磁流變阻尼器減振控制算法研究

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1、第一章緒論1．1磁流變阻尼減振控制發(fā)展背景1．1．1磁流變液流變機(jī)理磁流變液(MagnetorhelogicalFluids，簡(jiǎn)稱MRF)是Rabinow(1948)發(fā)明和研制的，是一種可控液體，由微米級(jí)的磁性顆粒與絕緣載液和穩(wěn)定劑混合而成，在無磁場(chǎng)作用下其流變特性為牛頓流動(dòng)，而在外加磁場(chǎng)作用下其流變特性發(fā)生急劇變化，其基本特征是隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加能在瞬間(毫秒級(jí))從自由流動(dòng)的液體轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虘B(tài)甚至固態(tài)，呈現(xiàn)可控的屈服強(qiáng)度，而且這種變化是可逆的?。因此只要改變外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，就可以起到改變液體阻尼系數(shù)的效果。磁流變材料有以下優(yōu)異的性能陽(yáng)¨引：需要的外加控制

2、電流??；在相同的功耗條件下，磁流變材料的剪切屈服應(yīng)力是電流變材料剪切屈服應(yīng)力的2050倍；磁流變材料對(duì)雜質(zhì)影響不敏感，穩(wěn)定性較強(qiáng)；控制電流引起的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換對(duì)液體阻尼系數(shù)變化的影響僅需毫秒級(jí)的時(shí)間。1．1．2磁流變阻尼器的工作模式磁流變效應(yīng)的原理是在外加磁場(chǎng)的作用下，磁流變液中隨機(jī)分布的磁極化粒子沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，磁化運(yùn)動(dòng)使粒子首尾相聯(lián)，形成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使磁流變液的流動(dòng)特性發(fā)生變化，進(jìn)而使阻尼器阻尼通道兩端的壓力差發(fā)生變化，從而改變液體的阻尼系數(shù)，達(dá)到改變阻尼力的目的H1。磁流變液能制成各種各樣的阻尼器件，磁流變阻尼器的最大阻尼力依賴于磁流變液的特性、流動(dòng)

3、模式以及磁流變阻尼器的物理尺寸。磁流變裝置的工作模式主要有以下三種哺1。(1)流動(dòng)模式：磁流變液在壓力作用下通過固定的磁極時(shí)，磁流變液流動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向垂直，可以通過改變勵(lì)磁線圈的電流來控制磁流變阻尼器件的阻尼力。這種工作模式多用于開發(fā)伺服閥、減振器、阻尼器和制動(dòng)器等。(2)剪切模式：磁流變液在可移動(dòng)磁極的作用下通過可控磁場(chǎng)時(shí)，磁極移動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向相互垂直，磁流變液受到兩板相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生剪切作用。這種工作模式多用于開發(fā)離合器、制動(dòng)器、夾具、阻尼器等。(3)擠壓模式：當(dāng)磁極移動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向相同時(shí)，磁流變液在磁極壓力的作廣東工業(yè)人學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文用下向四周

4、流動(dòng)，磁場(chǎng)方向與磁流變液流動(dòng)方向垂直。因?yàn)榇艠O移動(dòng)位移較小，磁流變液產(chǎn)生的阻尼力較大，所以多用于小位移大阻尼的磁流變器件，主要是應(yīng)用于一些小幅振動(dòng)的減振器。1．1．3磁流變阻尼器減振控制技術(shù)振動(dòng)控制可以分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制。被動(dòng)控制是一種不需要外部能源輸入提供控制力，控制過程不依賴結(jié)構(gòu)反應(yīng)和外界干擾信息的控制技術(shù)。同理，主動(dòng)控制是有外加能源的控制。主要由傳感器、運(yùn)算器和執(zhí)行器三部分構(gòu)成。半主動(dòng)控制∞3是有少量外加能源的控制。混合控制是同時(shí)應(yīng)用被動(dòng)控制和主動(dòng)控制，或同時(shí)應(yīng)用不止一種控制裝置的控制方法。四種控制技術(shù)中，主動(dòng)控制效果最好，但

5、需要的外加能源較大，控制算法也較復(fù)雜；被動(dòng)控制容易實(shí)現(xiàn)但控制精度不高；半主動(dòng)控制綜合了主動(dòng)控制和被動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)，它既具有被動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性，又具有主動(dòng)控制系統(tǒng)的強(qiáng)適應(yīng)性。很多研究表明，合理的半主動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)控制系統(tǒng)的控制效果n1，因此半主動(dòng)控制具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景?；旌峡刂瓶梢跃C合幾種控制方法的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的控制效果，但結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜。磁流變阻尼減振控制就是一種半主動(dòng)控制技術(shù)?；诖帕髯兲匦缘耐怀鰞?yōu)點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)近年來得到了廣泛的研究和應(yīng)用。在土木工程領(lǐng)域、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、航空航天系統(tǒng)以及機(jī)械平臺(tái)系統(tǒng)等隨3很多方面有廣闊的應(yīng)用前景。1．2國(guó)內(nèi)

6、外研究現(xiàn)狀1．2．1磁流變阻尼器研究現(xiàn)狀利用磁流變液設(shè)計(jì)制作阻尼耗能器件在近些年得到了廣泛重視，這種新型智能材料可控性較好，在系統(tǒng)減振控制中有良好的應(yīng)用前景。目前，磁流變阻尼器在一些國(guó)家已進(jìn)入工程應(yīng)用階段，主要是用于建筑、機(jī)械和汽車結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。美、德、日等國(guó)家在磁流變阻尼器的研制和應(yīng)用上處于領(lǐng)先地位，國(guó)內(nèi)的研制工作起步較晚，目前還處于試驗(yàn)與摸索階段。1994年，美國(guó)Lord公司Carlson和Weiss∞3通過分析磁流變液的特性，指出磁流變液在場(chǎng)致屈服應(yīng)力、實(shí)用溫度范圍，物理化學(xué)穩(wěn)定性，能耗等方面均優(yōu)于電流變液，由此開創(chuàng)了國(guó)際上磁流變液研究的新局面。隨后，他

7、們開發(fā)了一種基2第一章緒論于磁流變阻尼器的汽車半主動(dòng)座椅懸架系統(tǒng)一MotionMaster，并申請(qǐng)了專利。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，該座椅懸架系統(tǒng)可以有效降低40％的振動(dòng)和49％的沖擊。該系統(tǒng)l998年被應(yīng)用于載重卡車，2001年和2002年分別推廣到公共汽車和農(nóng)用車輛，乘客在使用報(bào)告中反映使用該懸架后減輕了背痛和疲倦。美國(guó)馬里蘭大學(xué)航空工程系n糾開發(fā)出了一種充氣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的磁流變阻尼器。美國(guó)NotreDame大學(xué)的Dyke和Spencer?1等人將磁流變阻尼器用于大型結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制。Kamathn23對(duì)一種用于直升機(jī)旋翼系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的磁流變阻尼器的比例模型在通電或斷

8、電、單個(gè)或成對(duì)使用、施加不同載荷、單頻或雙頻等多種條