【摘要】：磁流變阻尼器是利用磁流變液(MRF)在外加磁場作用下可在毫秒量級內(nèi)實現(xiàn)液體、粘滯體與半固體之間的連續(xù)且可逆變換而制成的一種新型智能裝置,它具有結(jié)構(gòu)簡單、阻尼力連續(xù)可控且可調(diào)范圍大、響應(yīng)速度快以及能耗低等特點,正逐漸應(yīng)用于車輛工程、土木工程以及武器系統(tǒng)等領(lǐng)域。然而,磁流變阻尼器自身固有的磁滯非線性問題限制了其在工程上的廣泛應(yīng)用,大大影響了阻尼器阻尼力的預(yù)測和控制精度。尤其是在沖擊緩沖系統(tǒng)中,磁流變阻尼器的磁滯特性問題尤為突出。因此,研究磁流變阻尼器的磁滯非線性的補償方法以及控制對提高磁流變阻尼器系統(tǒng)的控制性能具有重大意義。本文以沖擊緩沖用磁流變阻尼器為研究對象,深入研究磁滯非線性控制理論與方法,旨在消除沖擊緩沖用磁流變阻尼器的磁滯效應(yīng)對控制系統(tǒng)的影響,實現(xiàn)磁流變阻尼器的精確控制。本文利用理論分析、建模仿真和試驗驗證等方法,開展磁流變阻尼器磁滯非線性問題的研究,其主要內(nèi)容概括如下:(1)針對磁流變阻尼器的磁滯問題,采用霍爾傳感器測量磁感應(yīng)強度的方法,并介紹了傳感器的選取以及在阻尼器中的安裝;根據(jù)Bingham模型推導(dǎo)了磁流變阻尼器的力學(xué)數(shù)學(xué)公式,它的力主要由與磁場強度大小無關(guān)的粘性阻尼力以及可由外加磁場控制的庫侖阻尼力組成;根據(jù)寧波杉工公司提供的磁流變液的~特性進行了參數(shù)擬合得出~的關(guān)系曲線。(2)采用Jiles-Atherton模型模擬磁流變阻尼器的磁滯現(xiàn)象,構(gòu)建了基于Simulink模塊的J-A模型方程,通過求解模型方程得到了準確的B-I磁滯回線。同時,利用LabVIEW圖形化平臺以及數(shù)據(jù)采集功能針對磁流變阻尼器的磁滯特性進行了測試,驗證了磁滯非線性的存在。針對測得的B-I數(shù)據(jù),采用了粒子群優(yōu)化(PSO)算法對J-A模型的5個參數(shù)進行了辨識。(3)以理想的庫侖阻尼力為輸入,同時考慮輸入頻率大小,分別比較開環(huán)與PID控制的磁滯補償控制仿真效果;對磁流變阻尼器磁滯補償控制進行了實物試驗,通過對試驗數(shù)據(jù)的歸一化處理,實現(xiàn)了沖擊緩沖用磁流變阻尼器的磁滯補償控制,驗證了控制算法的有效性。(4)在磁流變阻尼器動力學(xué)模型以及J-A磁滯模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)控制目標以及沖擊載荷特點,在Simulink中對沖擊載荷下磁流變阻尼器分別建立了開環(huán)、PID以及分數(shù)階P的實時緩沖控制仿真系統(tǒng)。通過三者的控制效果對比發(fā)現(xiàn):PID控制算法以及分數(shù)階P控制算法都能在一定緩沖過程中實現(xiàn)“平臺效應(yīng)”,較好地實現(xiàn)了沖擊緩沖效果。其中,分數(shù)階P通過調(diào)節(jié)微積分算子的階次進一步改善了緩沖控制性能,驗證了分數(shù)階P算法的有效性,也證實了磁流變阻尼器磁滯補償控制方法在沖擊緩沖系統(tǒng)中的可行性。
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH703.62
【圖文】：

針對速度-阻尼力的關(guān)系曲線，把情況分為加載和卸載兩個過程分方程來擬合，通過圓柱型磁流變阻尼器的應(yīng)用，其速度-阻尼力的遲滯非線性特效的驗證，但是如果加載情況一旦發(fā)生變化，則模型的參數(shù)就完全不適用，需30]。但是，與 Bouc-Wen 模型、Bingham 模型相對比，該多項式模型的估計與實吻合度最高，能更好地描述 MR 阻尼器的遲滯非線性特性。東京慶應(yīng)義塾大學(xué)的 SakaiC 等關(guān)注使用半主動磁流變阻尼器來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動控提出了一個簡單的磁流變阻尼器的數(shù)學(xué)模型來表達其動態(tài)摩擦特性的滯后效應(yīng)以在磁流變阻尼器的輸入速度，內(nèi)部狀態(tài)和輸入電壓的基礎(chǔ)上預(yù)測阻尼力。該被用來獲得一個逆動力學(xué)模型分析確定所必要的輸入電壓，以自適應(yīng)的方式保的阻尼力。與線性二次型高斯（LQG）控制方法相結(jié)合以獲得所需的目標阻尼值模擬分析，驗證了該自適應(yīng)算法的有效性。同樣，國內(nèi)一些大學(xué)研究機構(gòu)也在積極進行相關(guān)研究。重慶大學(xué)的董小閔等針尼器的復(fù)雜非線性，提出一種具有遲滯劃分的新型模型，即把力-速度的滯回曲曲線和分支曲線，如圖 1-6 所示，分析表明：新模型的參數(shù)較少，簡化了參數(shù)辨逆性，具有較高的準確性和較好的預(yù)測能力，可以應(yīng)用于半主動控制的振動控。

圖 1-7 可調(diào) Sigmoid 模型示意圖1-7 Schematic diagram of an adjustable Sigmoid法研究現(xiàn)狀已被廣泛研究，許多專家和研究人員已兩類：基于算子模型和基于微分方程模型理學(xué)家 F.Preisach 提出，它是一種基于個加權(quán)磁滯算子的總和，但需要一個從系統(tǒng)行為的重復(fù)性對模型的準確性有于算子模型，該模型假定滯后可以用具有滯算子的疊加來描述[39]，這種模式的優(yōu)呈現(xiàn)不對稱磁滯回線和飽和輸出[40]。Ho關(guān)系[41~42]，它是基于物理洞察磁化過程構(gòu)建立是依據(jù)鐵磁材料的疇壁理論。它依磁化分量的兩個微分方程，得到磁化強erton 是基于一階微分方程的模型，由于

這樣就形成了一種可調(diào)的半主動控制裝置[56]的本構(gòu)關(guān)系可以用如下方程來描述[6]：{ = ( ) = ≤ 是液體的剪切應(yīng)力； ( )是液體的屈服剪切應(yīng)力； 是流變率，上式第一項稱為庫侖剪應(yīng)力，第二項稱為粘滯剪應(yīng)

【參考文獻】

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本文編號：2783177