CN104343878B - 一种振动能量的控制***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振动能量的控制***与方法，当振动体系当前产生的振动力大于蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，利用振动能量驱动油泵油马达带动发电电动机开始动作，让发电电动机工作于发电状态，为蓄电池充电；当振动体系当前产生的振动力大于蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，利用蓄电池中的电能驱动控制发电电动机产生减振力，以抵消振动力。因此，本发明实现了将振动能量转换为电能储存在蓄电池中，实现的能量的再利用，且当振动能量较大、又可以利用蓄电池中的电能驱动控制发电电动机产生减振力来抵消振动力，相比于现有技术需要引入外界能量来生成减振力的方案节约了能量。

Description

一种振动能量的控制***与方法

技术领域

本发明涉及振动消减控制技术领域，更具体地说，涉及一种振动能量的控制***与方法。

背景技术

振动广泛存在于物体的运动过程中，例如汽车运行时，由于路面不平产生的激励通过车轮传递到车体，使车体产生振动并影响汽车的舒适性、安全性和可操控性。由于振动是一种不平衡的能量形式，为了实现减振目的，现有的振动能量控制方法主要包括能量流出振动控制方法和能量流入振动控制方法。

其中，能量流出振动控制方法是指，将振动能量引出振动体系，例如在汽车车体和车轮之间安装的阻尼减振器就是将振动能量的机械能转换为热能、声能等耗散掉从而产生减振力。能量流入振动控制方法是指，将外部的能量引入到振动体系，例如主动减振采用发电机产生与振动方向相反的减振力，通过引入减振力来抵消从车辆传递到车体的振动能量。

然而不难发现，利用能量流出振动控制方法只是将部分振动能量消耗，其剩余的部分不平衡的振动能量无法消除，限制了振动控制的效果，且通过阻尼减振器等耗散掉振动能量的方式造成了能量的浪费。而利用能量流入振动控制方法，其通过引入与振动方向相反、且与振动力大小相等的减振力来抵消振动能量，相较于能量流出振动控制方法可以达到更优的减振效果。但是由于能量流入振动控制方法需要引入外界能量来生成减振力，这无疑在浪费振动能量的基础上，还加载了其他能量的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种振动能量的控制***与方法，以解决现有技术中采用能量流出振动控制方法存在振动控制的效果不佳且能量浪费，以及采用能量流出振动控制方法存在能量浪费的问题。技术方案如下：

基于本发明的一方面，本发明提供一种振动能量的控制***，包括上连接头、下连接头和振动体系，其中所述上连接头和所述下连接头分别与所述振动体系相连，所述振动体系包括活塞杆、压缩气体、液压油、活塞、活塞溢流阀、活塞单向阀、内缸单向阀、内缸和外缸，其中，

所述上连接头与所述活塞杆的一端连接，所述活塞杆的另一端上装有所述活塞，所述活塞溢流阀和所述活塞单向阀设置在所述活塞上；所述内缸单向阀安装在所述内缸底部；所述内缸的外部同心安装所述外缸；所述外缸与所述下连接头连接；所述内缸的缸体内和所述外缸的一部分缸体内装有所述液压油；所述外缸的另一部分缸体内充满所述压缩空气；

所述控制***还包括：

通过油管与所述内缸的上腔和所述外缸的下部分连接的油泵油马达；

与所述油泵油马达直接连接的发电电动机；

与所述发电电动机电连接的双向变流器；

与所述双向变流器连接的蓄电池；

与所述振动体系连接，用于检测振动信号的振动传感器；

以及与所述振动传感器连接，用于接收所述振动传感器发送的检测到的所述振动信号，并同时与所述蓄电池连接，用于检测所述蓄电池两端荷电状态信号的微控制单元MCU；

所述MCU用于，当所述振动体系当前产生的振动力大于所述蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，控制调整所述双向变流器的控制角，以使得在所述蓄电池的电能驱动下，控制所述发电电动机产生减振力，以抵消所述振动力；

以及用于，当所述振动体系当前产生的振动力不大于所述蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，控制调整所述双向变流器的控制角，以使得利用所述振动体系当前产生的振动能量驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机动作，为所述蓄电池充电。

优选地，还包括与所述发电电动机电连接的整流器，以及与所述整流器串联连接的耗能电阻；其中，

所述MCU还与所述整流器连接；

此时所述MCU用于，当所述振动体系当前产生的振动力大于所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力时，控制调整所述双向变流器的控制角，以使得在所述蓄电池的电能驱动下，控制所述发电电动机产生减振力，以抵消所述振动力；

用于，当所述振动体系当前产生的振动力不大于所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力，且不大于所述蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，控制调整所述双向变流器的控制角，以使得利用所述振动体系当前产生的振动能量驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机动作，为所述蓄电池充电。

