冲击缓冲用磁流变阻尼器磁滞补偿控制方法研究

发布时间：2020-08-07 00:21

【摘要】：磁流变阻尼器是利用磁流变液(MRF)在外加磁场作用下可在毫秒量级内实现液体、粘滞体与半固体之间的连续且可逆变换而制成的一种新型智能装置,它具有结构简单、阻尼力连续可控且可调范围大、响应速度快以及能耗低等特点,正逐渐应用于车辆工程、土木工程以及武器系统等领域。然而,磁流变阻尼器自身固有的磁滞非线性问题限制了其在工程上的广泛应用,大大影响了阻尼器阻尼力的预测和控制精度。尤其是在冲击缓冲系统中,磁流变阻尼器的磁滞特性问题尤为突出。因此,研究磁流变阻尼器的磁滞非线性的补偿方法以及控制对提高磁流变阻尼器系统的控制性能具有重大意义。本文以冲击缓冲用磁流变阻尼器为研究对象,深入研究磁滞非线性控制理论与方法,旨在消除冲击缓冲用磁流变阻尼器的磁滞效应对控制系统的影响,实现磁流变阻尼器的精确控制。本文利用理论分析、建模仿真和试验验证等方法,开展磁流变阻尼器磁滞非线性问题的研究,其主要内容概括如下:(1)针对磁流变阻尼器的磁滞问题,采用霍尔传感器测量磁感应强度的方法,并介绍了传感器的选取以及在阻尼器中的安装;根据Bingham模型推导了磁流变阻尼器的力学数学公式,它的力主要由与磁场强度大小无关的粘性阻尼力以及可由外加磁场控制的库仑阻尼力组成;根据宁波杉工公司提供的磁流变液的~特性进行了参数拟合得出~的关系曲线。(2)采用Jiles-Atherton模型模拟磁流变阻尼器的磁滞现象,构建了基于Simulink模块的J-A模型方程,通过求解模型方程得到了准确的B-I磁滞回线。同时,利用LabVIEW图形化平台以及数据采集功能针对磁流变阻尼器的磁滞特性进行了测试,验证了磁滞非线性的存在。针对测得的B-I数据,采用了粒子群优化(PSO)算法对J-A模型的5个参数进行了辨识。(3)以理想的库仑阻尼力为输入,同时考虑输入频率大小,分别比较开环与PID控制的磁滞补偿控制仿真效果;对磁流变阻尼器磁滞补偿控制进行了实物试验,通过对试验数据的归一化处理,实现了冲击缓冲用磁流变阻尼器的磁滞补偿控制,验证了控制算法的有效性。(4)在磁流变阻尼器动力学模型以及J-A磁滞模型的基础上,根据控制目标以及冲击载荷特点,在Simulink中对冲击载荷下磁流变阻尼器分别建立了开环、PID以及分数阶P的实时缓冲控制仿真系统。通过三者的控制效果对比发现:PID控制算法以及分数阶P控制算法都能在一定缓冲过程中实现“平台效应”,较好地实现了冲击缓冲效果。其中,分数阶P通过调节微积分算子的阶次进一步改善了缓冲控制性能,验证了分数阶P算法的有效性,也证实了磁流变阻尼器磁滞补偿控制方法在冲击缓冲系统中的可行性。
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH703.62
【图文】：

曲线,划分方法

针对速度-阻尼力的关系曲线，把情况分为加载和卸载两个过程分方程来拟合，通过圆柱型磁流变阻尼器的应用，其速度-阻尼力的迟滞非线性特效的验证，但是如果加载情况一旦发生变化，则模型的参数就完全不适用，需30]。但是，与 Bouc-Wen 模型、Bingham 模型相对比，该多项式模型的估计与实吻合度最高，能更好地描述 MR 阻尼器的迟滞非线性特性。东京庆应义塾大学的 SakaiC 等关注使用半主动磁流变阻尼器来实现结构振动控提出了一个简单的磁流变阻尼器的数学模型来表达其动态摩擦特性的滞后效应以在磁流变阻尼器的输入速度，内部状态和输入电压的基础上预测阻尼力。该被用来获得一个逆动力学模型分析确定所必要的输入电压，以自适应的方式保的阻尼力。与线性二次型高斯（LQG）控制方法相结合以获得所需的目标阻尼值模拟分析，验证了该自适应算法的有效性。同样，国内一些大学研究机构也在积极进行相关研究。重庆大学的董小闵等针尼器的复杂非线性，提出一种具有迟滞划分的新型模型，即把力-速度的滞回曲曲线和分支曲线，如图 1-6 所示，分析表明：新模型的参数较少，简化了参数辨逆性，具有较高的准确性和较好的预测能力，可以应用于半主动控制的振动控。

示意图,Sigmoid模型,可调,示意图

图 1-7 可调 Sigmoid 模型示意图1-7 Schematic diagram of an adjustable Sigmoid法研究现状已被广泛研究，许多专家和研究人员已两类：基于算子模型和基于微分方程模型理学家 F.Preisach 提出，它是一种基于个加权磁滞算子的总和，但需要一个从系统行为的重复性对模型的准确性有于算子模型，该模型假定滞后可以用具有滞算子的叠加来描述[39]，这种模式的优呈现不对称磁滞回线和饱和输出[40]。Ho关系[41~42]，它是基于物理洞察磁化过程构建立是依据铁磁材料的畴壁理论。它依磁化分量的两个微分方程，得到磁化强erton 是基于一阶微分方程的模型，由于

剪切应力,半主动控制,本构关系,剪应力

这样就形成了一种可调的半主动控制装置[56]的本构关系可以用如下方程来描述[6]：{ = ( ) = ≤ 是液体的剪切应力； ( )是液体的屈服剪切应力；是流变率，上式第一项称为库仑剪应力，第二项称为粘滞剪应

【参考文献】