磁流变减摆器控制器改进设计与算法研究
发布时间：2021-07-13 03:38
当飞机在起飞或着陆的时候,起落架前轮会偏离其中心位置左右摆动,这种现象在飞机使用中时有发生,是飞机设计中必须考虑的问题之一。摆动现象如果不进行控制,会严重影响飞机的稳定性和操纵性。目前,防止此类故障最有效的办法是改进起落架结构,同时安装减摆器。本文基于某轻型无人机而设计的磁流变减摆器,对其控制算法及控制器硬件进行了改进设计与研究。首先,根据传统的非线性双粘性力学模型,分别利用多项式以及正弦函数建立非线性双粘性的改进力学模型,根据实验数据应用数学方法进行参数的辨识,评估两种拟合方式的精度以及优缺点,对比发现利用正弦函数进行拟合可以解决基于多项式建立力学模型时参数较多、阶数选择较为复杂等问题,并根据改进的正弦函数-非线性双粘性力学模型利用MATLAB/Simulink进行仿真,与实验数据对比分析,表明改进的力学模型相比传统的力学模型可以较好的描述磁流变的非线性以及低速区的滞回性。根据起落架摆振的相关理论及改进的力学模型,建立磁流变减摆器半主动控制动力学模型,通过MATLAB仿真验证该模型的正确性,为后续设计磁流变减摆器的控制系统奠定基础。其次,根据控制磁流变减摆器的特点,对控制器的硬件部分...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁流变减摆器的非线性双粘性模型
中国民航大学硕士学位论文82.2减摆器阻尼性能实验测试本文是基于本项目研究已经相对成熟的单线圈内置式磁流变减摆器进行的研究分析，图2-2为其简化结构原理图及实物图。（a)结构原理图（b)实物图图2-2磁流变减摆器结构图a与实物图b磁流变减摆器的阻尼力性能测试是在如图2-3所示的拉伸实验台上进行的，它可以真实的模拟并重现出机械振动的实际环境，测试得出工件的力学特性。所以应用此实验平台对磁流变减摆器进行拉伸测试，验证其减摆效果。实验原理为：利用实验平台对磁流变减摆器提供不同频率的类似正弦波的振幅信号，直流电源为减摆器输入不同大小的电流，并通过实验台获取减摆器中活塞杆的相对位移以及其输出的阻尼力等数据，最后经计算机计算分析后生成图像。图2-3磁流变减摆器阻尼特性测试实验平台实验设定工况为振幅0.4mm，频率10Hz，分别施加0A、0.25A、0.5A、0.75A、
中国民航大学硕士学位论文91A电流，测试在不同电流下磁流变减摆器的阻尼特性。根据实验数据可得到F-X关系图，转换后可得F-V的关系图，以加载电流0.75A为例，如图2-4。在低速区，曲线表现出明显的滞回现象。其中由于减摆器内部中各零部件之间及阻尼器与固定夹具间存在安装间隙，传感器自身的噪声也会对实验数据造成影响。因此，本文通过MATLAB进行了滤波处理，保留其低速区滞回特性，滤除干扰便于后续建模及研究。图2-4加载电流0.75AF-V关系2.3磁流变减摆器力学模型修正由实验曲线，图2-4可知高速区为线性函数，低速区的滞回环呈非线性，因此将F-V曲线分为线性及非线性两部分进行分析，以提高拟合精度。非线性区分别采用多项式和正弦函数拟合，并进行对比分析。2.3.1基于多项式-非线性双粘性力学模型参数辨识以非线性双粘性力学模型作为本章的理论基础，建立非线性改进力学模型。减摆器活塞做往复运动，加速度a的方向不同，因此在模型建立中，按加速度方向作为分段区间的标准，使模型更加直观。为后续方便描述，图2-5为速度分段点分布图，其中点1与2间线段简化描述为线段1-2，本图中其他线段描述方式依此类推。图中线性部分（加速度为正的线段1-2及线段3-4，加速度为负的线段4-5及线段6-1）采用原有的非线性滞回双粘性力学模型，其中参数，通过实验数据进行辨识；图中非线性部分（加速度为正的线段2-3，加速度为负的线段5-6）首先采用多项式函数进行辨识，每段模型的参数与激励电流为非线性关系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进遗传算法PID参数优化在吹贯蒸汽流速控制中的应用[J]. 汤伟,杨润珊,孙振宇. 中国造纸学报. 2019(01)
[2]双线圈活塞式磁流变液减摆器设计分析[J]. 祝世兴,严荣,刘秀. 液压气动与密封. 2018(08)
[3]旋板式磁流变减摆器结构设计[J]. 祝世兴,耿凡,刘小川,豆清波. 液压气动与密封. 2018(06)
[4]汽车阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制[J]. 张亮修,王宇,吴光强,刘兆勇. 西安交通大学学报. 2017(11)
[5]基于dsPIC33E的电动汽车充电机的研究与设计[J]. 陈小虎,陈息坤. 电子器件. 2016(05)
[6]起落架磁流变减摆器模糊PID控制算法的研究[J]. 李莹,王博,祝世兴. 计算机测量与控制. 2016(02)
[7]一种改进的天棚半主动控制算法[J]. 张进秋,黄大山,刘义乐,滕涛,李广进. 计算机测量与控制. 2015(08)
[8]改进的遗传算法求解旅行商问题[J]. 于莹莹,陈燕,李桃迎. 控制与决策. 2014(08)
[9]基于磁流变液阻尼器的单跨转子振动主动控制实验研究[J]. 邢健,何立东,王锎. 仪器仪表学报. 2013(S1)
[10]磁流变减摆器对直升机空中共振的影响分析[J]. 卫丽君,李书. 振动.测试与诊断. 2013(06)
硕士论文
