磁流变阻尼器减振控制算法研究

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1、第一章绪论1．1磁流变阻尼减振控制发展背景1．1．1磁流变液流变机理磁流变液(MagnetorhelogicalFluids，简称MRF)是Rabinow(1948)发明和研制的，是一种可控液体，由微米级的磁性颗粒与绝缘载液和稳定剂混合而成，在无磁场作用下其流变特性为牛顿流动，而在外加磁场作用下其流变特性发生急剧变化，其基本特征是随着磁场强度的增加能在瞬间(毫秒级)从自由流动的液体转变为半固态甚至固态，呈现可控的屈服强度，而且这种变化是可逆的⋯。因此只要改变外加磁场强度的大小，就可以起到改变液体阻尼系数的效果。磁流变材料有以下优异的性能阳¨引：需要的外加控制

2、电流小；在相同的功耗条件下，磁流变材料的剪切屈服应力是电流变材料剪切屈服应力的2050倍；磁流变材料对杂质影响不敏感，稳定性较强；控制电流引起的磁场转换对液体阻尼系数变化的影响仅需毫秒级的时间。1．1．2磁流变阻尼器的工作模式磁流变效应的原理是在外加磁场的作用下，磁流变液中随机分布的磁极化粒子沿磁场方向运动，磁化运动使粒子首尾相联，形成链状或网状结构，从而使磁流变液的流动特性发生变化，进而使阻尼器阻尼通道两端的压力差发生变化，从而改变液体的阻尼系数，达到改变阻尼力的目的H1。磁流变液能制成各种各样的阻尼器件，磁流变阻尼器的最大阻尼力依赖于磁流变液的特性、流动

3、模式以及磁流变阻尼器的物理尺寸。磁流变装置的工作模式主要有以下三种哺1。(1)流动模式：磁流变液在压力作用下通过固定的磁极时，磁流变液流动的方向与磁场方向垂直，可以通过改变励磁线圈的电流来控制磁流变阻尼器件的阻尼力。这种工作模式多用于开发伺服阀、减振器、阻尼器和制动器等。(2)剪切模式：磁流变液在可移动磁极的作用下通过可控磁场时，磁极移动方向与磁场方向相互垂直，磁流变液受到两板相对运动产生剪切作用。这种工作模式多用于开发离合器、制动器、夹具、阻尼器等。(3)挤压模式：当磁极移动方向与磁场方向相同时，磁流变液在磁极压力的作广东工业人学工学硕士学位论文用下向四周

4、流动，磁场方向与磁流变液流动方向垂直。因为磁极移动位移较小，磁流变液产生的阻尼力较大，所以多用于小位移大阻尼的磁流变器件，主要是应用于一些小幅振动的减振器。1．1．3磁流变阻尼器减振控制技术振动控制可以分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。被动控制是一种不需要外部能源输入提供控制力，控制过程不依赖结构反应和外界干扰信息的控制技术。同理，主动控制是有外加能源的控制。主要由传感器、运算器和执行器三部分构成。半主动控制∞3是有少量外加能源的控制。混合控制是同时应用被动控制和主动控制，或同时应用不止一种控制装置的控制方法。四种控制技术中，主动控制效果最好，但

5、需要的外加能源较大，控制算法也较复杂；被动控制容易实现但控制精度不高；半主动控制综合了主动控制和被动控制的优点，它既具有被动控制系统的可靠性，又具有主动控制系统的强适应性。很多研究表明，合理的半主动控制系统能够实现主动控制系统的控制效果n1，因此半主动控制具有广阔的应用和发展前景。混合控制可以综合几种控制方法的优点，具有良好的控制效果，但结构相对比较复杂。磁流变阻尼减振控制就是一种半主动控制技术。基于磁流变特性的突出优点，这项技术近年来得到了广泛的研究和应用。在土木工程领域、机械传动系统、航空航天系统以及机械平台系统等随3很多方面有广阔的应用前景。1．2国内

6、外研究现状1．2．1磁流变阻尼器研究现状利用磁流变液设计制作阻尼耗能器件在近些年得到了广泛重视，这种新型智能材料可控性较好，在系统减振控制中有良好的应用前景。目前，磁流变阻尼器在一些国家已进入工程应用阶段，主要是用于建筑、机械和汽车结构等领域。美、德、日等国家在磁流变阻尼器的研制和应用上处于领先地位，国内的研制工作起步较晚，目前还处于试验与摸索阶段。1994年，美国Lord公司Carlson和Weiss∞3通过分析磁流变液的特性，指出磁流变液在场致屈服应力、实用温度范围，物理化学稳定性，能耗等方面均优于电流变液，由此开创了国际上磁流变液研究的新局面。随后，他

7、们开发了一种基2第一章绪论于磁流变阻尼器的汽车半主动座椅悬架系统一MotionMaster，并申请了专利。经实验室测试，该座椅悬架系统可以有效降低40％的振动和49％的冲击。该系统l998年被应用于载重卡车，2001年和2002年分别推广到公共汽车和农用车辆，乘客在使用报告中反映使用该悬架后减轻了背痛和疲倦。美国马里兰大学航空工程系n纠开发出了一种充气补偿结构的磁流变阻尼器。美国NotreDame大学的Dyke和Spencer⋯1等人将磁流变阻尼器用于大型结构地震响应控制。Kamathn23对一种用于直升机旋翼系统稳定性控制的磁流变阻尼器的比例模型在通电或断

8、电、单个或成对使用、施加不同载荷、单频或双频等多种条