面向控制的磁流变阻尼器正逆动力学模型
发布时间：2021-11-28 20:30
磁流变阻尼器作为半主动悬架的一种典型的执行元件,其动力学建模与控制算法的设计是目前车辆动力学研究的热点问题。磁流变阻尼器具有动态范围大、响应速度快、功耗低等特点,而实现磁流变阻尼器阻尼特性的快速精确控制需要高度精确的动力学模型来表征其动态特性,进而可进行控制器的设计开发。此外,为了实时跟踪所需的阻尼力信号,半主动悬架控制器还需要一个精确的逆模型。针对目前的模型不能精确地描述磁流变阻尼器在不同激励条件下的强非线性特征,本文提出了考虑剪切项滞回特性的磁流变阻尼器魔术公式参数模型,来用以表征其动力学特性,并在此基础上建立了其逆动力学模型。同时,还将该模型应用于半主动悬架控制算法研究中,进行了四分之一车辆的悬架控制系统的台架试验,验证了所提出的磁流变正逆模型的精确性。本文主要研究内容包括以下几个方面:一、提出了基于磁流变魔术公式模型的改进参数模型。引入了剪切滞回宽度因子,摩擦平滑因子和粘性滞回宽度因子等,并利用遗传算法对模型中各参数进行辨识,得到了完备的磁流变阻尼器参数模型。改进的磁流变魔术公式模型可以更精确地表征阻尼器的非线性动态特性,因而为磁流变半主动悬架的动力学分析与控制提供了理论模型的...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阻尼器结构示意图
第2章改进的磁流变魔术公式模型及参数辨识11表2-1简单的Bouc-Wen模型的辨识参数参数xb(m)kb(N/m)cbN/(m/s)αb(N/m)βb(m-2)γb(m-2)Abnb0.6A0.2141.51×103512.76.98×1053.01×1061.53×1073.4721.0A0.1701.90×103550.31.19×1069.10×1063.07×1076.912(a)0.6A电流激励(b)1.0A电流激励图2-1在激励频率0.6Hz和幅值0.04m条件下的磁流变魔术公式模型和简单的Bouc-Wen模型的预测数据值对比简单的Bouc-Wen模型和磁流变魔术公式模型都对力-位移特性的数值模拟具有较好的精度。但在速度绝对值较小和速度与加速度符号相反的阻尼力-速度特性区域，简单的Bouc-Wen模型不能很好地描述该区域的阻尼力衰减特性，磁流变魔术公式模型却能较好地再现阻尼力衰减效应。此外，几乎所有简单的Bouc-Wen模型都需要辨识不同电流激励条件下的参数，如kb，cb，αb，βb，γb和Ab。可是，磁流变魔术公式模型只需辨识两个与电流有关的参数（B、D），大大简化了辨识过程。与简单的Bouc-Wen模型相比，磁流变魔术公式模型更适合于半主动悬架控制器的
第2章改进的磁流变魔术公式模型及参数辨识12开发。然而，磁流变魔术公式模型在速度较小的区域依然误差较大，最大误差可达到百分之二十。这是由于剪切项不是一闭合的滞回曲线，限制了对具有不同滞回宽度阻尼器的拟合精度。因此，本章提出基于磁流变魔术公式模型的改进型滞回模型，采用遗传算法辨识参数，旨在提高模型的普适性和表征磁流变滞回特性的精确性，这有助于磁流变半自动悬架控制算法设计及控制器开发。2.2改进的磁流变魔术公式参数模型为了提高磁流变魔术公式模型表征滞回特性的精确性和普适性，现对原模型的各项做出改进，增加剪切项的滞回宽度因子，摩擦项的平滑因子和粘性项的滞回宽度因子等。该改进的磁流变魔术公式参数模型可分为摩擦项、弹性项、粘性滞回项、惯性项和剪切滞回项，其示意图如图2-2所示。图2-2改进的磁流变魔术公式参数模型示意图改进的磁流变魔术公式参数模型数学表达式为：modfmkmcmαmbmFFF+FFF(2-5)fm002=farctan(xF)(2-6)km00F=k(x-x)(2-7)cm00F=c(xsgn(xx))(2-8)αmF=x(2-9)bbmbbbbbbbsinarctan1)arctan(()sgn()+EFDCBEBxBxx(2-10)式(2-6)-(2-10)分别为摩擦项、弹性项、粘性滞回项、惯性项和剪切滞回项的数学表达式，其中的各参数意义分别为：1)0f，摩擦力，即阻尼器的活塞、缸壁、磁流变液间的摩擦，与阻尼器活塞运动的相对速度方向相关；x0¨·为阻尼器活塞的相对位移。
【参考文献】：
期刊论文
[1]车辆半主动悬架分数阶天棚阻尼控制器设计[J]. 李健,杨建,柴星,闻登沈,刘遵港,王春波,张德龙. 机械研究与应用. 2018(05)
[2]基于机理的磁流变减震器滞回特性魔术公式模型[J]. 薛兵,杜永昌,刘源,王岩,危银涛. 振动工程学报. 2017(05)
[3]自适应模糊控制在磁流变半主动悬架中的应用[J]. 李伟平,柳超,张利轩,张宝珍,窦现东. 机械科学与技术. 2014(11)
[4]基于加速度阻尼控制的半主动悬挂研究[J]. 杨建伟,黄强,李伟,张瑞芳. 铁道学报. 2006(05)
[5]MR阻尼器控制与滞环特性相分离的F-v模型[J]. 王恩荣,陈余寿,马晓青,苏春翌,Rakheja Subhash. 机械工程学报. 2005(07)
[6]汽车半主动悬架系统研究进展[J]. 方子帆,邓兆祥,郑玲,舒红宇. 重庆大学学报(自然科学版). 2003(01)
