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。     

参数慢变非线性磁流变悬架系统主共振研究

针对磁流变减振器会随工作温度变化阻尼力发生改变,进而降低磁流变悬架系统性能的问题,基于传热学方程和参数慢变非线性振动理论研究温度变化对磁流变非线性悬架系统的主共振动力学行为的影响。根据传热学理论建立磁流变阻尼器工作区域能量微分方程,用数值方法求出温度变化规律,用改进的Bingham模型计算磁流变阻尼力;建立慢变参数磁流变非线性悬架系统动力学方程,利用平均法求解主共振激励下的动行程稳态幅值响应。研究表明,随着磁流变阻尼器运行时间增加,温度逐渐升高,阻尼器输出阻尼力大幅降低,悬架动行程稳态振幅变化量也越大,导致悬架系统性能偏离设计目标。     

基于3-RPC并联机构的三维振动隔离系统的动力学建模与控制研究

基于车体振动的特点提出一种应用于车载设备的三维隔振系统,建立了该系统的半主动模糊最优控制模型,并通过实验验证了该多维隔振系统的性能。该系统通过使用磁流变(MR)阻尼器与弹簧组成的隔振子系统代替3-RPC(旋转副-平移副-螺旋副)并联机构中的驱动器实现空间三维振动隔离。控制模型结合了H∞状态反馈控制方法和MR阻尼器的工作原理得到阻尼器的可输出控制力,并通过模糊模型计算得到MR阻尼器的输入电流。设计制造了一套振动隔离实验平台,并采用正弦信号和随机信号进行振动实验完成了对平台的隔振性能的验证。通过测量上平台的振动加速度表明此隔振系统具有良好的隔振效果。     

磁流变半主动悬架的泰勒级数-LQG时滞补偿控制方法

提出一种泰勒级数-LQG控制方法进行磁流变半主动悬架时滞补偿控制。该方法利用泰勒级数对LQG控制求取的理想控制力进行时滞补偿,以使磁流变减振器的实际输出力逼近理想半主动控制力。在解析直接结合泰勒级数的LQG控制不能正常工作原因的基础上,提出了一种实用的泰勒级数-LQG控制设计方法,使得LQG控制结合泰勒级数之后LQR函数能够顺利运行。针对时滞较大时泰勒级数对控制的放大现象,并考虑到磁流变减振器性能和成本之间的平衡,以满足99%的减振控制要求确定磁流变减振器库伦阻尼力的幅值。以Smith Predictor-LQG(SLQG)控制方法为比较对象,通过仿真实例验证了泰勒级数-LQG控制方法具有良好的磁流变半主动悬架时滞补偿效果。     

参数慢变磁流变非线性悬架系统主共振研究

针对磁流变阻尼器随工作温度变化导致阻尼力发生改变,进而降低磁流变悬架系统性能的问题,基于传热学方程和参数慢变非线性振动理论研究温度变化对磁流变非线性悬架系统的主共振动力学行为的影响。根据传热学理论建立磁流变阻尼器工作区域能量微分方程,用数值方法求出温度变化规律,用改进的Bingham模型计算磁流变阻尼力;建立慢变参数磁流变非线性悬架系统动力学方程,利用平均法求解主共振激励下的悬架动行程的稳态幅值响应。研究表明:随着运行时间增加,磁流变阻尼器的温度逐渐升高,导致磁流变阻尼力大幅降低,悬架动行程稳态振幅及其变化量越大,从而使得悬架系统的性能偏离设计目标。     

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。     

磁流变阻尼器的性能试验与神经网络建模

磁流变阻尼器是一种新型的智能振动控制装置.通过磁流变阻尼器的性能试验,研究了在不同电流输入下阻尼力-位移、阻尼力-速度之间的关系,分析了摩擦型磁流变阻尼器的主要特点.采用BP神经网络,建立了磁流变阻尼器的正向模型和逆向模型.仿真结果显示,神经网络模型能准确地预测磁流变阻尼器的阻尼力和控制电流,证明该方法的有效性.与已有的模型相比,具有精度高,计算简便等特点.     

