结构半主动控制磁流变阻尼器流变学模型研究

推导了剪切-阀式磁流变阻尼器在匀速加载条件下的轴对称模型阻尼力理论解,研究了磁流变阻尼器间隙中磁流变液的动力特性,揭示了层间剪切应力沿径向线性分布特征和零剪切应力位置不变性,即剪切应力为零位置始终处于阻尼器间隙的中间位置、不受加载速度影响。在此基础上,将轴对称模型简化为阀式磁流变阻尼器的平行板模型,并通过对磁流变液特性参数与电流之间的相关性拟合导出了磁流变阻尼力与加载速度、输入电流之间的函数关系。为增强非匀速加载条件下磁流变阻尼器平行板模型的适用性,提出了改进平行板模型,与实验数据的对比分析表明,改进平行板模型具有较好的精度,为结构半主动控制中磁流变阻尼器输入电流的高效反算提供了基础。     

基于磁化机理的超磁致伸缩执行器磁滞模型

通过分析超磁致伸缩材料磁畴在外加磁场作用下的运动规律,建立了超磁致伸缩执行器基于磁化机理的磁滞模型。该模型结合执行器的工作条件,充分考虑了材料的非线性和滞回特性。模型包括磁致伸缩和磁化两个子模型,磁致伸缩模型描述了材料应变λ跟磁化强度M之间的关系;磁化模型描述了有效磁场Heff、无磁滞磁化Man、可逆磁化Mrev、不可逆磁化Mirr、总磁化强度M之间的关系。通过对实验测试结果进行分析,验证了模型能准确描述输入电流I与输出应变λ之间的关系。     

基于自适应神经模糊的磁流变阻尼器非参数化建模

磁流变阻尼器具有很强的非线性特性,准确描述磁流变阻尼器输入、输出之间的非线性关系,对提高磁流变减振系统的控制精度,保持控制系统稳定性,具有重要意义。针对经典参数化建模存在的大量参数辨识和计算复杂问题,采用自适应神经模糊系统理论,根据磁流变阻尼器实验模型,建立了磁流变阻尼器非参数化模型。它包括两个自适应神经模糊子系统,分别对特定电压下,磁流变阻尼器输入、输出关系以及电压变化导致的阻尼力输出等级进行描述。研究表明：基于自适应神经模糊理论的磁流变阻尼器非参数化模型,能以很高的精度逼近磁流变阻尼器实验模型,真实反映磁流变阻尼器的非线性特性。由于非参数化模型的计算工作量大大减少,有利于实现磁流变减振系统的精确与快速控制。     

磁流变软启动传动装置的I-T关系研究

 磁流变软启动传动装置引入磁流变液作为传递转矩的工作介质。介绍了磁流变软启动传动装置的工作原理及基本结构,以Bingham模型和曲线拟合为手段,给出了建立磁流变软启动传动装置输入电流I和输出转矩T的非线性关系的方法,为该装置的可靠设计和有效控制提供了科学理论依据。     

基于修正Backlash滞环的磁流变减振器建模

针对磁流变减振器在半主动控制应用中的非线性建模问题,借鉴电磁学中描述磁滞现象的方法,引入动态Backlash like模型描述阻尼力-速度特性中的滞回现象,兼顾磁流变减振器在不同电流及不同频率时的动特性,利用Sigmoid函数修正Backlash滞环,并考虑磁流变液屈服后黏性及充气压力作用,并联一个弹簧-阻尼系统,从而提出一种修正Backlash滞环的参数化模型.在试验台架上对自制的磁流变减振器进行不同电流和频率下的动特性试验,用试验数据对模型参数进行辨识,并验证了该模型的预测性能,预测误差小于10%～15%.该模型结构简单,能较精确地描述和预测磁流变减振器动特性,具有良好的实用价值.     

基于Bouc-Wen方程的磁流变阻尼器实验建模

在实验数据的基础上建立了磁流变阻尼器输出力与不同定常电流控制量的关系,讨论了提高预测精度的方法,对修正Bouc-Wen模型进行了进一步的简化修正.新的模型继承了Bouc-Wen模型对激励的适应能力,没有使用修正Bouc-Wen模型中参数随控制电压线性变化的函数,将控制量从Bouc-Wen方程中分离了出来.本文模型的预测结果与实验数据相一致,表明本文提出的模型能准确地预测不同谐波激励和不同定常电流控制下的磁流变阻尼器输出力.     