[7]磁流变阻尼器的两种力学模型和试验验证[J]. 周强,瞿伟廉. 地震工程与工程振动. 2002(04)
[8]基于磁流变阻尼器的车辆悬架半主动控制研究——建模与直接自适应控制[J]. 郭大蕾,胡海岩. 振动工程学报. 2002(01)
[9]磁流变液组分选择原则及其机理探讨[J]. 关新春,欧进萍,李金海. 化学物理学报. 2001(05)
[10]路面对四轮汽车输入的时域模型[J]. 赵珩,卢士富. 汽车工程. 1999(02)
本文编号：3525094
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阻尼器结构示意图
第2章改进的磁流变魔术公式模型及参数辨识11表2-1简单的Bouc-Wen模型的辨识参数参数xb(m)kb(N/m)cbN/(m/s)αb(N/m)βb(m-2)γb(m-2)Abnb0.6A0.2141.51×103512.76.98×1053.01×1061.53×1073.4721.0A0.1701.90×103550.31.19×1069.10×1063.07×1076.912(a)0.6A电流激励(b)1.0A电流激励图2-1在激励频率0.6Hz和幅值0.04m条件下的磁流变魔术公式模型和简单的Bouc-Wen模型的预测数据值对比简单的Bouc-Wen模型和磁流变魔术公式模型都对力-位移特性的数值模拟具有较好的精度。但在速度绝对值较小和速度与加速度符号相反的阻尼力-速度特性区域，简单的Bouc-Wen模型不能很好地描述该区域的阻尼力衰减特性，磁流变魔术公式模型却能较好地再现阻尼力衰减效应。此外，几乎所有简单的Bouc-Wen模型都需要辨识不同电流激励条件下的参数，如kb，cb，αb，βb，γb和Ab。可是，磁流变魔术公式模型只需辨识两个与电流有关的参数（B、D），大大简化了辨识过程。与简单的Bouc-Wen模型相比，磁流变魔术公式模型更适合于半主动悬架控制器的
第2章改进的磁流变魔术公式模型及参数辨识12开发。然而，磁流变魔术公式模型在速度较小的区域依然误差较大，最大误差可达到百分之二十。这是由于剪切项不是一闭合的滞回曲线，限制了对具有不同滞回宽度阻尼器的拟合精度。因此，本章提出基于磁流变魔术公式模型的改进型滞回模型，采用遗传算法辨识参数，旨在提高模型的普适性和表征磁流变滞回特性的精确性，这有助于磁流变半自动悬架控制算法设计及控制器开发。2.2改进的磁流变魔术公式参数模型为了提高磁流变魔术公式模型表征滞回特性的精确性和普适性，现对原模型的各项做出改进，增加剪切项的滞回宽度因子，摩擦项的平滑因子和粘性项的滞回宽度因子等。该改进的磁流变魔术公式参数模型可分为摩擦项、弹性项、粘性滞回项、惯性项和剪切滞回项，其示意图如图2-2所示。图2-2改进的磁流变魔术公式参数模型示意图改进的磁流变魔术公式参数模型数学表达式为：modfmkmcmαmbmFFF+FFF(2-5)fm002=farctan(xF)(2-6)km00F=k(x-x)(2-7)cm00F=c(xsgn(xx))(2-8)αmF=x(2-9)bbmbbbbbbbsinarctan1)arctan(()sgn()+EFDCBEBxBxx(2-10)式(2-6)-(2-10)分别为摩擦项、弹性项、粘性滞回项、惯性项和剪切滞回项的数学表达式，其中的各参数意义分别为：1)0f，摩擦力，即阻尼器的活塞、缸壁、磁流变液间的摩擦，与阻尼器活塞运动的相对速度方向相关；x0¨·为阻尼器活塞的相对位移。
【参考文献】：
期刊论文
[1]车辆半主动悬架分数阶天棚阻尼控制器设计[J]. 李健,杨建,柴星,闻登沈,刘遵港,王春波,张德龙. 机械研究与应用. 2018(05)
[2]基于机理的磁流变减震器滞回特性魔术公式模型[J]. 薛兵,杜永昌,刘源,王岩,危银涛. 振动工程学报. 2017(05)
[3]自适应模糊控制在磁流变半主动悬架中的应用[J]. 李伟平,柳超,张利轩,张宝珍,窦现东. 机械科学与技术. 2014(11)
[4]基于加速度阻尼控制的半主动悬挂研究[J]. 杨建伟,黄强,李伟,张瑞芳. 铁道学报. 2006(05)
[5]MR阻尼器控制与滞环特性相分离的F-v模型[J]. 王恩荣,陈余寿,马晓青,苏春翌,Rakheja Subhash. 机械工程学报. 2005(07)
[6]汽车半主动悬架系统研究进展[J]. 方子帆,邓兆祥,郑玲,舒红宇. 重庆大学学报(自然科学版). 2003(01)
[7]磁流变阻尼器的两种力学模型和试验验证[J]. 周强,瞿伟廉. 地震工程与工程振动. 2002(04)
[8]基于磁流变阻尼器的车辆悬架半主动控制研究——建模与直接自适应控制[J]. 郭大蕾,胡海岩. 振动工程学报. 2002(01)
[9]磁流变液组分选择原则及其机理探讨[J]. 关新春,欧进萍,李金海. 化学物理学报. 2001(05)
[10]路面对四轮汽车输入的时域模型[J]. 赵珩,卢士富. 汽车工程. 1999(02)
本文编号：3525094
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