【摘要】：隨著現(xiàn)代工程裝備向著高速重載方向發(fā)展,所遇到的沖擊和振動(dòng)問題也越來越突出,解決好沖擊緩沖問題對(duì)于提高工程質(zhì)量至關(guān)重要�；鹋谙到y(tǒng)中的反后坐裝置是典型的沖擊緩沖器件,其作用是在限定的后坐行程范圍內(nèi)盡可能地減小傳遞到炮架上的力,從而減小火炮振動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)沖擊緩沖目標(biāo),傳統(tǒng)的反后坐裝置利用被動(dòng)阻尼裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì),把流液孔的面積作為優(yōu)化變量,由此設(shè)計(jì)的阻尼裝置具有沿軸向變化的流液孔面積。這種變截面的結(jié)構(gòu)一旦加工制作完成,不方便修改,無法根據(jù)沖擊載荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)。 隨著材料科學(xué)的發(fā)展,以磁流變液為工作介質(zhì)的磁流變阻尼器具有輸出阻力連續(xù)可調(diào)、響應(yīng)速度快、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍寬等優(yōu)良特性,給沖擊緩沖問題的解決帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 本文針對(duì)火炮系統(tǒng)中的沖擊緩沖問題,從控制目標(biāo)出發(fā),根據(jù)最優(yōu)控制思想,采用理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法,從系統(tǒng)的角度深入開展基于磁流變技術(shù)的沖擊緩沖裝置特性和控制方法研究,主要內(nèi)容及創(chuàng)新之處如下： (1)研究了磁流變沖擊緩沖裝置的最優(yōu)控制方法。提出了基于無量綱分析的最優(yōu)控制方法,根據(jù)沖擊緩沖目標(biāo),推導(dǎo)了最優(yōu)位移和最優(yōu)速度,從而得到了沖擊緩沖問題的最優(yōu)控制解,無量綱的分析方法使得最優(yōu)解具有一般性。 (2)推導(dǎo)了沖擊緩沖用磁流變阻尼器的力學(xué)公式。利用Navier-Strokes方程,建立了基于閥式流動(dòng)模式的磁流變阻尼器的軸對(duì)稱的力學(xué)公式,并考慮了高速條件下節(jié)流阻力的影響。 (3)研究了沖擊緩沖用磁流變阻尼器的響應(yīng)特性。分別建立了磁感應(yīng)強(qiáng)度和剪切屈服應(yīng)力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該響應(yīng)模型能準(zhǔn)確地?cái)M合實(shí)驗(yàn)曲線；獲得的時(shí)間常數(shù)結(jié)果表明,磁流變阻尼器在動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力上對(duì)后坐緩沖控制完全具有可行性。 (4)研究了沖擊緩沖用磁流變阻尼器的動(dòng)力學(xué)模型。提出一種帶修正項(xiàng)的改進(jìn)多項(xiàng)式模型,并對(duì)沖擊緩沖過程的高加速度段和低加速度段分別進(jìn)行非線性最小二乘擬合,結(jié)果表明,該模型相比普通的多項(xiàng)式模型具有更高的精度。 (5)研究了磁流變沖擊緩沖裝置的控制策略。根據(jù)最優(yōu)控制方法,形成了開環(huán)的最優(yōu)控制策略,特別是在此基礎(chǔ)上提出了模糊補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)控制策略。并提出了兩種量化的性能指標(biāo),用來綜合評(píng)價(jià)后坐緩沖的效果。全尺度的火炮后坐實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,最優(yōu)控制策略獲得了比被動(dòng)控制和模糊控制更優(yōu)的各項(xiàng)性能指標(biāo),且系統(tǒng)不需要反饋任何測(cè)量值,有利于增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。而模糊補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)控制策略兼具了最優(yōu)控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn),既不完全依賴于實(shí)時(shí)反饋測(cè)量值,也不十分依賴系統(tǒng)的模型的準(zhǔn)確性,二者結(jié)合使得系統(tǒng)的可靠性和靈活性得以兼顧。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比于其他控制策略,模糊補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)控制獲得了整體最優(yōu)的緩沖效果。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TB535.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2661178