一种多层准零刚度隔振与复合吸振的振动测控装置及方法

本发明涉及振动控制领域，具体涉及一种多层准零刚度隔振与复合吸振的振动测控装置及方法。

背景技术：

1、精密装备与航天仪器对低频振动极为敏感，微小扰动即可影响测量精度与结构安全。准零刚度隔振结构凭借高承载、低固有频率特性，已成为低频减振领域的主流方案。然而，传统单层准零刚度装置隔振频带窄、被动调控能力有限，难以适应复杂多变的扰动环境；现有多层隔振系统多为被动结构，缺少主动测控与闭环抑制能力，无法实现隔振、吸振与测控一体化协同。因此，设计一种宽频、多层、可主动测控的准零刚度隔振与复合吸振装置，对精密仪器防护、航空航天减振等领域具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种多层准零刚度隔振与复合吸振的振动测控装置及方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种多层准零刚度隔振与复合吸振的振动测控装置，包括底层准零刚度隔振平台部分、层间磁式吸振部分、中层超结构平台部分、顶层多维准零刚度测控平台部分、传动部分、振动检测部分及控制部分，所述底层准零刚度隔振平台部分、层间磁式吸振部分、中层超结构平台部分及顶层多维准零刚度测控平台部分同轴布置，形成多层耦合减振架构；

4、所述底层准零刚度隔振平台部分包括底座、中层平台、线性正刚度支撑组件、第一菱形负刚度机构和第二菱形负刚度机构，底座与中层平台通过线性正刚度支撑组件连接，第一菱形负刚度机构与第二菱形负刚度机构呈正交嵌套式耦合布置于底座与中层平台之间；

5、所述层间磁式吸振部分沿中层平台周向分布，具体是串联配置的双稳态非线性磁性吸振器；

6、所述中层超结构平台部分，包括外围环形支撑、变截面曲梁支撑组和复合相变可调谐材料；所述变截面曲梁支撑组以环形阵列方式布置于外围环形支撑的内部空腔中，且垂直支撑于所述中层平台顶部与顶层多维准零刚度测控平台部分之间，复合相变可调谐材料嵌装于变截面曲梁支撑组的变形节点处；

7、所述顶层多维准零刚度测控平台部分包括承载台、周向对称布置的柔性减振梁组、精密位姿调整机构与准零刚度隔振单元，承载台通过精密位姿调整机构与准零刚度隔振单元相连，所述柔性减振梁组设置在承载台下表面；

8、所述传动部分通过撞击底层准零刚度隔振平台的底座输出轴向振动激励；

9、所述振动检测部分用于采集承载台、中层平台及柔性减振梁组的振动信号；

10、所述控制部分用于实现振动的主动闭环抑制。

11、进一步，所述线性正刚度支撑组件包括多组布置于所述底座与所述中层平台之间的线性支撑弹簧，所述线性支撑弹簧的两端分别与底座及中层平台的端面固定连接。

12、进一步，所述第一菱形负刚度机构为垂直布置的主菱形四杆机构，包括两组交叉铰接的竖向刚性连杆；

13、所述第二菱形负刚度机构嵌套于第一菱形负刚度机构，包括两组交叉铰接的横向刚性连杆。

14、进一步，所述层间磁式吸振部分用于靶向抑制多层耦合减振架构的多阶共振峰值，共设置三组，沿中层平台周向均匀分布。

15、进一步，每组层间磁式吸振部分包括固定在中层平台的连接基座、二级振子组件及一级振子组件，连接基座通过螺栓固定在中层平台，二级振子组件套设于连接基座外部并通过直线轴承实现竖向导向；一级振子组件的中心连杆贯穿二级振子组件及连接基座，所述中心连杆的底部设有配重块。

16、进一步，所述承载台为圆角正三角形，设置在中层超结构平台部分的上方；

17、准零刚度隔振单元为三组，沿承载台周向120°均匀布置，每组准零刚度隔振单元均包括径向磁化定子磁轴、坡莫合金空心动子、两端排斥边界永磁体与直线导向滑块，构成恒定磁力式磁弹簧隔振结构。

18、进一步，所述柔性减振梁组包括三根结构完全相同的柔性减振梁，所述柔性减振梁的一端以120°周向对称布置于承载台的下表面，自由端悬空布置。

19、进一步，所述精密位姿调整机构包括三组球铰调节螺杆。

20、进一步，所述振动检测部分包括设置在柔性减振梁的压电纤维片传感器、设置在承载台及中层平台的加速度传感器、以及用于采集承载台竖向振动位移信号的激光位移传感器。

21、一种基于所述的振动测控装置的方法，包括：

22、s1:传动部分带动刚性撞击杆做轴向往复运动，撞击底层准零刚度隔振平台的底座输出轴向振动激励，带动层间磁式吸振部分、中层超结构平台部分与顶层多维准零刚度测控平台部分同步产生振动；

