磁流变阻尼器模型比较与控制研究

摘要

磁流变阻尼器(Magneto-Rheological Fluids Damper，MRD)应用于智能车辆悬架系统设计是一新兴的国际前沿研究课题。由于MRD的阻尼力对外加直流磁场、激励幅度和频率具有很强的依赖特性，且呈强滞环和饱和非线性特性，因此建立准确的MRD特性模型，以及设计能满足智能车辆悬架系统多目标性能、且能补偿MRD滞环非线性特性的混合半主动控制器，是目前急需解决的挑战性任务。 论文在综合分析国内外学者提出的MRD各种滞环阻尼力.速度特性模型基础上，提出了MRD的依赖于直流磁场的电流控制特性和依赖于激励性质的滞环算子可分离的半主动控制特性，建立了相应的电流控制与滞环特性相分离的一般化模型，且易于求解其逆模型。应用提出的基于Sigmoid的电流控制函数对典型的非线性滞环双粘滞模型、现象模型、S型滞环模型和通用滞环模型进行了修正，并针对某型号MRD，应用其实验数据对这些修正模型的参数进行了辨识。将这些修正模型分别与四分之一车辆悬架模型相结合，采用经典的“天蓬”半主动控制策略，在谐波、平滑阶跃和随机路面激励作用下，对这些修正模型在不同激励信号作用下的工作特性进行了对比分析研究。结果表明：修正后的模型均具有准确适应控制电流变化的能力，且在不同控制电流和激励作用下，修正模型的计算结果都能较好地拟合试验结果，模型的准确性得到了明显提高。 论文进一步应用通用滞环模型和改进的“开-关”阻尼控制律，以及由对称阻尼型MRD产生不对称阻尼特性控制算法，设计了一种基于逆模型的混合半主动控制器。将该控制器与基于通用滞环模型的四分之一车辆悬架模型相结合，在车辆运行速度和负荷，以及路面粗糙程度等条件变化时，对悬架系统的性能和该半主动控制器的鲁棒性进行了系统的分析。结果表明：提出的基于逆模型半主动控制器设计对于车辆运行条件的不确定性具有良好的鲁棒特性，能抑制MRD滞环非线性和“开-关”特性引起的瞬时冲击。该研究成果对实现车辆共振抑制、振动隔离、悬架空间、车轮接地等多目标悬架性能的MRD智能车辆半主动悬架设计具有重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一章绪论

1.1磁流变阻尼器在智能车辆悬架中的应用研究

1.2本课题国内外研究现状

1.3研究目的和意义

1.4本文的主要研究内容

第二章磁流变阻尼器的工作原理与试验

2.1磁流变阻尼器的构造和工作原理

2.2磁流变阻尼器的工作模式

2.3磁流变阻尼器的工作特性

2.3.1速度特性

2.3.2示功特性

2.4磁流变阻尼器的试验方法

2.5测试结果及分析

2.6结论

第三章磁流变阻尼器的动力学模型

3.1概述

3.2利用线性分段函数建模

3.2.1宾汉姆(Bingham)粘塑性模型

3.2.2修正的宾汉姆(Bingham)模型

3.2.3非线性双粘性模型

3.2.4非线性滞环双粘滞模型

3.3利用Bouc-Wen方程建模

3.3.1 Bouc-Wen模型

3.3.2修正的Bouc-Wen模型

3.3.3基于Bouc-Wen模型的现象模型

3.4利用多项式建模

3.5利用Sigmoid函数建模

3.5.1 Sigmoid模型

3.5.2双Sigmoid模型

3.5.3基于Sigmoid函数的通用滞环模型

3.6利用智能理论建模

3.7其它滞环模型

3.7.1 S型滞环模型

3.7.2非线性滞环模型

3.8结论

第四章控制与滞环特性相分离的模型

4.1概述

4.2控制与滞环特性相分离的滞环模型

4.2.1非线性滞环双粘滞模型的修正

4.2.2现象模型的修正

4.2.3 S型滞环模型的修正

4.3修正模型有效性验证

4.3.1参数辨识

4.3.2模型验证

4.3.3修正模型比较分析

4.3.4误差分析

4.4结论

第五章修正模型的实例验证

5.1概述

5.2基于磁流变阻尼器的车辆悬架模型

5.3路面激励信号

5.3.1连续输入模型

5.3.2冲击输入模型

5.4基于Skyhook的半主动控制策略

5.5数值仿真

5.6不同滞环模型的控制效果比较

5.6.1冲击激励作用下悬架的时域响应

5.6.2特殊路面输入作用下悬架的时域响应

5.7结论

第六章基于逆模型的混合半主动控制研究

6.1概述

6.2基于逆模型的半主动控制器设计

6.3数值仿真

6.4车辆运行条件变化时的控制效果分析

6.4.1车厢质量变化时的影响

6.4.2行驶速度变化时的影响

6.4.3路面不平度变化时的影响

6.5结论

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

在读期间发表的论文和参加的科研工作

致谢