以及用于，当所述振动体系当前产生的振动力不大于所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力，且大于所述蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，同时控制调整所述双向变流器的控制角和所述整流器的控制角，以使得所述振动体系当前产生的振动能量一部分用于驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机动作，为所述蓄电池充电，另一部分通过所述耗能电阻消耗掉。

优选地，所述活塞单向阀与所述内缸单向阀的关断方向相同，与所述活塞溢流阀的关断方向相反。

基于本发明的另一方面，本发明提供的一种振动能量的控制方法，应用于上述权利要求所述的振动能量的控制***中，所述方法包括：获取振动体系当前的振动信号a(t)和振动力信号F(t)；其中t大于等于0；

获取所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)；

依据所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)和所述蓄电池的参数信息，计算得到所述蓄电池当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)；

参考所述振动体系当前的应用场景，选择一种外部减振算法，依据所述振动信号a(t)和振动力信号F(t)，利用所述外部减振算法计算得到当前振动能量的控制***所需的减振力F(t+1)；

判断所述减振力F(t+1)是否大于所述最大发电阻尼力F1(t+1)；

如果大于，控制双向变流器的整流控制电压C1(t)等于0，断开所述振动体系产生的振动能量向蓄电池流动的通路；

依据所述减振力F(t+1)计算所述双向变流器的逆变控制的控制角，并将其转换为逆变控制电压C2(t)，且控制打开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

输出所述逆变控制电压C2(t)对应的逆变控制脉冲宽度调制PWM信号，以控制调整所述双向变流器的逆变控制角；

利用所述蓄电池的电能，驱动发电电动机工作在电动状态，以驱动油泵油马达工作在油泵状态，从而产生与所述减振力F(t+1)振动方向相反的减振力；

如果不大于，控制所述双向变流器的逆变控制电压C2(t)等于0，断开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

依据所述减振力F(t+1)和所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)，计算得到所述双向变流器的整流控制电压C1(t)，且控制打开所述振动体系产生的振动能量向蓄电池流动的通路；

输出所述双向变流器的整流控制电压C1(t)对应的PWM信号，以控制调整所述双向变流器的整流控制角；

利用所述振动体系当前产生的振动能量驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机工作在发电状态，为所述蓄电池充电。

优选地，所述振动能量的控制***还包括与所述发电电动机电连接的整流器，以及与所述整流器串联连接的耗能电阻；其中，所述MCU还与所述整流器连接；

所述方法还包括：

依据所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)、所述蓄电池的参数信息以及所述耗能电阻的阻值，计算得到所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)；

此时所述方法还包括：

先判断所述减振力F(t+1)是否大于所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)；

如果大于，控制所述整流器的控制电压C2(t)等于0，断开所述振动体系产生的振动能量向所述耗能电阻流动的通路，同时控制双向变流器的整流控制电压C1(t)等于0，断开所述振动体系产生的振动能量向蓄电池流动的通路；

进而依据所述减振力F(t+1)计算所述双向变流器的逆变控制的控制角，并将其转换为逆变控制电压C2(t)，且控制打开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

输出所述逆变控制电压C2(t)对应的逆变控制脉冲宽度调制PWM信号，以控制调整所述双向变流器的逆变控制角；

利用所述蓄电池的电能，驱动发电电动机工作在电动状态，以驱动油泵油马达工作在油泵状态，从而产生与所述减振力F(t+1)振动方向相反的减振力；

如果不大于，在判断所述减振力F(t+1)是否大于所述蓄电池当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)；

如果所述减振力F(t+1)不大于所述蓄电池当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)，控制所述双向变流器的逆变控制电压C2(t)等于0，断开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

进而依据所述减振力F(t+1)和所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)，计算得到所述双向变流器的整流控制电压C1(t)，且控制打开所述振动体系产生的振动能量向蓄电池流动的通路；

输出所述双向变流器的整流控制电压C1(t)对应的PWM信号，以控制调整所述双向变流器的整流控制角；

利用所述振动体系当前产生的振动能量驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机工作在发电状态，为所述蓄电池充电；

如果所述减振力F(t+1)大于所述蓄电池当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)，控制所述双向变流器的逆变控制电压C2(t)等于0，断开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

选取所述双向变流器的整流控制电压C1(t)的最大值；

进而依据所述减振力F(t+1)与所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)之差，计算得到所述整流器的控制角对应的控制电压C1(t)，且控制打开所述振动***产生的振动能量向所述耗能电阻流动的通路；

分别输出所述整流器的控制电压C1(t)和所述双向变流器的整流控制电压C1(t)对应的PWM信号，以控制调整所述双向变流器完全工作在整流状态，所述整流器工作在可控整流状态；

其中，所述振动体系当前产生的振动能量一部分用于驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机工作在发电状态，为所述蓄电池充电，另一部分由所述耗能电阻消耗掉。