磁流变液阻尼器用于振动控制的理论及实验研究

磁流变液阻尼器作为一种可调阻尼元件,具有控制方便,响应迅速、能耗小、结构简单等特点,在振动控制领域有广泛的应用前景,本文分析了磁流变液阻尼器的四种非线性模型,从理论和实验两方面研究了磁流变液阻尼器在一种振动控制装置中的应用,理论分析和实验表明：磁流变流阻尼器随着控制电流的加大,施加于磁流变液的磁场加强而控制效果更加明显;磁流变液阻尼器在施加控制电流时反应迅速,且在低频时具有显著的振动控制效果。     

双筒磁流变阻尼器动力学特性研究

对双筒磁流变阻尼器进行动力学实验和实验数据分析,基于Bingham塑性模型建立了双筒磁流变阻尼器的力学模型。模型公式中各项与理论相对应,具有清晰的物理意义,各参数的物理量可以根据实验数据确定,其表达形式易于实际控制器设计和磁流变阻尼器的结构设计。通过对不同电流、不同加速度下磁流变阻尼器的动力学实验,验证了磁滞现象与加速度有关。     

基于磁流变装置的高速电主轴动态加载系统研究

为有效预测高速电主轴的寿命并评价其精度保持性,需要对高速状态下的电主轴进行动态加载测试。应用磁流变液对电主轴进行动态加载并进行加载性能测试。介绍该加载系统的构成与原理,并通过电磁仿真与实验,获取力矩-电流、力矩-时间变化规律,探讨高速下磁流变液的剪切模型,并对原始公式予以修正。理论计算与实验结果表明修正模型及分析流程具有一定精度,说明磁流变液的粘度和剪切屈服应力会随转速、电流的改变而变化,也验证该加载系统的正确性和可行性,为高速电主轴的动态加载性能研究提出了一种全新的方法。     

驾驶员座椅半主动空气悬架系统振动特性实验研究

构建了座椅半主动悬架振动特性测试实验系统,将带附加气室的空气弹簧、比例流量阀及磁流变减振器同时应用于座椅悬架,通过控制比例流量阀输入电压和磁流变减振器输入电流调节座椅悬架系统的刚度和阻尼,对不同参变量下座椅悬架系统的振动特性进行了实验研究。研究结果表明,在共振区,比例阀输入电压和磁流变输入电流的变化对系统位移传递率和加速度均方根值影响较大,而在低频振动区和隔振区影响较小;比例阀电压的增大可以降低系统的共振频率,磁流变电流的增大可以减小系统在共振区的位移传递率和加速度均方根值。     

A New High-Frequency Current Standard

A short-circuited-ring electrodynamic ammeter is described. The short-circuited ring is supported by a fine quartz fiber and is suspended midway between the inner and outer conductors of a coaxial transmission line. The current on the line is found by measuring the torque exerted against the ring by the current on the coaxial line. A new technique is given for determining the relationship between the torque on the ring and the current on the transmission line, and is compared with the technique used in the past. The new method is an application of the resonator action theorem used by Cullen for calibrating a torque-operated microwave wattmeter. The major weakness in the previous evaluations of the torque-current relation is discussed. The ammeter is useful for measuring current from 1 to 100 amperes over the frequency range 1 MHz to 1 GHz, with an uncertainty of the order of 0.5 percent.     

基于动态自由能磁滞模型的GMM-FBG电流传感器磁滞建模与参数辨识

为解决GMM-FBG电流传感器中存在的磁滞非线性和涡流损失问题,提出了一种耦合涡流损失模型的动态自由能磁滞模型,采用非线性遗传算法对该模型进行参数辨识和优化,提高了模型在工频下对磁滞曲线的预测精度.搭建了 GMM-FBG电流传感器实验平台,利用所建的磁滞模型对传感系统进行建模补偿和实验验证.实验结果表明该模型能够较好地...     