[1]基于磁流变原理的前起落架摆振特性研究[D]. 郝新琛.中国民航大学 2019
[2]双线圈内置式磁流变减摆器设计研究[D]. 刘秀.中国民航大学 2018
[3]飞机起落架磁流变减摆器设计流程和规范研究[D]. 杨云鹏.中国民航大学 2017
[4]磁流变减摆器结构设计与参数优化[D]. 范世达.中国民航大学 2016
[5]一种车用磁流变减振器的动力学研究[D]. 任旭东.中国人民解放军军事医学科学院 2007
[6]机轮摆振及轮胎动力学分析研究[D]. 骆存琪.南京航空航天大学 2007
本文编号：3281260
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁流变减摆器的非线性双粘性模型
中国民航大学硕士学位论文82.2减摆器阻尼性能实验测试本文是基于本项目研究已经相对成熟的单线圈内置式磁流变减摆器进行的研究分析，图2-2为其简化结构原理图及实物图。（a)结构原理图（b)实物图图2-2磁流变减摆器结构图a与实物图b磁流变减摆器的阻尼力性能测试是在如图2-3所示的拉伸实验台上进行的，它可以真实的模拟并重现出机械振动的实际环境，测试得出工件的力学特性。所以应用此实验平台对磁流变减摆器进行拉伸测试，验证其减摆效果。实验原理为：利用实验平台对磁流变减摆器提供不同频率的类似正弦波的振幅信号，直流电源为减摆器输入不同大小的电流，并通过实验台获取减摆器中活塞杆的相对位移以及其输出的阻尼力等数据，最后经计算机计算分析后生成图像。图2-3磁流变减摆器阻尼特性测试实验平台实验设定工况为振幅0.4mm，频率10Hz，分别施加0A、0.25A、0.5A、0.75A、
中国民航大学硕士学位论文91A电流，测试在不同电流下磁流变减摆器的阻尼特性。根据实验数据可得到F-X关系图，转换后可得F-V的关系图，以加载电流0.75A为例，如图2-4。在低速区，曲线表现出明显的滞回现象。其中由于减摆器内部中各零部件之间及阻尼器与固定夹具间存在安装间隙，传感器自身的噪声也会对实验数据造成影响。因此，本文通过MATLAB进行了滤波处理，保留其低速区滞回特性，滤除干扰便于后续建模及研究。图2-4加载电流0.75AF-V关系2.3磁流变减摆器力学模型修正由实验曲线，图2-4可知高速区为线性函数，低速区的滞回环呈非线性，因此将F-V曲线分为线性及非线性两部分进行分析，以提高拟合精度。非线性区分别采用多项式和正弦函数拟合，并进行对比分析。2.3.1基于多项式-非线性双粘性力学模型参数辨识以非线性双粘性力学模型作为本章的理论基础，建立非线性改进力学模型。减摆器活塞做往复运动，加速度a的方向不同，因此在模型建立中，按加速度方向作为分段区间的标准，使模型更加直观。为后续方便描述，图2-5为速度分段点分布图，其中点1与2间线段简化描述为线段1-2，本图中其他线段描述方式依此类推。图中线性部分（加速度为正的线段1-2及线段3-4，加速度为负的线段4-5及线段6-1）采用原有的非线性滞回双粘性力学模型，其中参数，通过实验数据进行辨识；图中非线性部分（加速度为正的线段2-3，加速度为负的线段5-6）首先采用多项式函数进行辨识，每段模型的参数与激励电流为非线性关系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进遗传算法PID参数优化在吹贯蒸汽流速控制中的应用[J]. 汤伟,杨润珊,孙振宇. 中国造纸学报. 2019(01)
[2]双线圈活塞式磁流变液减摆器设计分析[J]. 祝世兴,严荣,刘秀. 液压气动与密封. 2018(08)
[3]旋板式磁流变减摆器结构设计[J]. 祝世兴,耿凡,刘小川,豆清波. 液压气动与密封. 2018(06)
[4]汽车阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制[J]. 张亮修,王宇,吴光强,刘兆勇. 西安交通大学学报. 2017(11)
[5]基于dsPIC33E的电动汽车充电机的研究与设计[J]. 陈小虎,陈息坤. 电子器件. 2016(05)
[6]起落架磁流变减摆器模糊PID控制算法的研究[J]. 李莹,王博,祝世兴. 计算机测量与控制. 2016(02)
[7]一种改进的天棚半主动控制算法[J]. 张进秋,黄大山,刘义乐,滕涛,李广进. 计算机测量与控制. 2015(08)
[8]改进的遗传算法求解旅行商问题[J]. 于莹莹,陈燕,李桃迎. 控制与决策. 2014(08)
[9]基于磁流变液阻尼器的单跨转子振动主动控制实验研究[J]. 邢健,何立东,王锎. 仪器仪表学报. 2013(S1)
[10]磁流变减摆器对直升机空中共振的影响分析[J]. 卫丽君,李书. 振动.测试与诊断. 2013(06)
硕士论文
[1]基于磁流变原理的前起落架摆振特性研究[D]. 郝新琛.中国民航大学 2019
[2]双线圈内置式磁流变减摆器设计研究[D]. 刘秀.中国民航大学 2018
[3]飞机起落架磁流变减摆器设计流程和规范研究[D]. 杨云鹏.中国民航大学 2017
[4]磁流变减摆器结构设计与参数优化[D]. 范世达.中国民航大学 2016
[5]一种车用磁流变减振器的动力学研究[D]. 任旭东.中国人民解放军军事医学科学院 2007
[6]机轮摆振及轮胎动力学分析研究[D]. 骆存琪.南京航空航天大学 2007
本文编号：3281260
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