优选地，所述蓄电池的参数信息包括所述蓄电池的性能参数信息，其中所述蓄电池的性能参数信息包括所述蓄电池的容量参数信息。

优选地，所述外部减振算法包括天棚控制算法。

优选地，所述产生与所述减振力F(t+1)振动方向相反的减振力包括：

产生与所述减振力F(t+1)振动方向相反、振动力大小相等的减振力。

优选地，所述双向变流器和所述整流器的控制角可调。

优选地，还包括：

判断所述外部减振算法是否要求停车；

如果要求停车，停止当前振动能量的控制，采集下一t+1时刻的各项参数；

如果没有要求停车，返回步骤接收通过振动传感器检测到的振动体系当前的振动信号a(t)和振动力信号F(t)。

应用上述技术方案，本发明提供的振动能量的控制***和方法，当振动体系当前产生的振动力大于蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，即振动体系当前的振动能量较小时，利用振动能量驱动油泵油马达带动发电电动机开始动作，让发电电动机工作于发电状态，为蓄电池充电；当振动体系当前产生的振动力大于蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，即振动体系当前的振动能量较大时，利用蓄电池中的电能驱动控制发电电动机产生减振力，以抵消振动力。因此，本发明实现了将振动能量转换为电能储存在蓄电池中，实现了能量的再利用，且当振动能量较大时，又可以利用蓄电池中的电能驱动控制发电电动机产生减振力来抵消振动力，相比于现有技术需要引入外界能量来生成减振力的方案节约了能量。本发明实现了对能量流入流出环节的可变控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种振动能量的控制***的一种结构示意图；

图2为本发明提供的一种振动能量的控制方法的一种流程图；

图3为本发明提供的一种振动能量的控制***的另一种结构示意图；

图4为本发明提供的一种振动能量的控制方法的另一种流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在介绍本发明前，发明人首先需要说明的是：现有技术在实现减振时，传统的减振器要么是把被减振物体的振动能转化为热能耗散掉，要么是输入一个与被减振物体振动能大小相等、方向相反的能量抵消掉。本发明的实质是提供一种新型的液压减振器，本发明根据被减振物体的振动情况，优先将振动能转化为电能进行存储，如果转换的电能不足以抵消全部的振动能，再向被减振物体(本发明在下述过程描述中统称为振动体系)输入相反的能量进行抵消。

本发明欲保护的技术点包括，利用一套包括发电电动机、液压马达泵等设备的装置，通过对被减振物体与本减振器之间双向的能量切换，实现对被减振物体的减振。

为了便于对本发明更好的理解，本发明下述实施例均以汽车减振的应用场景为例进行说明。当然，对于本领域技术人员来讲，本发明不只限于汽车减振技术领域，本发明还可作为桥梁斜拉索的阻尼器，用于消减从桥梁传递到斜拉索产生的晃动。本发明的应用领域十分广泛，本发明并不对本发明的应用领域做出限定，凡是可以应用本发明的任何技术领域或场景都属于本发明的保护范围。

实施例一

请参阅图1，其示出了本发明提供的一种振动能量的控制***的一种结构示意图，包括：上连接头100、下连接头200和振动体系300，其中，振动体系300具体包括：活塞杆301、压缩气体302、液压油303、活塞304、活塞溢流阀305、活塞单向阀306、内缸单向阀307、内缸308和外缸309。

具体在本实施例中，上连接头100与活塞杆301的一端连接，活塞杆301的另一端上装有活塞304，活塞溢流阀305和活塞单向阀306设置在活塞304上；内缸单向阀307安装在内缸308底部；内缸308的外部同心安装外缸309；外缸309与下连接头200连接；内缸308的缸体内和外缸309的一部分缸体内装有液压油303；外缸309的另一部分缸体内充满压缩空气302，以补偿振动带动活塞304运动引起的缸内油液体积变化。

在本实施例中，振动体系300的振动来自于上连接头100与下连接头200之间的相对往复位移，其产生的振动会驱动活塞304在内缸308中上下做往复运动。活塞304将内缸308分为上腔和下腔。

此外，控制***还包括：油泵油马达400、发电电动机500、双向变流器600、蓄电池700、振动传感器800和MCU(MicroControllerUnit，微控制单元)900。

在本发明中，内缸308的上腔和外缸309的下部分分别通过油管与油泵油马达400相连，油泵油马达400直接连接发电电动机500。当内缸308和外缸309之间的油液流动带动油泵油马达400工作在油马达状态时，发电电动机500工作于发电状态，当蓄电池700向发电电动机500供电时，发电电动机500工作于电动状态，此时油泵油马达400实现油泵功能。

