车用磁流变阻尼器的逆模型及其励磁电流驱动器研究

摘要

磁流变液(Magnetorheological fluid)作为一种智能材料，其流变特性在外界磁场作用下能够在牛顿流体和半固体之间连续、可逆、快速的切换。磁流变阻尼器(Magnetorheological damper)是磁流变液的典型应用之一，它可以在机械结构和电气控制之间建立快速的控制接口。作为一种半主动执行器件，磁流变阻尼器在车辆半主动悬架控制系统中具有重大的理论研究价值和应用潜力。然而由于磁流变阻尼器固有的强非线性磁滞特性，其逆力学模型很难建立，使得在工程应用中实现对磁流变阻尼器半主动控制系统精确、快速、有效的控制十分困难。本文基于应用“归一化”概念的变换现象模型，采用多岛遗传算法对该模型参数进行辨识，得到各个励磁电流下对应的模型参数，并采用数据拟合的方法建立了变换现象模型参数与阻尼器线圈中励磁电流的对应关系。提出了一种基于变换现象模型的磁流变阻尼器逆力学模型，并对磁流变阻尼器逆力学模型的建模精度进行了数值仿真。仿真结果表明提出的逆力学模型可以根据磁流变阻尼器的运动状态和期望输出阻尼力精确的预测所需的励磁电流，进而输出期望的阻尼力实现有效的振动控制。然后对磁流变阻尼器的励磁电流驱动器进行了研究，根据磁流变阻尼器的工作要求确定了励磁电流驱动器的性能指标，设计了励磁电流驱动器的各个组成部分并对各部分的电路参数进行了计算。为对电路进行分析和验证，分别建立了电路的仿真模型和实验测试系统。仿真和实验测试结果表明设计的励磁电流驱动器输出电流的线性度好、纹波小、动态响应时间短，各项性能指标均满足磁流变阻尼器的使用要求，满足励磁电流驱动器的设计要求。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 磁流变液和磁流变阻尼器

1．2．1 基于磁流变效应的磁流变液概述

1．2．2 磁流变阻尼器及应用

1．3 磁流变阻尼器力学模型研究现状

1．3．1 磁流变阻尼器正力学模型研究现状

1．3．2 磁流变阻尼器逆力学模型研究现状

1．4 励磁电流驱动器研究现状

1．5 本文研究的目的、意义和内容

1．5．1 研究的目的与意义

1．5．2 研究的主要内容

1．6 本章小结

2 基于变换现象模型的磁流变阻尼器逆力学模型建模

2．1 引言

2．2 磁流变阻尼器变换现象模型简介

2．3 变换现象模型的参数辨识与参数电流化

2．3．1 遗传算法简介

2．3．2 变换现象模型的参数辨识

2．3．3 变换现象模型参数电流化

2．4 磁流变阻尼器逆力学模型建模

2．5 本章小结

3 磁流变阻尼器的逆力学模型数值仿真

3．1 引言

3．2 建立Simulink仿真模型

3．3 实际输出阻尼力的数值仿真

3．3．1 正弦位移激励下输出阻尼力仿真

3．3．2 随机位移激励下输出阻尼力仿真

3．3．3 仿真结果分析

3．4 本章小结

4 励磁电流驱动器设计

4．1 引言

4．2 励磁电流驱动器的方案简介

4．3 Buck降压式直流变换电路

4．3．1 Buck变换电路参数选择

4．3．2 仿真结果

4．4 励磁电流驱动器设计与实验测试

4．4．1 励磁电流驱动器的电路结构

4．4．2 励磁电流驱动器性能测试与结果分析

4．5 本章小结

5 全文总结及展望

5．1 全文总结

5．2 后续研究工作及展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况