应用超磁致伸缩材料的可控式液压悬置隔振特性研究

发布时间：2017-09-03 16:11

  本文关键词：应用超磁致伸缩材料的可控式液压悬置隔振特性研究

  更多相关文章： 液压悬置 磁致伸缩作动器 非线性控制 神经网络 最优控制

【摘要】：为了满足人们对于整车舒适性的更高要求,工程界和学术界都将研究目光聚焦在引入控制方法衰减动力总成系统产生的振动。悬置系统作为连接动力总成与车身的隔振元件,其隔振性能的好坏直接影响整车噪声、振动与不平顺性(NVH)。新型智能材料的作动器为可控式液压悬置的设计开拓了新思路,为实现隔振控制并改善悬置隔振性能提供了理论基础。本文以液压悬置作为受控对象,根据磁致伸缩作动器的工作机理和特性,设计出新型可控式液压悬置结构,并建立简化的动力总成隔振系统控制模型,仿真分析可控式液压悬置的隔振特性,为衰减动力总成振动提供了新的解决方案。本文研究了磁致伸缩材料的机理,基于Gibbs能量损耗理论建立Terfenol-D磁致伸缩材料的磁化非线性模型,并利用二次畴转模型得到磁致伸缩材料的非线性应变量动态输出方程。根据磁致伸缩作动器的等效力学模型,计算出作动器非线性输出。设计出适用于本文受控对象的磁致伸缩作动器,并搭建实验实测作动器的输出特性,验证理论仿真的正确性。应用神经网络非线性逼近特性,建立磁致伸缩材料非线性逆模型。联合PID反馈控制和前馈神经网络控制联合控制,用神经网络逆模型进行补偿,得到近似的作动器线性输出。根据液压悬置的工作原理,分析其内部元件结构和工作特性,建立简化的液压悬置集中参数模型。在低频大振幅和高频小振幅激励工况下,分析了液压悬置的隔振特性。讨论了惯性通道体长度和横截面积变化对隔振性能的影响。在液压悬置的理论分析基础上,设计适用于磁致伸缩作动器的新型可控式液压悬置的结构,并建立其等效物理模型,确定状态变量和控制输入,选取传递到车身的力作为性能控制目标。应用最优控制理论,综合考虑传递到车身上的力和作动器控制能量两个主要目标,求得给定加权矩阵下系统最佳综合性能。仿真分析结果表明,施加控制作用后,传递到车身上的力明显减小;而且作动器输出在设计范围之内,振动控制取得良好效果。
【关键词】：液压悬置 磁致伸缩作动器 非线性控制 神经网络 最优控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.13
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 课题研究背景和意义13-14
• 1.2 动力总成悬置理想隔振特性14-15
• 1.3 动力总成悬置的研究历程和现状15-19
• 1.3.1 被动悬置15-16
• 1.3.2 半主动悬置16
• 1.3.3 主动悬置16-19
• 1.4 磁致伸缩材料研究现状19-20
• 1.5 本文研究内容和方法20-22
• 第二章 磁致伸缩作动器特性分析及实验验证22-37
• 2.1 磁致伸缩机理22-23
• 2.2 磁致伸缩作动器等效力学模型23-26
• 2.2.1 磁致伸缩作动器工作原理23-24
• 2.2.2 磁致伸缩作动器力学模型24-26
• 2.3 磁致伸缩作动器位移输出模型26-32
• 2.3.1 Terfenol-D力-磁-热耦合本构模型26-28
• 2.3.2 磁滞伸缩材料的磁化模型28-32
• 2.4 磁致伸缩作动器实验验证与分析32-36
• 2.4.1 测试实验方案33-34
• 2.4.2 磁致伸缩作动器实验结果与分析34-36
• 2.5 本章小节36-37
• 第三章 磁致伸缩作动器非线性控制37-47
• 3.1 磁致伸缩作动器控制方法的选择37-38
• 3.2 作动器磁滞非线性的神经网络控制38-42
• 3.2.1 神经网络算法理论38-41
• 3.2.2 控制思想确立41
• 3.2.3 神经网络离线训练结果分析41-42
• 3.3 作动器磁滞非线性控制仿真分析42-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 新型可控式悬置结构设计及液压悬置参数分析47-58
• 4.1 传统液压悬置结构和工作原理47-48
• 4.2 液压悬置系统建模及仿真分析48-55
• 4.2.1 建立仿真模型48-51
• 4.2.2 液压悬置隔振性能分析51-52
• 4.2.3 惯性通道体结构参数对悬置特性的影响52-55
• 4.3 设计新型结构的可控式悬置55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 可控式悬置系统仿真分析58-69
• 5.1 可控式悬置系统的建模和发动机激励源简化58-62
• 5.1.1 可控式悬置系统的力学模型58-59
• 5.1.2 发动机激励源简化分析59-62
• 5.2 最优控制输出控制器62-65
• 5.2.1 最优输出控制理论62-64
• 5.2.2 降维状态观测器设计64-65
• 5.3 基于输出调节器的振动控制65-68
• 5.3.1 汽车加速工况激励控制65-66
• 5.3.2 发动机怠速激励控制66-68
• 5.3.3 汽车阶跃激励工况控制68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 全文总结与展望69-71
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 本文研究工作展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文76

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