在本发明中，活塞单向阀306与内缸单向阀307的关断方向相同，并与活塞溢流阀305的关断方向相反，这样，本发明在上连接头100和下连接头200之间的振动无论做压缩运动还是拉伸运动，油泵油马达400都在相同旋向旋转，当振动体系300的振动能量过大时，活塞溢流阀305打开，实现对过大振动能量的卸荷。

双向变流器600与发电电动机500电连接，双向变流器600与蓄电池700连接。

在本实施例中，包括两条能量流动通路，第一通路为：蓄电池700的电能→双向变流器600，此时的双向变流器600工作于逆变状态→发电电动机500，此时的发电电动机500工作于电动状态→油泵油马达400，此时的油泵油马达400在发电电动机500的驱动下工作于油泵状态→活塞杆301，最终在上连接头100和下连接头200之间产生对振动能量的抵消作用；第二通路为：上连接头100和下连接头200之间的振动能量通过活塞杆301→油泵油马达400，此时的油泵油马达400工作于油马达状态→发电电动机500，此时油泵油马达400带动发电电动机500工作于发电状态→双向变流器600，此时的双向变流器600工作于整流状态→蓄电池700，为蓄电池700充电以产生对振动能量的消耗作用。

振动传感器800安装在待减振物体上，具体在本实施例中，可以安装在振动体系300上，用于实时检测振动体系300产生的振动信号a(t)和振动力信号F(t)；其中t大于等于0。

同时，振动传感器800与MCU900连接，将检测到的振动信号a(t)和振动力信号F(t)发送给MCU900。

MCU900在与振动传感器800连接的同时，还与蓄电池700连接，用于检测蓄电池700两端荷电状态信号SoC(t)。

在本实施例中，可以通过在蓄电池700两端外接一个电阻，进而把电阻上的电压信号输入MCU900，以实现检测蓄电池700两端的荷电状态信号SoC(t)。

在本实施例中，MCU900通过检测蓄电池700两端获取到的蓄电池700的当前荷电状态信号SoC(t)，以及同时依据蓄电池700的参数信息，可以计算得到蓄电池700当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)；MCU900还可以参考振动体系300当前的应用场景，自动选择一种外部减振算法，依据接收到的振动传感器800发送的振动信号a(t)和振动力信号F(t)，利用选择的该外部减振算法计算得到当前振动能量的控制***所需的减振力F(t+1)。

在本发明中具体地，当振动体系300当前产生的振动力F(t+1)大于蓄电池700作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)时，MCU900控制调整双向变流器600的控制角，以使得在蓄电池700的电能驱动下，控制发电电动机500产生减振力，以抵消振动力，即打开上述第一通路；当振动体系300当前产生的振动力不大于蓄电池700作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)时，控制调整双向变流器600的控制角，以使得利用振动体系300当前产生的振动能量驱动油泵油马达400带动发电电动机500动作，为蓄电池700充电，即打开上述第二通路。

为了更加清楚地对本实施例进行说明，请参阅图2，其示出了本发明提供的一种振动能量的控制方法的一种流程图，包括：

步骤101，MCU900获取振动体系300当前的振动信号a(t)和振动力信号F(t)。其中t大于等于0。

在本实施例中，振动传感器800实时检测振动体系300的振动信号a(t)和振动力信号F(t)，并将检测到的振动体系300当前的振动信号a(t)和振动力信号F(t)发送至MCU900。

步骤102，MCU900获取蓄电池700的当前荷电状态信号SoC(t)。

在本实施例中，通过检测蓄电池700的两端，获取蓄电池700的当前荷电状态信号SoC(t)。

显然，对于上述步骤101与步骤102间的关系只是示例性的，当然本发明还可以为先执行步骤102，再执行步骤101，或步骤102与步骤101同时执行，此处本发明不做限制。

步骤103，MCU900依据蓄电池700的当前荷电状态信号SoC(t)和蓄电池700的参数信息，计算得到蓄电池700当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)。

其中，蓄电池700的参数信息可以包括蓄电池700的性能参数信息，其中蓄电池700的性能参数信息包括蓄电池700的容量参数信息。

其中，蓄电池700当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)表示的是当前蓄电池700所能产生的最大减振力。

步骤104，MCU900参考振动体系300当前的应用场景，选择一种外部减振算法，依据振动信号a(t)和振动力信号F(t)，利用该外部减振算法计算得到当前振动能量的控制***所需的减振力F(t+1)。

需要说明的是，当本发明应用于不同的应用场景时，需要选用与应用场景相对应的一种外部减振算法进行计算。本实施例以汽车减振为例进行说明，因此优选的，本发明中的外部减振算法可以为天棚控制算法。

