冲击载荷下电流变阻尼器动态特性及其控制研究

摘要

冲击载荷广泛存在于实际工程应用中，目前许多大型机械设备所面临的振动冲击问题越来越严重，很容易造成设备疲劳和损坏，从而降低设备的使用寿命，所以解决好冲击载荷下的振动问题意义重大。电流变液是一种新型智能材料，当作用于外加电场时，其粘度会发生变化，可在固液两相之间瞬时发生转变。利用这一特性设计的电流变阻尼器具有结构简单、阻尼力可控、良好的机电耦合特性等优点，通过联合相关控制策略，可以有效控制降低冲击和振动。
　　本文提出将电流变阻尼器应用到火炮反后座装置，主要开展了以下研究工作:
　　(1)在分析冲击载荷下电流变阻尼器的受力情况基础上，完成了基于Bingham模型的力学公式推导，利用COMSOL Multiphysics软件建立了电流变阻尼器的多物理场耦合仿真模型，仿真结果验证了电流变阻尼器作用在冲击环境的可行性。
　　(2)分析验证了电流变阻尼器缓冲系统的非线性、稳定性和可控性，并提出平台效应作为系统控制目标，基于Simulink环境以固定控制、PID控制、模糊控制为核心分别建立缓冲系统的控制模型，并进行了仿真分析。
　　(3)搭建了基于dSAPCE实时仿真系统的冲击试验平台，利用台架模拟产生冲击载荷，分别采用固定电压控制、PID控制和模糊控制对缓冲系统进行快速原型控制，从试验角度分析电流变阻尼器的缓冲减振效果，结果表明模糊控制具有最佳减振控制效果，与仿真结果一致。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 电流变液及电流变技术简介

1．2 电流变阻尼器及控制技术研究现状

1．3 电流变技术应用于冲击条件下意义

1．4 本文主要研究内容

2 电流变阻尼器及其力学模型

2．1 电流变阻尼器工作原理及分类

2．2 基于Bingham的电流变阻尼器力学模型推导

2．3 电流变液剪切应力控制方程

3 电流变阻尼器多物理场建模及仿真

3．1 COMSOL Muitiphysics简介

3．2 电流变阻尼器几何建模及网格化

3．3 物理场模型控制方程

3．3．1 电场模型

3．3．2 流场模型

3．3．3 动态阻尼力模型

3．4 分析与讨论

3．4．1 电场分析

3．4．2 流场分析

3．4．3 阻尼力分析

4 电流变阻尼器缓冲系统分析及控制算法研究

4．1 电流变阻尼器缓冲系统非线性分析

4．2 电流变阻尼器缓冲系统稳定性分析

4．3 电流变阻尼器缓冲系统可控性分析及控制目标

4．3．1 电流变阻尼器缓冲系统可控性分析

4．3．2 电流变阻尼器缓冲系统控制目标

4．4 电流变阻尼器缓冲系统控制算法仿真

4．4．1 固定电场控制仿真

4．4．2 PID控制仿真

4．4．3 模糊控制仿真

5 电流变缓冲系统控制仿真dSPACE实现及冲击试验

5．1 dSPACE半实物仿真系统

5．1．1 dSPACE系统概述

5．1．2 dSPACE硬件系统架构

5．1．3 dSPACE软件开发环境

5．1．4 dSPACE软件开发步骤

5．2 冲击试验平台搭建

5．3 dSPACE控制模型建立及仿真

5．3．1 固定电压试验及结果分析

5．3．2 PID控制试验及结果分析

5．3．3 模糊控制试验及结果分析

5．3．4 控制策略比较

6 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况