基于磁流变减摆器的修正Bouc-Wen模型参数辨识

磁流变阻尼器现已应用于多个领域,但其低速下的动力学滞回特性是许多数学模型难以解决的问题。文章在磁流变减摆器阻尼力特性实验数据的基础上,基于修正Bouc-Wen模型,建立了含滞回环的非线性阻尼力计算模型。通过数学计算,分析模型参数对滞回环大小及旋转方向的影响,并对模型进行参数辨识。对比模型仿真数据与实验数据,结果表明:基于修正Bouc-Wen模型建立的非线性阻尼力计算模型,仿真结果与实验数据拟合程度高,模型能够准确地体现磁流变减摆器在低速下的动力学滞回特性。     

基于磁流变阻尼器的半主动控制方法研究

磁流变阻尼器具有温度适应性强、响应快、能耗低等优点,它在振动控制领域的应用被广泛关注,但由于其内在的非线性滞回力学特性,实际应用中并未充分发挥其优点.对磁流变阻尼器的动力学模型进行讨论,并对各种控制方法进行比较分析.根据其非线性滞回特性,提出二阶微分方程模型,并采用非线性反馈方法对其进行非线性反馈线性化控制.结果表明:基于二阶微分方程的模型能更好地拟合磁流变阻尼器非线性滞回特性,采用该模型进行非线性反馈控制能得到较好的控制效果.     

磁流变阻尼器阻尼力建模及实验分析

结合理论分析与实验数据,提出了关于磁流变液的非线性正弦曲线粘滞环阻尼力模型,并给出了模型中参数的确定方法。该模型能较好地反映磁流变液的滞回特性,与自行设计的阻尼器的实验数据有较高的拟合精度。该力学模型方便计算与控制研究,有较高的实用价值。     

基于NARX神经网络的磁流变阻尼器模型研究

为了能够较精确地拟合磁流变阻尼器在低速区的非线性及滞回特性,提出一种基于NARX神经网络的磁流变阻尼器动力学模型。以力学性能实验数据为前提,利用LMBP算法训练NARX神经网络的串-并行结构,然后将串-并行结构转化为并行结构,使得NARX神经网络模型能够在不同电流值下得到与实验结果相吻合的输出值。最后将实验结果和模型结果进行对比,通过比较两者所得的结果发现NARX神经网络模型的计算结果与实验结果的最大相对误差仅为3.77%,而且该模型能够表征磁流变阻尼器在低速区的非线性及滞回特性,证明NARX神经网络模型在处理磁流变阻尼器的非线性及滞回特性力学行为具有较高的拟合精度。     

环形折线阻尼通道磁流变阻尼器设计与分析

依据磁流变阻尼器的技术要求,对具有阻尼通道有效长度短、阻尼力小、行程有限等缺点的环形通道磁流变阻尼器进行改进,提出自行设计的环形折线阻尼通道磁流变阻尼器。对该新型磁流变阻尼器与环形通道磁流变阻尼器进行对比,并建立了该阻尼器的力学模型。然后从阻尼力角度出发,对该阻尼器的阻尼通道间隙h进行理论分析。最后应用MATLAB软件对该阻尼器和环形通道阻尼器建模,绘制电流和阻尼力之间的关系曲线,从比较结果可知新型磁流变阻尼器输出的阻尼力要超过环形通道磁流变阻尼器输出的阻尼力约为2倍以上。     

双线圈磁流变阻尼器动力特性实验研究

设计了一种双线圈磁流变阻尼器,并介绍了其工作原理。在INSTRON拉伸机上对所设计的双线圈磁流变阻尼器的动力特性进行了试验测试,分析了双线圈通同向电流、通异向电流以及固定其中一个线圈电流,改变另外一个线圈电流这3种电流加载条件下的阻尼器动力特性,同时对比分析了不同拉伸位移和不同加载频率下的阻尼力随位移及阻尼力随速度变化的关系。结果表明:该阻尼器的零磁场强度下的阻尼力值为120 N;改变加载频率和拉伸位移,发现加载频率变化对阻尼力大小影响较大;双线圈通异向电流时的阻尼力明显大于通同向电流时的阻尼力,通异向电流1.0 A时阻尼力最大能达到1.21 k N;固定一个线圈电流,改变另一个线圈的电流,总电流相等时其阻尼力基本相等,说明所设计的双线圈产生的磁场也相等,具有较好的对称性。     