步骤105，MCU900判断减振力F(t+1)是否大于最大发电阻尼力F1(t+1)。如果大于，执行步骤106，如果不大于，执行步骤110。

步骤106，MCU900控制双向变流器600的整流控制电压C1(t)等于0，断开振动体系300产生的振动能量向蓄电池700流动的通路。

在本实施例中，当减振力F(t+1)大于最大发电阻尼力F1(t+1)，表明当前蓄电池700不足以消耗掉振动体系300产生的振动能量，此时就需要控制蓄电池700驱动双向变流器600产生减振力，以抵消振动力。

步骤107，MCU900依据减振力F(t+1)计算双向变流器600的逆变控制的控制角，并将其转换为逆变控制电压C2(t)，且控制打开蓄电池700的能量流向振动体系300的通路。

其中，双向变流器600的逆变控制的控制角即双向变流器600的逆变控制的占空比。本发明通过逆变控制电压C2(t)，通过调整控制角可调节地打开蓄电池700的能量流向振动体系300的通路。

步骤108，MCU900输出逆变控制电压C2(t)对应的PWM(逆变控制脉冲宽度调制)信号，以控制调整双向变流器600的逆变控制角。

步骤109，MCU900利用蓄电池700的电能，驱动发电电动机500工作在电动状态，以驱动油泵油马达400工作在油泵状态，从而产生与减振力F(t+1)振动方向相反的减振力。

较优的，本发明可以产生一与减振力F(t+1)振动方向相反、振动力大小相等的减振力。

步骤110，MCU900控制双向变流器600的逆变控制电压C2(t)等于0，断开蓄电池700的能量流向振动体系300的通路。

步骤111，MCU900依据减振力F(t+1)和蓄电池700的当前荷电状态信号SoC(t)，计算得到双向变流器600的整流控制电压C1(t)，且控制打开振动体系300产生的振动能量向蓄电池700流动的通路。

步骤112，MCU900输出双向变流器600的整流控制电压C1(t)对应的PWM信号，以控制调整双向变流器600的整流控制角。

步骤113，MCU900利用振动体系300当前产生的振动能量驱动油泵油马达400带动发电电动机500工作在发电状态，为蓄电池700充电。

因此应用本发明的上述技术方案，本发明提供的振动能量的控制***，当振动体系300当前产生的振动力大于蓄电池700作用下的最大发电阻尼力时，即振动体系300当前的振动能量较小时，利用振动能量驱动油泵油马达400带动发电电动机500开始动作，让发电电动机500工作于发电状态，为蓄电池700充电；当振动体系300当前产生的振动力大于蓄电池700作用下的最大发电阻尼力时，即振动体系300当前的振动能量较大时，利用蓄电池700中的电能驱动控制发电电动机500产生减振力，以抵消振动力。因此，本发明实现了将振动能量转换为电能储存在蓄电池700中，实现的能量的再利用，且当振动能量较大、又可以利用蓄电池700中的电能驱动控制发电电动机500产生减振力来抵消振动力，相比于现有技术需要引入外界能量来生成减振力的方案节约了能量。本发明实现了对能量流入流出环节的可变控制。

实施例二

在上述实施例基础上，请参阅图3，其示出了本发明提供的一种振动能量的控制***的另一种结构示意图，还包括：与发电电动机500电连接的整流器1000，以及与整流器1000串联连接的耗能电阻1100。其中，MCU900还与整流器1000连接。

此时，MCU900用于，当振动体系300当前产生的振动力大于蓄电池700和耗能电阻1100共同作用下的最大发电阻尼力时，控制调整双向变流器600的控制角，以使得在蓄电池700的电能驱动下，控制发电电动机500产生减振力，以抵消振动力；当振动体系300当前产生的振动力不大于蓄电池700和耗能电阻1100共同作用下的最大发电阻尼力，且不大于蓄电池700作用下的最大发电阻尼力时，控制调整双向变流器600的控制角，以使得利用振动体系300当前产生的振动能量驱动油泵油马达400带动发电电动机500动作，为蓄电池700充电；以及当振动体系300当前产生的振动力不大于蓄电池700和耗能电阻1100共同作用下的最大发电阻尼力，且大于蓄电池700作用下的最大发电阻尼力时，同时控制调整双向变流器600的控制角和整流器1000的控制角，以使得振动体系300当前产生的振动能量一部分用于驱动油泵油马达400带动发电电动机500动作，为蓄电池700充电，另一部分通过耗能电阻1100消耗掉。

为了更加清楚地对本实施例进行说明，请参阅图4，其示出了本发明提供的一种振动能量的控制方法的另一种流程图，包括：

步骤201，MCU900获取振动体系300当前的振动信号a(t)和振动力信号F(t)。其中t大于等于0。

步骤202，MCU900获取蓄电池700的当前荷电状态信号SoC(t)。

步骤203，MCU900依据蓄电池700的当前荷电状态信号SoC(t)和蓄电池700的参数信息，计算得到蓄电池700当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)，并同时依据蓄电池700的当前荷电状态信号SoC(t)、蓄电池700的参数信息以及耗能电阻1100的阻值大小，计算得到蓄电池700和耗能电阻1100共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)。

