变参数磁流变阻尼器动力学特性与半主动控制研究

摘要

大型高速机械如高速列车、飞机机翼、航空发动机等是现代工业社会的重要装备，当机械移动载荷的相对速度达到某一速度时，系统有可能进入失稳状态，振动急剧增加，严重影响机构运行的安全性。
　　为了解决传统被动式阻尼器对于失稳而可能失效的问题，基于磁流变材料的半主动控制方法得到广泛研究，传统的磁流变阻尼器只能实现变阻尼，达不到变刚度的效果，磁流变弹性体可以实现变刚度的效果，然而工作行程较小，因此，本文对一款可变刚度磁流变阻尼器进行研究，主要工作内容包括:
　　本文首先介绍了一种紧凑的变刚度磁流变阻尼器，其阻尼特性和刚度特性可以通过控制阻尼器内外筒外加电流分别控制，为进一步说明该阻尼器的变刚度机理，本文基于力学分析建立变刚度磁流变阻尼器的物理模型，分析阻尼器的各个工作阶段，并通过仿真和实验对所提出的物理模型进行了验证;在推导得出系统等效刚度表达式的基础上，定量分析对阻尼器等效刚度及变刚度能力产生影响的各项因子，为变刚度阻尼器的参数设计提供指导。
　　本文随后在几种基本的参数化模型基础上，建立了磁流变阻尼器的正向模型，并结合某双出杆磁流变阻尼器的MTS实验结果，对模型进行参数识别;同时根据电流控制函数方程，得到由阻尼力反推输入电流的阻尼器逆向模型，将阻尼器正向模型与逆向模型相结合，构成阻尼器控制模型。
　　最后，本文设计了用于磁流变阻尼器的半主动控制算法，通过仿真被动控制、天棚控制以及天棚&地棚滑模控制策略，比较不同控制策略的控制效果，为磁流变阻尼器半主动控制的实际应用奠定了基础。

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摘要

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表格清单

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 磁流变器件的国内外研究现状

1．3 研究目的及研究内容

2 磁流变阻尼器的工作原理

2．1 引言

2．2 磁流变液

2．2．1 磁流变液的工作原理

2．2．2 磁流变液的力学模型

2．3 磁流变阻尼器

2．3．1 磁流变阻尼器的工作模式

2．3．2 传统的磁流变阻尼器

2．4 本章小结

3 变刚度磁流变阻尼器的设计与机理研究

3．1 引言

3．2 变刚度磁流变阻尼器的机械结构

3．3 变刚度磁流变阻尼器的数学模型

3．4 变刚度磁流变阻尼器的受力分析与建模

3．5 变刚度磁流变阻尼器物理模型的验证

3．5．1 变刚度磁流变阻尼器的仿真验证

3．5．2 变刚度磁流变阻尼器的实验验证

3．6 阻尼器刚度的影响因素

3．6．1 等效刚度

3．6．2 变刚度能力

3．7 本章小结

4 磁流变阻尼器的控制模型

4．1 引言

4．2 几种基本的磁流变阻尼器的控制模型

4．2．1 Bingham模型

4．2．2 Bouc-Wen模型

4．3 磁流变阻尼器Sigmoid模型

4．3．1 改进的Sigmoid模型

4．3．2 阻尼器拉伸试验

4．3．3 参数识别

4．3．4 模型识别结果仿真

4．4 磁流变阻尼器的逆向模型

4．5 本章小结

5 磁流变阻尼器半主动控制策略

5．1 引言

5．2 振动控制的分类

5．2．1 主动控制、被动控制与半主动控制

5．2．2 磁流变阻尼器半主动控制概述

5．3 控制模型的建立

5．3．1 1/4车悬架系统建模

5．3．2 控制算法的设计

5．4 联合仿真及结果讨论分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 文章主要工作内容

6．2 论文主要工作以及创新点

6．3 后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况