Actuator gains for a toothless permanent-magnet self-bearing motor

Permanent-magnet self-bearing motors provide independent bearing and motoring functionality in a single magnetic actuator. Typically, self-bearing motor designs use toothed stators to provide minimum reluctance flux paths that create the magnetic bearing forces necessary to support the rotor. These toothed designs can have significant cogging torque, rendering them ineffective for smooth torque applications such as those found in aerospace. A toothless permanent-magnet self-bearing motor can provide smooth torque production and adequate bearing force for low-gravity environments. Characterization of the open-loop gains for this actuator is necessary for linear controller development. In this paper simple algebraic equations are derived for the motoring and bearing current gains, and an analytical method is presented for computing the negative stiffness. The analytical method solves the Dirichlet boundary value problem (BVP) in the eccentric annulus for the magnetomotive force (MMF) in the air gap subject to harmonic boundary conditions. A conformal transformation to bipolar coordinates is used, yielding a BVP that is solvable by separation of variables. Expressions for the flux density, Maxwell force on the rotor, and the negative stiffness in terms of the MMF are presented. A sample problem is presented that illustrates the flux distribution in the air gap and the operating principals of this actuator type     

基于系统相似方法的叠堆型压电驱动器非线性动力学建模及实验研究

根据机械系统与电气系统的相似方法,将叠堆型压电驱动器的非线性电-机械耦合模型完全转换到电气域内,建立了其非线性相似电路模型;给出了非线性相似电路模型中迟滞因子的辨识方法,并对某款商用叠堆型压电驱动器进行了迟滞因子的辨识试验;基于非线性相似电路模型和迟滞因子的辨识结果,对该款叠堆型压电驱动器的非线性特性进行了仿真分析,得到了其非线性位移迟滞回线;仿真结果与试验结果吻合,证明了该建模过程与辨识方法的正确性。该建模方法在电气域内对叠堆型压电驱动器电-机械耦合特性及非线性迟滞特性进行描述,建模过程物理意义清晰且简单实用,对于研究压电驱动器的动态特性及控制算法具有实际意义。     

基于PSO算法的GMM改进J-A磁滞模型的参数辨识与验证

为了解决现有的GMM-FBG电流传感器的磁滞非线性问题,基于经典的J-A磁滞模型提出了一种改进的适用于低频(<120Hz)条件下的J-A模型。采用粒子群(PSO)算法对改进后的J-A模型进行了分段参数辨识与优化,提高了模型的预测精度。搭建了相应的GMM-FBG交流电流传感系统实验平台,运用所提出的改进的J-A模型对GMM-FBG电流传感器进行了磁滞建模和实验验证。实验及仿真结果证实该模型具有良好的预测性,模型的预测误差在2.5%以内,传感系统的电流测量灵敏度达到0.067nm/A。     

Measurement and analysis of hysteresis torque in a high-speed induction machine

Hysteresis torque is analysed in a high-speed induction machine where the rotor is solid and made of a semihard magnetic material. The hysteresis torque is investigated at first with no load and experimental and numerical methods are considered. The analysis of hysteresis torque is then extended to rated conditions. The numerical modelling is conducted with accurate Preisach hysteresis models coupled with the finite-element method. The hysteresis torque is found to be relatively significant and represents 8% of the rated torque of the studied machine.     

剪切型磁流变流体阻尼器--柔性转子系统动力特性的理论和试验研究

首先给出了剪切型磁流变流体阻尼器--柔性转子系统不平衡响应的试验结果,然后提出了磁流变流体阻尼器动力特性的一般模型,在基于Bingham流体模型的基础上从理论上研究了剪切型磁流变流体阻尼器--柔性转子系统的不平衡响应.理论结果虽与试验结果在定性上较为一致,但磁流变流体阻尼器的动力模型仍需改进.     

基于模糊控制的微操作平台位置精度补偿方法

由于压电式微操作平台的迟滞非线性会导致其位置精度和动态性能下降,且难以建立精确的迟滞非线性模型,采用一种基于模糊控制策略的位置精度补偿方法,以摆脱对迟滞模型的依赖。以一种一维压电式微操作平台为对象,以平台的位置偏差与偏差变化率为模糊输入,压电驱动器输入电压变化量为模糊输出,提出采用基于PID控制的实验数据获取经验来制定模糊规则的方法。通过模糊推理和解模糊过程,建立平台输入量与输出量之间的模糊关系,实现了可消除迟滞现象的自适应补偿。为了说明所提出的位置精度补偿方法的可行性,通过实验与PID控制进行比较,分析平台跟踪不同频率正弦信号的位置误差。实验结果表明,所提出的模糊控制方法能使平台具有更高的位置跟踪精度和更快的跟踪速度,并具有较好的自适应性。