其中，蓄电池700的参数信息可以包括蓄电池700的性能参数信息，其中蓄电池700的性能参数信息包括蓄电池700的容量参数信息。

其中，蓄电池700当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)表示的是当前蓄电池700所能产生的最大减振力。

其中，蓄电池700和耗能电阻1100共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)表示的是当前蓄电池700与耗能电阻1100一共所能产生的最大减振力。

步骤204，MCU900参考振动体系300当前的应用场景，选择一种外部减振算法，依据振动信号a(t)和振动力信号F(t)，利用该外部减振算法计算得到当前振动能量的控制***所需的减振力F(t+1)。

优选地，外部减振算法为天棚控制算法。

步骤205，MCU900判断减振力F(t+1)是否大于蓄电池700和耗能电阻1100共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)。如果大于，执行步骤206，如果不大于，执行步骤210。

步骤206，MCU900控制整流器1000的控制电压C2(t)等于0，断开振动体系300产生的振动能量向耗能电阻1100流动的通路，同时控制双向变流器600的整流控制电压C1(t)等于0，断开振动体系300产生的振动能量向蓄电池700流动的通路。

在本实施例中，当减振力F(t+1)大于蓄电池700和耗能电阻1100共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)，表明当前蓄电池700和耗能电阻1100一同工作也不足以消耗掉振动体系300产生的振动能量，此时就需要控制蓄电池700驱动双向变流器600产生减振力，以抵消振动力。

步骤207，MCU900依据减振力F(t+1)计算双向变流器600的逆变控制的控制角，并将其转换为逆变控制电压C2(t)，且控制打开蓄电池700的能量流向振动体系300的通路。

步骤208，MCU900输出逆变控制电压C2(t)对应的PWM信号，以控制调整双向变流器600的逆变控制角。

步骤209，MCU900利用蓄电池700的电能，驱动发电电动机500工作在电动状态，以驱动油泵油马达400工作在油泵状态，从而产生与减振力F(t+1)振动方向相反的减振力。

较优的，本发明可以产生一与减振力F(t+1)振动方向相反、振动力大小相等的减振力。

步骤210，MCU900判断减振力F(t+1)是否大于蓄电池700当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)。如果不大于，执行步骤211，如果大于，执行步骤215。

步骤211，MCU900控制双向变流器600的逆变控制电压C2(t)等于0，断开蓄电池700的能量流向所述振动体系的通路。

步骤212，MCU900依据减振力F(t+1)和蓄电池700的当前荷电状态信号SoC(t)，计算得到双向变流器600的整流控制电压C1(t)，且控制打开振动体系300产生的振动能量向蓄电池700流动的通路。

步骤213，MCU900输出双向变流器600的整流控制电压C1(t)对应的PWM信号，以控制调整双向变流器600的整流控制角。

在本发明中，双向变流器600和整流器1000的控制角均可调。

步骤214，MCU900利用振动体系300当前产生的振动能量驱动油泵油马达400带动发电电动机500工作在发电状态，为蓄电池700充电。

步骤215，MCU900控制双向变流器600的逆变控制电压C2(t)等于0，断开蓄电池700的能量流向振动体系300的通路。

在本实施例中，当蓄电池700的荷电状态不足以消耗振动能量，即蓄电池700已充满或快充满时，发电电动机500的能量也可以流向整流器、通过耗能电阻1100转化为热能以消耗振动能量。

步骤216，MCU900选取双向变流器600的整流控制电压C1(t)的最大值。

此时，振动体系的振动能量向蓄电池700流出的通路完全开启。

步骤217，MCU900依据减振力F(t+1)与蓄电池700和耗能电阻1100共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)之差，计算得到整流器1000的控制角对应的控制电压C1(t)，且控制打开振动***300产生的振动能量向耗能电阻1100流动的通路。

步骤218，MCU900分别输出整流器1000的控制电压C1(t)和双向变流器600的整流控制电压C1(t)对应的PWM信号，以控制调整双向变流器600完全工作在整流状态，整流器1000工作在可控整流状态。

在本实施例中，振动体系300当前产生的振动能量一部分用于驱动油泵油马达400带动发电电动机500工作在发电状态，为蓄电池700充电，另一部分由耗能电阻1100消耗掉。

步骤219，MCU900判断外部减振算法是否要求停车。如果要求停车，执行步骤220，如果不要求停车，返回步骤201。

步骤220，MCU900停止当前振动能量的控制，采集下一t+1时刻的各项参数。

应用本发明的上述技术方案，本发明可以根据振动激励的状态，优先选择将振动能量流入蓄电池700进行再利用，从而将不平衡的振动能量转化为了有用的电能，实现了能量的再利用，节约了能源。

