冲击载荷下磁流变缓冲器半主动控制研究

摘要

本文利用理论分析、数值仿真和实验验证的方法，对磁流变缓冲器在冲击载荷下的动力学模型、冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学特性以及半主动控制策略和控制系统设计与实现进行研究。具体工作包括以下几个方面： (1) 阐述了冲击载荷下振动控制的重要意义，回顾了磁流变技术的研究历史和当前最新研究动态，对磁流变技术在军事领域的研究作了综述，并提出了当前磁流变技术领域存在的问题。针对冲击缓冲的实际需要，提出了本文将要开展的主要工作和任务。 (2) 应用流体力学理论，根据Bingham 模型和Herschel-Bulkley 模型，利用平行板模型理论推导出磁流变缓冲器的动力学模型；结合冲击载荷下磁流变缓冲器的特点，提出了冲击载荷下缓冲器的模型需要考虑惯性力的影响，推导出适合其使用的Bingham-Inertia模型和Herschel-Bulkley-Inertia 模型。 (3) 利用自行设计的冲击实验台架对冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学特性进行实验研究，并对Bingham-Inertia 模型和Herschel-Bulkley-Inertia模型的待定参数进行参数识别，结果显示修正的Bingham-Inertia 模型和Herschel-Bulkley-Inertia 模型能够很好地反映冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学特性。 (4) 根据建立的Bingham-Inertia-模型和Herschel-Bulkley-Inertia 模型建立了冲击载荷作用下磁流变减振系统的模型。根据冲击载荷控制的实际需要，提出了基于压力反馈的双态控制策略、PID控制策略和模糊控制策略，利用dSPACE半实物仿真系统对三种控制策略在实际冲击载荷下的控制有效性进行了实验研究，并对三种控制策略进行了分析和比较。 (5) 构建了用于冲击载荷下磁流变缓冲器实验的的冲击实验台架和控制系统，对密爆发生器、磁流变缓冲器、所用的传感器、dSPACE 半实物仿真系统和ControlDesk 软件进行了说明，着重分析了电流控制器的输出响应特性。 最后，对全文工作进行了总结，介绍了论文的特色和创新之处，指出了今后工作有待深入研究的问题。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

1.绪论

1.1磁流变技术简介

1.2磁流变技术的研究现状

1.3国内外磁流变缓冲器在军事领域的研究现状

1.3.1磁流变液在军用防护装置中的应用

1.3.2磁流变液用于武器冲击缓冲装置的应用

1.3.3磁流变技术在直升机上的应用

1.3.4磁流变技术在军用车辆上的应用

1.3.5磁流变液在引信中的应用

1.3.6磁流变技术在军事领域的应用展望

1.4冲击载荷下磁流变缓冲器研究现状

1.5冲击载荷下磁流变技术存在的主要问题

1.5.1磁流变液的性能

1.5.2冲击载荷下磁流变缓冲器模型研究

1.5.3缓冲器结构设计

1.5.4冲击载荷下磁流变缓冲器半主动控制方法

1.6本文要开展的主要工作

1.6.1磁流变缓冲器在冲击载荷作用下的理论建模

1.6.2磁流变缓冲器在冲击载荷作用下的模型的实验验证

1.6.3冲击载荷作用下磁流变缓冲器的控制方法研究

1.6.4磁流变冲击实验系统的构建

1.7本章小结

2.冲击载荷下磁流变缓冲器的模型

2.1磁流变体材料特性测试

2.1.1旋转粘度计原理

2.1.2磁流变液的流变特性测试结果

2.2磁流变体的力学模型

2.2.1磁流变体力学模型的主要研究内容

2.2.2 Bingham塑性模型

2.2.3 Herschel-Bulkley模型

2.3长行程磁流变缓冲器

2.4冲击载荷下磁流变缓冲器力学模型

2.4.1磁流变缓冲器流动模式描述

2.4.2冲击载荷下磁流变缓冲器的Bingham模型

2.4.3冲击载荷下磁流变缓冲器的Herschel-Bulkley模型

2.5本章小结

3.冲击载荷下缓冲器动力学特性和模型参数识别

3.1冲击载荷下磁流变缓冲器特性实验

3.1.1固定电流和On-Off开环控制策略

3.1.2固定电流下缓冲器动力学特性

3.1.3 On-Off控制策略下缓冲器动力学特性

3.2实验结果和模型参数识别

3.2.1磁流变液磁特性分析

3.2.2磁路设计

3.2.3 Bingham-Inertia模型和Herschel-Bulkley-Inertia模型

3.2.4 Bingham-Inertia模型参数识别

3.2.5 Herschel-Bulkley-Inertia模型参数识别

3.3模型比较分析

3.4本章小结

4.磁流变冲击缓冲控制策略研究

4.1磁流变冲击缓冲系统分析

4.2双态控制策略

4.2.1双态控制策略原理

4.2.2磁流变冲击缓冲双态控制策略设计

4.3 PID控制策略

4.3.1 PID控制策略原理

4.3.2磁流变冲击缓冲PID控制器设计

4.4模糊逻辑控制策略

4.4.1模糊控制基本原理

4.4.2磁流变冲击缓冲模糊控制器设计

4.5磁流变缓冲器缓冲控制策略实验

4.5.1 双态控制策略实验结果分析

4.5.2 PID控制策略实验结果分析

4.5.3模糊控制策略实验结果分析

4.6控制策略比较和评价

4.6.1控制效果比较分析

4.6.2算法复杂程度

4.6.3控制策略可行性分析

4.7本章小结

5.磁流变缓冲器冲击实验系统

5.1磁流变冲击缓冲实验原理和组成

5.2密爆发生器

5.3磁流变缓冲器

5.4传感器参数

5.5 dSPACE半实物实时仿真系统

5.6 dSPACE ControlDesk软件系统

5.7电流控制器

5.8本章小结

6.总结与展望

6.1本文的主要工作

6.2未来的研究工作展望

致谢

参考文献

作者攻读博士期间发表论文情况

作者博士期间的学术经历