基于最小二乘法和BP神经网络的磁流变阻尼器H-B模型参数辨识方法

针对Bingham模型磁流变阻尼器由于剪切稀化效应带来的阻尼力计算误差,在理论和仿真分析的基础上,提出一种最小二乘法和BP神经网络相结合的方法,对磁流变阻尼器H-B模型进行参数辨识,获得各参数与电流的关系,从而对磁流变阻尼器的阻尼力进行准确计算。最后通过磁流变阻尼器实验对理论方法进行验证。结果表明：借助于磁流变阻尼器的仿真分析,最小二乘法和BP神经网络相结合的磁流变阻尼器H-B模型参数辨识方法精确度高、吻合性好,验证了参数辨识结果的通用性及准确性。     

多环槽式磁流变阻尼器阻尼力计算及实验结果分析

根据节流和剪切混合模型及工作原理设计加工了双出杆多环槽式磁流变阻尼器,结合实验建立了计算磁流变阻尼器的阻尼力的数学模型,并拟合出以电流为参数的速度与阻尼力的实验公式,该公式具有参数少、拟合精度高的特点.     

磁流变阻尼器的多目标优化设计与实验研究

针对现有磁流变阻尼器功耗大、输出阻尼力低的问题，以磁流变阻尼器的低功耗化及轻量化为优化目标，建立磁流变阻尼器结构参数与优化目标之间的关系模型；采用多目标遗传算法对其结构参数进行优化，得出最优解；对优化后的磁流变阻尼器进行试验研究，验证所选参数的合理性。研究结果表明：优化后磁流变阻尼器的平均功耗降低了46%、最大阻尼力增加了30%；磁流变阻尼器的功耗与阻尼力之间存在相互平衡关系，为磁流变阻尼器的参数设计提供了理论和实验依据。     

泡沫金属磁流变液阻尼器的半主动控制特性研究

设计了一种新型的泡沫金属磁流变液阻尼器。在磁场的作用下,磁流变液从泡沫金属中抽出进入到间隙,并产生可控阻尼力。针对泡沫金属磁流变阻尼器,搭建测试系统,通过激振器产生激励并施加给被控对象;采用激光位移传感器采集振动信号,采集卡将信号输入到计算机中;利用PID控制处理信号并输出电流,从而调节泡沫金属磁流变液阻尼器输出的阻尼力,控制外界结构的振动。实验结果表明,泡沫金属磁流变液阻尼器的可控阻尼性能良好,进一步验证了泡沫金属磁流变液阻尼器的半主动控制效果。     

CuZnAl形状记忆合金热机械循环滞回曲线与振动衰减特性研究

运用电子万能拉伸试验机、动态数据采集分析仪,测试了CuZnAl形状记忆合金的力-变形滞回曲线和安装有CuZnAl形状记忆合金耗能器框架结构的减振性能.借助透射电镜、X射线衍射仪,分析了CuZnAl形状记忆合金热机械循环过程中显微组织的变化.比较了不同热处理方式、不同相变点的CuZnAl形状记忆合金热机械循环后的滞回曲线面积及减振性能.试验结果表明:CuZnAl形状记忆合金用于框架结构的被动振动控制具有较好的减振性能,同时明显降低框架结构的振动频率.马氏体CuZnAl形状记忆合金耗能器具有较大的耗能能力,热机械循环数十次以后滞回面积亦大幅度减小,但相变点高的CuZnAl形状记忆合金的滞回面积减小幅度较小.     

基于CuZnAl形状记忆合金的框架结构抗震减振控制

利用形状记忆合金的本构关系,分析了在自由应力状态下的残余应变与温度的关系.使用动态数据采集分析仪,测试了安装CuZnAl形状记忆合金耗能器的框架结构的减振性能;应用电子万能拉伸试验机测试了CuZnAl形状记忆合金的应力-应变滞回曲线,借助透射电子显微镜,分析了CuZnAl形状记忆合金在热机械循环过程中显微组织的变化;比较了不同热处理工艺对CuZnAl形状记忆合金热机械循环后的滞回曲线面积及减振性能的影响.结果表明:CuZnAl形状记忆合金用于框架结构具有较好的减振效果,可明显降低框架结构的振动频率,其中马氏体CuZnAl形状记忆合金耗能器具有较大的耗能能力,经室温水淬时效7 h处理后减振效果最好.     