其次，由于外界的振动激励经常是变化的，当振动能量较小时，本发明切换到能量流出状态，即将振动能量流入蓄电池700进行充电，也就是将振动能量转换为电能储存在蓄电池700中。同时本发明还考虑到蓄电池700荷电能力的有限，当蓄电池700的荷电状态不足以消耗振动能量时，本发明设计了耗能电阻1100消耗掉不平衡的振动能量；而当振动能量较大，能量流出方法无法实现振动控制时，利用蓄电池700中的电能驱动发电电动机500产生减振力，从而切换到能量流入状态抵消振动能量。此外，本发明为了适应不同振动激励下的工作要求，本发明还通过调节控制角的大小对能量流入流出环节进行可变控制。因此，本发明根据外界的振动激励的变化，既实现了振动能量流入流出的切换控制，还实现了能量流入流出环节的可变调节，是一种适应性更好的振动控制方法。

最后，本发明对振动能量流入流出的可变调节是采用双向变流器600和整流器1000的控制角的调节来实现的，是一种纯电调的方案。与传统的机械调节机构相比，本发明不会受到机械调节延迟的影响，响应速度大大提升，可以适应于更高频率的振动控制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种振动能量的控制***与方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种振动能量的控制***，包括上连接头、下连接头和振动体系，其中所述上连接头和所述下连接头分别与所述振动体系相连，其特征在于，所述振动体系包括活塞杆、压缩气体、液压油、活塞、活塞溢流阀、活塞单向阀、内缸单向阀、内缸和外缸，其中，

所述上连接头与所述活塞杆的一端连接，所述活塞杆的另一端上装有所述活塞，所述活塞溢流阀和所述活塞单向阀设置在所述活塞上；所述内缸单向阀安装在所述内缸底部；所述内缸的外部同心安装所述外缸；所述外缸与所述下连接头连接；所述内缸的缸体内和所述外缸的一部分缸体内装有所述液压油；所述外缸的另一部分缸体内充满所述压缩气体；

所述控制***还包括：

通过油管与所述内缸的上腔和所述外缸的下部分连接的油泵油马达；

与所述油泵油马达直接连接的发电电动机；

与所述发电电动机电连接的双向变流器；

与所述双向变流器连接的蓄电池；

与所述振动体系连接，用于检测振动信号的振动传感器；

以及与所述振动传感器连接，用于接收所述振动传感器发送的检测到的所述振动信号，并同时与所述蓄电池连接，用于检测所述蓄电池两端荷电状态信号的微控制单元MCU；

所述MCU用于，当所述振动体系当前产生的振动力大于所述蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，控制调整所述双向变流器的控制角，以使得在所述蓄电池的电能驱动下，控制所述发电电动机产生减振力，以抵消所述振动力；

以及用于，当所述振动体系当前产生的振动力不大于所述蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，控制调整所述双向变流器的控制角，以使得利用所述振动体系当前产生的振动能量驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机动作，为所述蓄电池充电。

2.根据权利要求1所述的控制***，其特征在于，还包括与所述发电电动机电连接的整流器，以及与所述整流器串联连接的耗能电阻；其中，

所述MCU还与所述整流器连接；

此时所述MCU用于，当所述振动体系当前产生的振动力大于所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力时，控制调整所述双向变流器的控制角，以使得在所述蓄电池的电能驱动下，控制所述发电电动机产生减振力，以抵消所述振动力；

用于，当所述振动体系当前产生的振动力不大于所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力，且不大于所述蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，控制调整所述双向变流器的控制角，以使得利用所述振动体系当前产生的振动能量驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机动作，为所述蓄电池充电；

以及用于，当所述振动体系当前产生的振动力不大于所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力，且大于所述蓄电池作用下的最大发电阻尼力时，同时控制调整所述双向变流器的控制角和所述整流器的控制角，以使得所述振动体系当前产生的振动能量一部分用于驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机动作，为所述蓄电池充电，另一部分通过所述耗能电阻消耗掉。

3.根据权利要求1或2所述的控制***，其特征在于，所述活塞单向阀与所述内缸单向阀的关断方向相同，与所述活塞溢流阀的关断方向相反。

4.一种振动能量的控制方法，其特征在于，应用于上述权利要求1所述的振动能量的控制***中，所述方法包括：

获取振动体系当前的振动信号a(t)和振动力信号F(t)；其中t大于等于0；

获取所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)；

依据所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)和所述蓄电池的参数信息，计算得到所述蓄电池当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)；

参考所述振动体系当前的应用场景，选择一种外部减振算法，依据所述振动信号a(t)和振动力信号F(t)，利用所述外部减振算法计算得到当前振动能量的控制***所需的减振力F(t+1)；

