磁流变液阻尼器振动控制测试系统的设计

　　0 引言

　　磁流体是一种人工合成的具有强磁化性能的润滑、密封以及工程阻尼等用途的多功能流体，在磁场作用下，可从牛顿流体变为剪切屈服应力较高的黏塑性体，在磁流体密封、机床的振动控制等领域具有广阔的应用前景［1-3］。磁流变液( MRF) 阻尼器内部液体为磁流变液，实现利用磁流变液阻尼器进行结构的智能控制，保证减振效果测试的精确性，往往需要检测和控制系统状态的各种参数，根据参数的变化来判断系统的状态，从而决定系统的调整程度，达到精确的振动控制［4-6］。

　　本文利用磁流变液阻尼器、数据采集卡和加速度传感器等，设计了一套半主动控制系统，通过控制电动机转速和磁流变液阻尼器的活塞运动频率，对某结构实现了振动控制。

　　1 振动控制测试系统的工作原理

　　基于磁流变液阻尼器的振动控制测试系统，是由模型装置结构( 其中，磁流变液阻尼器安装在模型装置结构上部) 、外界信号检测系统( 传感器系统) 、数据采集与处理系统( 数据采集卡、计算机、程序设计) 、执行元件系统( 丝杠、导杆、支撑架等) 、动力系统( 电动机、数字驱动控制装置、编码器) 和阻尼器等组成的机电一体化系统，如图 1 所示。

　　磁流变液阻尼器振动控制测试系统主要部件的作用如下。

　　1) 电动机: 采用富士电机公司生产的伺服电动机，型号为 GYS751DC2-T2A，主要用来驱动磁流变液阻尼器的活塞运动，改变输出的阻尼力，实现减振控制。

　　2) 数据采集卡: 采用研华公司生产的 PCI1711 数据采集卡采集振动信号，采集到的信号通过模拟/数字( A/D) 转换器，转换成计算机能识别的数字，计算机处理后再通过数字/模拟( D/A) 转换器，转换成电动机的控制信号，控制电动机的运转。

　　磁流变液阻尼器振动控制测试系统的工作过程如下。

　　接通伺服电动机及驱动器的电源，使伺服电动机运转; 采用锤式激振器对结构进行激振; 由加速度传感器 2 检测振动响应信号，通过电荷放大器进行滤波和信号放大后，输入到数据采集卡上进行存储; 计算机采用 C 语言编写的数据采集程序读取存储的数据，然后显示出来，通过显示的振动信号数据，识别外界振动量的大小; 同时，压电式加速度传感器1 还将模型装置结构的振动状态( 包括频率、振幅等) 输入到磁流变液阻尼器的控制器中，控制器通过将加速度、速度、位移等信号反馈输入到计算机后，输出约为 1 000Hz的脉宽调制电压波。脉宽调制( PWM) 波的占空比在10% ～ 98% 间随输入自动调节，从而控制施加在磁流变液阻尼器中电磁线圈的电压/电流的大小，达到控制磁流变液阻尼器的磁流变特性，从而实现振动; 计算机通过数据采集卡，识别外界振动量以后，输入控制信号，控制信号经 D/A 转换，以及数字驱动控制装置，驱动电动机按照控制信号进行旋转，经过控制电动机的转速和阻尼器活塞移动的距离，改变振动控制力的频率和幅值，实现对振动的控制。