23、s2:振动检测部分采集承载台、中层平台的振动加速度与位移信号，以及柔性减振梁组的振动形变信号，并将所有采集信号传输至振动控制部分；

24、s3:控制部分对采集的振动信号进行实时处理，得到相应的振动抑制反馈控制信号，使柔性减振梁产生反向补偿形变，从而抑制柔性减振梁的振动。

25、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

26、1.本发明构建了四层协同减振架构，底层准零刚度隔振平台通过线性正刚度组件与菱形负刚度机构的耦合配置，实现高静承载与超低动刚度的兼顾，可有效隔离超低频基础振动，从根源上解决传统隔振装置低频隔振能力不足的核心痛点。

27、2.本发明通过层间串联配置的双稳态非线性磁性吸振器，可实现多层架构多阶共振峰的宽频靶向抑制，与底层隔振平台形成被动隔振-复合吸振的协同效应，将装置的有效隔振带宽拓宽，大幅提升宽频扰动环境下的减振性能。

28、3.本发明的中层超结构平台部分通过变截面曲梁支撑组与复合相变可调谐材料的结合，兼具高力学承载性能与宽频阻尼吸声效果，可有效阻断中高频振动的向上传递，同时通过相变材料的阻尼特性实现振动能量的耗散，进一步优化多层架构的减振协同性。

29、4.本发明的顶层多维准零刚度测控平台部分，通过周向对称布置的柔性减振梁组与压电传感/驱动单元结合，实现微幅振动的精准测量与闭环主动控制，同时通过多维准零刚度隔振单元与精密位姿调整机构实现多向振动隔离，可满足精密载荷的水平位姿调控与高稳定性承载需求。

30、5.本发明的测控方法实现了振动激励-信号采集-反馈控制-性能优化的全流程闭环，可灵活适配不同激振工况与扰动环境，工程适用性强，可直接应用于航空航天精密仪器、高端半导体制造装备等对振动防护有严苛要求的场景，具备广阔的应用前景。

1.一种多层准零刚度隔振与复合吸振的振动测控装置，其特征在于，包括底层准零刚度隔振平台部分、层间磁式吸振部分、中层超结构平台部分、顶层多维准零刚度测控平台部分、传动部分、振动检测部分及控制部分，所述底层准零刚度隔振平台部分、层间磁式吸振部分、中层超结构平台部分及顶层多维准零刚度测控平台部分同轴布置，形成多层耦合减振架构；

2.根据权利要求1所述的振动测控装置，其特征在于，所述线性正刚度支撑组件包括多组布置于所述底座与所述中层平台之间的线性支撑弹簧，所述线性支撑弹簧的两端分别与底座及中层平台的端面固定连接。

3.根据权利要求1所述的振动测控装置，其特征在于，所述第一菱形负刚度机构为垂直布置的主菱形四杆机构，包括两组交叉铰接的竖向刚性连杆；

4.根据权利要求1所述的振动测控装置，其特征在于，所述层间磁式吸振部分用于靶向抑制多层耦合减振架构的多阶共振峰值，共设置三组，沿中层平台周向均匀分布。

5.根据权利要求4所述的振动测控装置，其特征在于，每组层间磁式吸振部分包括固定在中层平台的连接基座、二级振子组件及一级振子组件，连接基座通过螺栓固定在中层平台，二级振子组件套设于连接基座外部并通过直线轴承实现竖向导向；一级振子组件的中心连杆贯穿二级振子组件及连接基座，所述中心连杆的底部设有配重块。

6.根据权利要求1所述的振动测控装置，其特征在于，所述承载台为圆角正三角形，设置在中层超结构平台部分的上方；

7.根据权利要求6所述的振动测控装置，其特征在于，所述柔性减振梁组包括三根结构完全相同的柔性减振梁，所述柔性减振梁的一端以120°周向对称布置于承载台的下表面，自由端悬空布置。

8.根据权利要求7所述的振动测控装置，其特征在于，所述精密位姿调整机构包括三组球铰调节螺杆。

9.根据权利要求1-8任一项所述的振动测控装置，其特征在于，所述振动检测部分包括设置在柔性减振梁的压电纤维片传感器、设置在承载台及中层平台的加速度传感器、以及用于采集承载台竖向振动位移信号的激光位移传感器。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的振动测控装置的方法，其特征在于，包括：