主动质量阻尼装置及其控制方法

本发明涉及阻尼器，更具体地涉及一种主动质量阻尼装置及其控制方法。

背景技术：

1、主动质量阻尼器（active mass damper,amd）是一种通过实时测量结构响应并结合现代控制理论主动控制结构振动的设备，广泛应用于高层建筑、电视塔和大型桥梁的风振和地震反应控制中。amd系统的核心技术在于其能够根据环境干扰和结构反应，快速计算出最优控制力，并通过作动器施加这一力来有效减小结构振动。

2、现有amd技术主要依赖于直线伺服系统来进行振动控制。尽管这种系统在精度和响应速度方面表现出色，但其直线伺服系统的整体结构较为复杂，导致制造和维保成本较高，这一定程度上限制了amd技术的广泛普及和应用。

技术实现思路

1、考虑到上述问题而提出了本发明。根据本发明的一个方面，提供了一种主动质量阻尼装置，包括：壳体、质量块、弹簧、励磁线圈、磁致伸缩棒、结构振动传感器、质量块振动传感器和控制器；所述壳体底部设置在待减振结构上；所述质量块设置在所述壳体内，且可在所述壳体内沿靠近或远离所述待减振结构的方向移动；所述弹簧一端连接所述质量块，另一端与所述壳体底部连接；所述磁致伸缩棒一端连接所述质量块，另一端与所述壳体顶部连接；所述励磁线圈布置在所述磁致伸缩棒外侧；所述结构振动传感器设置在所述待减振结构上，以采集所述待减振结构的结构振动信号；所述质量块振动传感器设置在所述质量块上，以采集所述质量块的质量块振动信号；所述控制器用于根据所述结构振动信号和所述质量块振动信号调节所述励磁线圈的电流，以调节所述质量块的运动。

2、示例性地，所述磁致伸缩棒的数量为多个，所述励磁线圈环绕布置在多个所述磁致伸缩棒的外侧。

3、示例性地，所述装置还包括永磁体，所述永磁体设置在多个所述磁致伸缩棒之间。

4、示例性地，所述装置还包括阻尼元件，所述阻尼元件一端连接所述壳体底部，另一端连接所述质量块。

5、示例性地，所述装置还包括基座，所述基座固定在所述待减振结构上，所述壳体底部固定在所述基座上。

6、示例性地，所述装置还包括用于为所述励磁线圈供电的电源，所述控制器与所述电源连接。

7、示例性地，所述装置还包括用于获取所述结构振动信号和所述质量块振动信号的数据采集器，所述数据采集器分别连接所述结构振动传感器和质量块振动传感器，所述控制器与所述数据采集器连接。

8、根据本技术的另一方面，提供了一种主动质量阻尼装置的控制方法，该控制方法应用于上述任一实施例的主动质量阻尼装置；所述方法包括：获取所述结构振动信号和所述质量块振动信号；根据所述结构振动信号和所述质量块振动信号调节所述励磁线圈的电流，以调节所述质量块的运动。

9、示例性地，所述根据所述结构振动信号和所述质量块振动信号调节所述励磁线圈的电流，以调节所述质量块的运动，包括：基于所述结构振动信号和所述质量块振动信号，确定所述待减振结构与所述质量块间的振动差异；利用比例-积分-微分控制算法，基于所述振动差异，确定初始驱动电流；按照所述初始驱动电流，调节所述励磁线圈的电流；其中，调节后所述励磁线圈的电流大小与所述初始驱动电流相同。

10、示例性地，在所述按照所述初始驱动电流，调节所述励磁线圈的电流之后，所述方法还包括：利用深度确定性策略梯度算法模型对所述比例-积分-微分控制算法进行优化；基于优化后的所述比例-积分-微分控制算法，确定目标驱动电流；按照所述目标驱动电流，调节所述励磁线圈的电流；其中，调节后所述励磁线圈的电流大小与所述目标驱动电流相同。

11、示例性地，所述深度确定性策略梯度算法模型包括策略网络；在所述利用深度确定性策略梯度算法模型对所述比例-积分-微分控制算法进行优化之前，所述方法还包括：获取控制振动信号，所述控制振动信号为在励磁线圈中的电流大小为初始驱动电流时所述质量块的质量块振动信号；所述利用深度确定性策略梯度算法模型对所述比例-积分-微分控制算法进行优化，包括：将所述比例-积分-微分控制算法的当前控制参数、所述初始驱动电流以及所述质量块的质量块振动信息输入到所述策略网络中，以得到目标控制参数，其中，所述质量块振动信息基于所述控制振动信号确定；基于所述目标控制参数，对所述比例-积分-微分控制算法进行优化。

12、示例性地，所述深度确定性策略梯度算法模型还包括价值网络；在所述基于所述目标控制参数，对所述比例-积分-微分控制算法进行优化后，所述方法还包括：将所述目标驱动电流、所述目标控制参数以及当前所述质量块的振动信息和所述待减振结构的振动信息输入到所述价值网络中，以得到预期回报值；基于所述预期回报值，更新所述策略网络。

13、上述技术方案的主动质量阻尼装置通过设置励磁线圈、结构振动传感器、质量块振动传感器、控制器以及磁致伸缩棒，一方面，可以充分应用磁致伸缩材料在磁场作用下迅速响应的特性，实现对磁致伸缩棒的精确的长度控制，从而使得装置具有快速响应特性，这种快速响应特性可以使装置可以在极短的时间内调整控制力，从而可以有效应对诸如地震、强风等瞬时振动或频繁的外部扰动。将该装置应用于高频振动的抑制时，可以有效保证待减振结构的稳定性。

14、另一方面，该装置可以利用励磁线圈产生的磁场对磁致伸缩棒进行驱动，进而实现对质量块的运动进行控制。这种控制方式可以充分利用磁致伸缩效应的高效能特性，在能量转换过程中减少损耗，将电能直接转化为机械能。这不仅提高了装置的能效，还减少了对外部电源的依赖，适合长时间、连续运行的工程应用。且磁致伸缩材料本身具有较长的使用寿命，耐用性强，减少了维护频率和更换成本。在长期使用中，可以显著降低维护费用，这进一步减少了装置的成本。另外，本方案中利用磁致伸缩材料驱动的装置能够在不同的工作环境中保持高效的振动控制性能，无论是应对地震、强风还是机械振动，都能有效减小结构的振动响应，提高整体的结构安全性。其灵活的设计也允许根据不同的工程需求进行定制化调节，如调整磁致伸缩棒的长度、增减质量块的重量等，以适应不同结构的自振频率和负荷条件。这使得本方案的装置在各种工程应用中都能够展现出卓越的适应能力，可以适用于多种工程结构，尤其是在高层建筑、大型桥梁、风力发电塔等需要频繁应对振动的结构中表现尤为出色。

15、又一方面，该装置结构简单，部件数量少，设计紧凑，制造成本显著降低。且安装和维护相对简单，维护成本低。相比于传统的直线伺服系统，本方案的装置不需要复杂的机械调试，各个部件也易于维护和更换。尤其在应对故障时，由于整体结构简单，可以快速排查问题并进行修复，从而减少了停机时间，保障了工程的连续运行。由此，相比于传统的直线伺服系统，本示例的装置不仅生产成本和维护成本低，还减少了对高精度机械加工的依赖，适合大规模生产和应用推广。

16、总之，上述技术方案的装置不仅能够达到现有技术同等甚至更高的振动控制效果，还具备较强的经济性和广泛的应用潜力，特别适用于高层建筑、大型桥梁和其他需要频繁应对振动的工程结构。

17、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。