁体外套5将励磁线圈13和励磁线圈环形基座16包覆。通入励磁电流，上下励磁线圈相互作用，实现振动台上下振动。
[0037] 上端盖3、导向套4、导向柱底座7、永磁体环形基座10、永磁体外套5等的固定方式均采用螺栓固定。
[0038] 本发明还提供了一种电液复合振动装置的振动控制方法，电液复合振动装置竖直振动时振动液压缸11采用恒压控制方法；或者电液复合振动装置竖直振动时采用电磁力恒定控制方法。
[0039] 如图5所示，振动液压缸11采用恒压源驱动。恒压源可采用液压泵或者蓄能器。恒压控制方法具体为：振动液压缸11的有杆腔和无杆腔连通后，通过单向阀与恒压源连通，此时振动液压缸11的有杆腔和无杆腔压力均为P，有杆腔横截面积为a，无杆腔横截面积为A，振动台1及负载质量共计为M，满足P×(A‑a)=M×g，此时液压缸液压系统出力与振动台1及负载的重力平衡，同时振动液压缸11不仅能够平衡振动台1及负载重力，由于有杆腔和无杆腔相连，振动液压缸11还能作为阻尼器，对振动起到缓冲作用；电液复合振动装置的振动振幅和振动频率由励磁线圈13的电流大小及电流换向频率确定。振动过程中电磁驱动力不会受到振动台及负载质量的影响，控制过程及算法简化，振动稳定。
[0040] 如图6所示，振动液压缸11可采用电磁控制阀组驱动。电磁控制阀组包括换向阀、单向阀、节流阀及溢流阀等。电磁力恒定控制方法具体为：保持电磁驱动力始终等于振动台1及负载的重力；振动液压缸11的有杆腔和无杆腔分别连接电磁控制阀组的进出油口，即当有杆腔进油时无杆腔出油，无杆腔进油时有杆腔出油；此时，只需单独调定液压缸液压系统的压力和流量以及液压系统电磁换向阀的换向时间，就可以确定电液复合振动装置的振动振幅和振动频率。振动过程中，液压驱动力不再受振动台及负载质量影响，控制过程及算法简化，振动稳定。
[0041] 为了确定电液复合振动装置稳定振动所需的驱动力F为，本发明设计了一种滑模余弦位置跟踪算法。
[0042] 电液复合振动装置振动过程中的状态方程为：
[0043]
[0044] 式中，x表示振动位移，v表示振动速度，k1表示振动装置的系统刚度，k2表示振动装置的阻尼系数。
[0045] 设计振动期望轨迹函数 为：
[0046]
[0047] 式中，L和f分别表示电液复合振动装置的振动振幅和振动频率；该振动期望轨迹的振动最低点为‑L/2，振动最高点为L/2，半周期行程正好为振幅L，根据设计的期望轨迹函数，期望速度函数为：
[0048]
[0049] 式中，A表示速度系数；根据该期望速度函数，在振动最低点和最高点速度为0，振幅中心位置速度最大，保证振动过程中的平稳性。
[0050] 跟踪误差e为：
[0051]
[0052] 设计滑模函数s为：
[0053]
[0054] 式中，c表示滑模系数。
[0055] 定义Lyapunov函数如下：
[0056]
[0057] 则
[0058]
[0059] 由于
[0060]
[0061] 令
[0062]
[0063] 式中，m表示振动台1及负载的质量，表示等速控制率系数，k表示指数控制率系数；
[0064] 使得
[0065]
[0066] 满足
[0067]
[0068] 所以，设计的滑模余弦位置跟踪算法稳定，所需电液复合振动装置驱动力F为：
[0069]
[0070] 电液复合振动控制系统根据滑模余弦位置跟踪算法，不论采用液压缸恒压控制方法还是电磁力恒定控制方法，只要驱动系统（液压缸或者电磁力）输出力F，都可以有效的跟踪所设计的期望轨迹，保证振动过程平稳、精确。
[0071] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