磁流变阻尼器建模及在座椅减振中应用

车辆座椅系统对汽车平顺性以及驾乘人员的舒适性有着重要影响,磁流变阻尼器阻尼可控的特点可有效降低车辆在行驶过程中的振动。对座椅用磁流变阻尼器进行阻尼特性试验,使用遗传算法对阻尼器的Bouc-Wen模型进行参数识别。通过分析单自由度座椅系统的受力情况,建立车辆座椅悬架系统单自由度动力学模型,设计出用于座椅磁流变半主动悬架的开关天棚半主动控制策略并进行仿真。结果表明:使用遗传算法识别的参数及辨识出的模型均能满足要求。采用磁流变半主动座椅悬架后,相对于被动座椅悬架,座椅加速度峰值降低17.4%,座椅加速度均方根值减少13.1%,平顺性有明显的提高。     

磁流变液阻尼器响应时间的试验研究及其动态磁场有限元分析

摘 要：首先,试验测试了不同速度和电流变化下,大吨位磁流变液阻尼器的响应时间;然后,对激励电流变化时阻尼器的磁场变化进行了有限元模拟,基于阻尼器间隙内磁流变液剪切屈服强度的变化考察了阻尼器的响应时间,并与试验数据做了比较。最后,研究了涡流和阻尼器电磁回路中电流响应时间对阻尼力响应时间的影响。结果表明,可以用有限元模拟得到的间隙内磁流变液的平均有效剪切屈服强度的时程曲线来研究磁流变液阻尼器的响应时间;电磁响应时间是阻尼力响应时间的决定因素,减小阻尼器中的涡流是缩短磁流变液阻尼器响应时间的重要途径;电流下降时涡流对阻尼器磁路的影响要大于电流上升的情况;无论是上升还是下降,电流初值越小,涡流对阻尼器磁路的影响越大,阻尼力响应时间也越长。研究还表明,缩短电流的响应时间,会带来更大的涡流,并不一定能缩短阻尼力的响应时间。     

基于滑模观测器的车辆半主动座椅悬架系统H∞最优控制

针对考虑人体模型的五自由度半主动座椅悬架系统,提出了一种基于滑模观测器的H_∞最优控制器。由于座椅悬架系统的未建模动态、参数不确定性和作动器未知输入在同一个通道内,所有扰动可视为集总干扰。通过结合低通滤波技术构造辅助变量,建立增广系统设计滑模观测器,成功实现了利用直接可测量加速度信息对集总干扰的估计,进而利用H_∞技术对滑模观测器估计误差和振动输入引起的干扰进行抑制。冲击工况和随机路面激励下的仿真结果表明：(1)滑模观测器能够精确估计座椅悬架系统的未知扰动;(2)带有滑模观测器干扰补偿的H_∞最优控制相较无补偿的H_∞控制和无控制,座椅悬架的性能指标与乘坐舒适性都有明显的改善。     

多自由度车辆模型半主动悬架模糊控制

考虑到发动机、座椅及乘客等多种因素影响，建立了多自由度车辆模型，并利用RD-1005型可调阻尼器及其阻尼力滞回特性，设计了车辆半主动悬架振动模糊自适应控制系统。模糊控制器以车体振动位移误差及其变化率为输入，用重心法进行模糊推理可调阻尼力，运用龙格一库塔法计算出阻尼器活塞杆的位移。利用MATLAB对模型系统进行了计算机仿真研究，并侧重实现了输出阻尼力的自适应控制算法。仿真结果证实了程序的正确性和理论的可行性，对实际车辆半主动悬架系统的设计有一定参考价值。     

磁流变阻尼器座椅悬架的LMS自适应控制研究

为了提高磁流变座椅悬架控制系统的实时性、高效性、简洁性,减小车辆座椅悬架的振动,选用LMS自适应控制算法,将阻尼器的模型与控制算法相结合,并增加道路谱下的实验验证.先对座椅用磁流变阻尼器进行阻尼特性试验,并在此基础上建立阻尼器的双曲正切模型,建立简化的座椅悬架单自由度系统模型,在阻尼器模型的基础上设计了适合磁流变阻尼器座椅悬架的LMS自适应控制算法,并在道路谱下进行了仿真与实验.结果表明,采用LMS自适应控制后的磁流变阻尼器半主动悬架系统相对于被动悬架,仿真时座椅加权加速度均方根值减小35.7%,实验时座椅加权加速度均方根值减小32.8%,算法可有效抑制悬架振动,且控制过程简单,具有较好的实际应用价值.     

车辆磁流变座椅悬架的模糊自适应整定PID控制

构建磁流变半主动座椅悬架系统。针对此系统建立了人体-座椅的五自由度动力学模型,其中磁流变阻尼器采用改进的Bouc-Wen模型。设计模糊自适应整定PID控制器,根据实时加速度信号在线整定PID参数,达到最优减振效果。用MATLAB／SIMULINK建立系统的仿真模型。仿真结果表明,该控制器能有效地改善座椅的减振效果。     

旁置孔隙阀式磁流变阻尼器阻尼力解析解

基于Bingham模型推导了磁流变液流经孔隙阀时流体的运动方程,孔隙阀式磁流变阻尼器阻尼力与阻尼器的结构参数、磁流变液的性能参数的关系为四次代数方程,应用代数方程理论得到了阻尼力的解析解,分析了磁流变液的黏度、屈服强度、磁流变阻尼器结构参数对阻尼性能的影响,本文的研究可用于指导阻尼器设计。     