功能集成型磁流变阻尼器结构设计研究进展

磁流变阻尼器(MRD)是一种广泛应用于汽车悬架、桥梁建筑等领域的智能减振器件。为使MRD在半主动系统中控制效果更好,同时避免传统MRD工作过程中振动机械能以热能方式耗散,MRD功能集成就显得尤为重要。阐述了传统MRD工作原理及其在车辆悬架中的应用,并结合功能集成思想,详细分析了自感应型、振动能量采集型以及自感应自供电型等功能集成型MRD的结构、工作原理及国内外研究现状;同时介绍了课题组研制的系列功能集成型MRD。相关分析结果可为功能集成型MRD结构设计及工程应用提供一定的理论参考。     

新型磁流变液压伺服阀测试系统控制器设计

新型磁流变伺服阀由磁流变阻尼阀构成,阻尼阀由专用的电流控制器控制,依据电流调节改变磁场强度达到控制阻尼阀中液体阻尼力大小的目的。分析了电流控制器的设计原理,据此基于虚拟仪器技术设计出操作软件,针对电流控制器的特点和技术指标,改变输入电压大小以调节电流控制器的输出电流,在阻尼阀动态工作过程中实时监测输入和输出信号以提供分析数据。实验结果显示,该控制器可使得阻尼阀工作稳定,伺服系统性能达到设计要求。     

Friction in feed drives of machine tools: investigation,modeling and validation

Virtual simulation and optimization of the dynamic behavior of machine tools in the development phase is required to satisfy the increasing demands on machine tool performance. While mass and stiffness properties can be simulated with sufficient accuracy, often no suitable damping models are available for the components of machine tools. The commonly used linear damping models are predominantly linear hysteretic or viscous models. However, the linear damping models are often not appropriate to reflect the occurring nonlinear effects in machine tools with the required accuracy. The reason for these nonlinearities are predominantly the friction forces in feed drive components. To resolve these deficits, the friction in feed drive components is comprehensively investigated in this paper, models for friction forces are identified and coupled with a reduced, flexible multi-body system. With the identified friction models the measured friction curves can be reproduced very precisely. The coupled, reduced, flexible multi-body model allows to simulate the nonlinear effects and to predict the dynamic behavior of machine tools with high accuracy. Consequently, a further important step towards accurate virtual simulation of machine tools is made.     

基于磁流变阻尼器的滚珠丝杠进给系统主动抑振研究

针对滚珠丝杠进给系统轴向振动影响工件的加工质量和精度保持性的问题,将磁流变阻尼器应用于机床滚珠丝杠进给系统轴向抑振。设计磁流变阻尼器,进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,采用最小二乘法和BP神经网络对阻尼力进行了辨识。建立带有磁流变阻尼器的机床滚珠丝杠进给系统单自由度振动模型,基于Runge-Kutta法计算了系统的动态响应。通过数值计算发现：阻尼器输入电流由零逐渐增大时,系统能够快速趋向于稳定;由幅频曲线可以看出,磁流变阻尼器抑制滚珠丝杠进给系统的振动是可行的。最后试验验证了磁流变阻尼器能够很好地抑制滚珠丝杠进给系统的振动。     

基于Matlab磁流变阻尼器Bouc-Wen模型的参数识别

为解决磁流变阻尼器Bouc-Wen模型参数识别方法复杂、不易实现的难题,采用Matlab中的Simulink Design Optimization工具,在Simulink中搭建Bouc-Wen模型,利用磁流变阻尼器力学特性试验得到的试验数据,对Bouc-Wen模型进行参数识别。结合各参数的物理意义对得到的识别结果进行分析,确定出阻尼力调控参数,并在Matlab中进行线性拟合,得到其与电流的函数关系。最后搭建考虑阻尼力调控参数的Bouc-Wen仿真模型,用不同幅值和频率的正弦激励进行仿真,并将仿真结果和试验数据进行对比。结果表明:仿真结果和试验数据能够很好的吻合,得到的参数满足要求。