判断所述减振力F(t+1)是否大于所述最大发电阻尼力F1(t+1)；

如果大于，控制双向变流器的整流控制电压C1(t)等于0，断开所述振动体系产生的振动能量向蓄电池流动的通路；

依据所述减振力F(t+1)计算所述双向变流器的逆变控制的控制角，并将其转换为逆变控制电压C2(t)，且控制打开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

输出所述逆变控制电压C2(t)对应的逆变控制脉冲宽度调制PWM信号，以控制调整所述双向变流器的逆变控制角；

利用所述蓄电池的电能，驱动发电电动机工作在电动状态，以驱动油泵油马达工作在油泵状态，从而产生与所述减振力F(t+1)振动方向相反的减振力；

如果不大于，控制所述双向变流器的逆变控制电压C2(t)等于0，断开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

依据所述减振力F(t+1)和所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)，计算得到所述双向变流器的整流控制电压C1(t)，且控制打开所述振动体系产生的振动能量向蓄电池流动的通路；

输出所述双向变流器的整流控制电压C1(t)对应的PWM信号，以控制调整所述双向变流器的整流控制角；

利用所述振动体系当前产生的振动能量驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机工作在发电状态，为所述蓄电池充电。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述振动能量的控制***还包括与所述发电电动机电连接的整流器，以及与所述整流器串联连接的耗能电阻；其中，所述MCU还与所述整流器连接；

所述方法还包括：

依据所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)、所述蓄电池的参数信息以及所述耗能电阻的阻值，计算得到所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)；

此时所述方法还包括：

先判断所述减振力F(t+1)是否大于所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)；

如果大于，控制所述整流器的控制电压C2(t)等于0，断开所述振动体系产生的振动能量向所述耗能电阻流动的通路，同时控制双向变流器的整流控制电压C1(t)等于0，断开所述振动体系产生的振动能量向蓄电池流动的通路；

进而依据所述减振力F(t+1)计算所述双向变流器的逆变控制的控制角，并将其转换为逆变控制电压C2(t)，且控制打开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

输出所述逆变控制电压C2(t)对应的逆变控制脉冲宽度调制PWM信号，以控制调整所述双向变流器的逆变控制角；

利用所述蓄电池的电能，驱动发电电动机工作在电动状态，以驱动油泵油马达工作在油泵状态，从而产生与所述减振力F(t+1)振动方向相反的减振力；

如果不大于，在判断所述减振力F(t+1)是否大于所述蓄电池当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)；

如果所述减振力F(t+1)不大于所述蓄电池当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)，控制所述双向变流器的逆变控制电压C2(t)等于0，断开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

进而依据所述减振力F(t+1)和所述蓄电池的当前荷电状态信号SoC(t)，计算得到所述双向变流器的整流控制电压C1(t)，且控制打开所述振动体系产生的振动能量向蓄电池流动的通路；

输出所述双向变流器的整流控制电压C1(t)对应的PWM信号，以控制调整所述双向变流器的整流控制角；

利用所述振动体系当前产生的振动能量驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机工作在发电状态，为所述蓄电池充电；

如果所述减振力F(t+1)大于所述蓄电池当前作用下的最大发电阻尼力F1(t+1)，控制所述双向变流器的逆变控制电压C2(t)等于0，断开所述蓄电池的能量流向所述振动体系的通路；

选取所述双向变流器的整流控制电压C1(t)的最大值；

进而依据所述减振力F(t+1)与所述蓄电池和所述耗能电阻共同作用下的最大发电阻尼力F2(t+1)之差，计算得到所述整流器的控制角对应的控制电压C1(t)，且控制打开所述振动***产生的振动能量向所述耗能电阻流动的通路；

分别输出所述整流器的控制电压C1(t)和所述双向变流器的整流控制电压C1(t)对应的PWM信号，以控制调整所述双向变流器完全工作在整流状态，所述整流器工作在可控整流状态；

其中，所述振动体系当前产生的振动能量一部分用于驱动所述油泵油马达带动所述发电电动机工作在发电状态，为所述蓄电池充电，另一部分由所述耗能电阻消耗掉。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述蓄电池的参数信息包括所述蓄电池的性能参数信息，其中所述蓄电池的性能参数信息包括所述蓄电池的容量参数信息。

7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述外部减振算法包括天棚控制算法。

8.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述产生与所述减振力F(t+1)振动方向相反的减振力包括：

产生与所述减振力F(t+1)振动方向相反、振动力大小相等的减振力。

9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述双向变流器和所述整流器的控制角可调。

10.根据权利要求4-9任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：

判断所述外部减振算法是否要求停车；

如果要求停车，停止当前振动能量的控制，采集下一t+1时刻的各项参数；

如果没有要求停车，返回步骤接收通过振动传感器检测到的振动体系当前的振动信号a(t)和振动力信号F(t)。