电流变智能半主动悬架的模糊滑模控制

对带有电流变液智能阻尼器的半主动汽车悬架系统设计一种输出反馈模糊滑模控制器。根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面矩阵,以滑模变量及其导数作为模糊控制器的输入,以控制力作为输出设计模糊滑模控制器,利用电流变液智能阻尼器的阻尼力可随电压连续变化的特性来降低隔振质量的振动。仿真分析了多种激励信号下隔振质量的响应。仿真结果表明：与无控制作用的最优被动阻尼和电流变液阻尼器最大阻尼相比,模糊滑模控制下的半主动悬架系统的隔振效果最好。     

基于半车解耦的半主动悬架模糊滑模控制

为提高车辆的舒适度,提出基于半车解耦模型的半主动座椅悬架的模糊滑模控制。建立并分析半车悬架系统的动力学模型,通过将其等效变换为两组标准的动力学方程,实现把半车悬架系统解耦成四分之一车悬架系统。基于解耦后的四分之一车悬架系统对含四分之一车的座椅悬架设计模糊滑模控制策略:把天棚阻尼系统作为参考模型,将实际被控系统和参考模型间的动态误差引入到滑动模态中,通过切换函数及其导数的模糊化处理,来抑制滑动模态中抖振现象。并通过比较磁流变阻尼器输出力和模糊滑模控制器(Fuzzy Sliding Mode Controller)解出的期望力的差值,来确定提供给磁流变阻尼器的电压。最后通过与PID、滑模(Sliding Mode Controller)和被动悬架仿真结果的对比,验证该方法对半车座椅悬架系统减振效果具有明显的改善作用。提出的控制方法对于半主动悬架的实际控制具有参考价值。     

面向轨道车辆抗蛇行振动的磁流变脂阻尼器设计与台架测试

针对磁流变液阻尼器存在磁场利用率不高和磁流变液沉降导致控制特性劣化的问题,提出一种基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器方案,将磁流变脂的多级径向流动分解为源流与汇流的对称组合,建立了磁流变脂径向流动的分析模型。利用磁流变脂微单元平衡得出了磁流变脂尊静态径向流动微分方程,采用磁流变脂双粘度本构模型和无滑动边界条件,导出了磁流变脂径向流动速度分布函数和径向压力梯度分布函数。绘制了磁流变脂在不同半径处流动速度分布图,得到了磁流变脂阻尼器的阻尼力计算方法。按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,设计制作了基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器样机,利用J95-I型油压减振器试验台对其示功特性进行了测试,结果表明在不同激励电流下的磁流变脂阻尼器理论示功特性与实验示功特性能较好吻合。     

采用磁流变阻尼器的汽车悬架系统的杂交建模

利用线性回归方法,对磁流变阻尼器阻尼力与速度、加速度间的函数关系作了线性与非线性的区分,采用神经网络对非线性部分进行建模,并结合线性部分构建了磁流变阻尼器的模型。在此基础上,融合汽车悬架的先验知识模型,建立了采用磁流变阻尼器的4自由度1/2车辆半主动悬架系统的杂交模型。最后利用SANTANA 2000型轿车的参数进行仿真,并与基于磁流变阻尼器非线性滞回模型的建模方法作了比较,结果表明:杂交建模方式结构简单、计算量小、模型准确、便于进行系统主要动力学特性的分析。     

火炮磁流变阻尼器试验分析与动态模型

火炮磁流变阻尼器工作在高速高冲击条件下,其动力特性及其力学模型与常用的磁流变阻尼器存在较大不同。针对某型号火炮设计了反后坐用磁流变阻尼器,并进行了5种不同电流下的动态测试,验证了该阻尼器对反后坐控制的可行性。由试验分析得,火炮磁流变阻尼器的输出力不仅与控制电流和后坐速度有关,还与高冲击条件下的磁流变效应的复杂性、惯性力、腔体内气体压力等因素有关。提出了用改进的多项式模型描述火炮磁流变阻尼器,该模型具有形式简洁,易于求解逆模型,便于实时控制等优点。通过参数辨识后的模型能较好的描述火炮反后坐过程中阻尼器的输出力。     

基于LQR的磁流变阻尼器的离散半主动控制

目前的结构半主动控制多以位移和速度作为状态反馈参数,从而得到结构的最优控制力,这样造成了测量困难、数据传输困难和布线复杂等问题,严重影响了实际工程中的应用。本文提出了基于结构层间相对位移和相对速度的离散控制算法,此算法通过附加于磁流变阻尼器上的位移计测量得到相对位移,进而微分得到相对速度,并用此数据独立确定本楼层的最优控制力。数值算例表明本文提出的算法对结构有较好的减震效果,具有较高的工程应用价值。