基于电流变和DSP技术的轨道车辆减振器研究

摘要

电流变技术是一项国际范围内的高新技术,在世界各国、各行各业引起了广泛的关注.它的核心是电流变流体,这种流体在电场作用下其流变性能会发生快速、连续、可逆的变化.使用电流变流体作为工作介质的轨道车辆减振器可以在电场的作用下,产生连续可控的阻尼力以实现轨道车辆良好的乘坐舒适性和操纵平稳性,是电流变技术应用中的一个研究热点.现有的研究基本都是用由外部提供能源的电流变减振器替代悬挂系统中的被动阻尼器,进行控制特性的研究.该文采用了专为控制设计的一款DSP芯片为控制核心来进行整个电流变减振器系统的控制研究.该文的主要研究工作如下:1.电流变流体的研究;详细介绍了电流变流体的力学性能,分析了各种组成成分在电流变流体中的作用及其对电流变流体性能的影响;考虑了影响电流变效应的各种因素;从工程应用角度提出并分析了电流变流体的力学性能要求.2.电流变减振器的研究;介绍了电流变减振器的工作原理,分析了常见的几种电流变减振器的结构、特点,确定了该文所采用的减振器类型,并在仔细研究了电流变流体力学性能的基础上建立了电流变减振器在流体低、高速流动时的两种数学模型.为实现控制及仿真提供了有力的根据.3.半主动控制模型的建立及最优控制;介绍了悬挂的几种类型,采用最优控制规律,推导出了主动、半主动悬挂的控制方程,并编制了MATLAB程序进行了仿真,通过仿真,证明了所建模型的有效性.4.DSP控制软、硬件的实现及仿真;详细介绍DSP芯片的特点、结构、丰富的片内资源、高效的指令代码,并根据前述的控制模型,给出了控制原理图、系统框图,设计了控制电路,编制了控制软件.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外研究动态

1.2.1电流变技术的发展

1.2.2电流变流体减振器的现状

1.2.3振动主动控制技术的研究现状

1.3本文研究的主要内容

第二章电流变效应与电流变流体选择

2.1影响电流变效应的主要因素

2.2电流变流体的力学性能

2.2.1基本概念

2.2.2几个重要性能指标之间的关系

2.3电流变流体的其它性能

2.4电流变流体的选择

2.4.1国外几种成功电流变流体

2.4.2单相电流变流体与微粒悬浮型液的比较

2.4.3微粒悬浮型电流变流体的成分及其作用简介

2.6本章小结

第三章电流变减振器的结构及数学模型

3.1电流变减振器结构研究

3.1.1三种电流变流体工作方式的对比

3.1.2电流变减振器的结构

3.2电流变减振器的数学模型

3.3本章小结

第四章电流变减振器控制策略研究

4.1采用不同悬挂方式时车辆的简化力学模型

4.2控制策略的确定

4.3采用不同悬挂方式时的车辆运动方程

4.3.1被动悬挂系统的运动微分方程

4.3.2主动悬挂系统的运动状态方程

4.3.3半主动悬挂系统的运动状态方程

4.4三种悬挂系统减振效果的比较

4.4.1单优化目标的控制仿真

4.4.2双优化目标的控制仿真

4.5本章小结

第五章基于DSP的电流变减振器的控制器设计与实现

5.1数字信号处理器(DSP)

5.1.1 DSP的发展历程

5.1.2 DSP的特点

5.2数控电流变减振器系统的基本原理

5.3数控电流变减振器系统的整体结构

5.4半主动控制器的数字实现

5.4.1控制方程的离散化

5.4.2控制器硬件电路的实现

5.5控制器数控程序的编制

5.5.1 LF2407A实现浮点运算

5.5.2实时控制程序的设计

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1本文的主要工作及贡献

6.2有关进一步研究和开发的思考

附录

1、部分MATLAB仿真程序如下：

2、A/D转化汇编源程序。

致谢

参考文献

西北大学学位论文知识产权声明书和原创性声明