磁流变阻尼器动力学模型参数识别

针对磁流变阻尼器动力学模型中的未知参数,采用阻尼最小二乘法进行参数识别。推导了剪切阀式磁流变阻尼器的数学模型并进行动力特性仿真,通过仿真结果分析,提出磁流变阻尼器非线性Bingham参数模型,利用阻尼最小二乘法识别出非线性Bingham模型的参数,得到磁流变阻尼器动力模型。通过动力模型仿真验证,结果表明非线性模型可以准确的描述磁流变阻尼器的动力特性,说明阻尼最小二乘法能有效的识别非线性参数模型,为磁流变阻尼器在汽车碰撞缓冲吸能应用方面奠定了基础。     

冲击载荷下磁流变阻尼器设计和仿真

提出了冲击载荷下磁流变阻尼器的设计方法和约束条件,并使用MATLAB优化结构参数.针对某型号火炮,实际设计了一阻尼器,从结构和磁场方面进行了验证.结果表明:所设计的阻尼器满足约束条件,活塞间隙内的磁流变液被充分激励,且磁场分布均匀,铁芯工作在高磁导率范围内.火炮后坐过程仿真结果表明阻尼器能够有效减小最大后坐阻力峰值.     

基于有限元仿真的磁流变阻尼器性能研究

对双线圈活塞式磁流变阻尼器结构和工作原理进行分析,应用ANSYS软件对阻尼器磁场有限元仿真,证明励磁线圈电流异向时磁场的利用效率更高,并且建立电流异向时阻尼间隙磁感应强度和电流的函数表达式,结合阻尼力模型和磁流变液的材料特性,得出阻尼力关于电流值和活塞运动速度的理论关系。通过阻尼器台架试验,对理论关系进行验证,结果表明:理论值准确的描述了阻尼力变化规律。为磁流变阻尼器设计及改进提供方法。     

新型磁流变阻尼器抗冲击载荷性能分析

针对工程领域中高冲击载荷作用下的磁流变阻尼器存在流体通道拥堵,轴向磁场单一等问题,设计了新型的磁流变阻尼器.相比以前阻尼器,新阻尼器整体结构缩小,各级线圈匝数减少且独立连接.完成了磁流变阻尼器电磁模型的计算与PID控制算法的仿真分析,并根据仿真结果对新旧阻尼器进行了比较.结果表明,新设计的磁流变阻尼器较之前的阻尼器,能够产生轴向随时间变化的磁场,缓解了因磁场增强导致的流体通道拥堵的现象,在相同的冲击载荷作用下,实现了位移与能耗的同时下降.     

磁流体行为指数对磁流变冲击阻尼器性能的影响

根据应用于火炮的冲击型磁流变(MR)阻尼器的特点,基于Herschel-Bu lkley本构模型,建立了某25 mm火炮磁流变后坐阻尼器的平行板一维层流模型,获得了不同磁场作用下阻尼力随活塞速度的变化规律。根据某单管25 mm火炮的后坐运动方程,计算了不同MR流体行为指数下,火炮的后坐位移和后坐速度,评价了MR流体行为指数对后坐阻尼器行为的影响。     

磁流变阻尼器Bingham力学模型改进及参数辨识

磁流变阻尼器不仅具有阻尼快速响应、良好的温度稳定性、内部结构简单等优势,而且可以通过调节控制电流使阻尼器的出力值连续变化,实现阻尼力可控。由于磁流变阻尼器阻尼特性与内部磁流变液的磁流变效应有关,具体表现非常复杂,现有力学模型目精度不足,无法精确描述磁流变阻尼器的阻尼特性。在磁流变阻尼器力学性能测试基础上,应用分段拟合函数方法同时结合反正切函数模型改进模型,并辨识改进后力学模型中各参数。将改进后的Bingham模型与实际测试出力值进行对比,结果表明改进后的Bingham模型能够很好地解决Bingham力学模型在非线性滞回阶段出力值曲线与实际测试数据不符的问题,改进后模型总体出力值曲线与阻尼器实际出力值基本相同,模型精度大幅提升。此种改进方法为磁流变阻尼器建立高精度力学模型提供参考。     

一种新型非线性阻尼器的设计及特性研究

提出一种利用搭扣带的分布式粘弹性单元结构特性设计阻尼器的新思路,并设计制作出尼龙搭扣阻尼器,分别通过载荷-位移特性试验和动态特性试验,获得尼龙搭扣阻尼器的载荷-位移特性曲线和幅频特性曲线.试验结果表明,尼龙搭扣阻尼器载荷-位移曲线呈显出明显的迟滞特性,能有效消耗振动能量而起到减振作用;用半功率带宽法得到阻尼器共振情况下的阻尼比.实验结果表明,该阻尼器的阻尼系数较大,体现尼龙搭扣阻尼器良好的阻尼特性及减振性能.根据阻尼器的非线性力学特性,建立这种粘弹性阻尼器的力学模型,对阻尼器迟滞恢复力模型的非线性参数进行识别,取得很好的识别精度.结果表明建立的力学模型能很好地反映阻尼器的动力学特性.     

考虑磁流变阻尼器的车架系统杂交建模研究

针对包含磁流变阻尼器的车架系统的滞后非线性动力学系统建模问题,在对磁流变阻尼器进行力学特性试验的基础上,结合阻尼器的先验知识、特性试验数据、有限元建模方法和支持向量机理论,提出了能够准确描述车架系统滞后非线性特性的支持向量机杂交建模方法,并针对几种典型路况下的响应预测结果进行了验证。将描述阻尼器的杂交模型嵌入到车架的有限元模型中,建立了考虑车架弹性和磁流变阻尼器迟滞非线性的车架系统动力学仿真模型。最后利用几种典型路况下的响应预测结果进行了验证。研究结果表明,由支持向量机模型和车架有限元模型并联杂交而成的车架系统动力学模型能够很好地描述车架系统的非线性动力学特性。同时该杂交模型还可以为车架的设计和改进提供依据。     

某火炮磁流变制退机设计与研究

以某型火炮磁流变制退机为研究对象,利用CFX对其内部粘塑性流场和牛顿流场建立一体化模型,使用CEL方法定义了Bingham粘塑性流体特性,分析得到了磁流变制退机后坐总阻力与活塞杆速度之间的关系。使用ADAMS软件对磁流变制退机的后坐过程和复进过程进行仿真,通过分析磁流变制退机的理论后坐总阻力与普通制退机试验的后坐总阻力的变化规律曲线,分析了磁流变制退机的后坐效果。     

一种新型的磁流变阻尼器及其在半主动控制车辆悬架中的应用研究

研制了一种新型的磁流变阻尼器 ,进行了阻尼器的阻尼特性试验。在性能试验的基础上 ,提出了描述磁流变阻尼器阻尼特性的非线性滞回模型。采用磁流变阻尼器实现车辆悬架系统半主动控制 ,提出一种基于最优控制理论的半主动控制方案 ,给出了悬架系统在B级公路路面激励下控制数值仿真结果。结果表明基于最优控制理论的半主动控制磁流变阻尼器有明显的控制效果 ,可以有效地提高车辆的乘坐舒适性 ,具有良好的应用前景。     

滞回模型磁流变减振器半主动悬架模糊控制

为了获得磁流变减振器便于控制的精确力学模型,在正弦激励下对磁流变减振器进行了特性试验,利用试验数据拟合了一种滞回模型,以此来表示磁流变减振器的动态响应特性,比较由此模型仿真和实测的阻尼力,表明此模型既能较好地描述其滞回特征,亦能简单明了地表达逆向动态特性,可在开环控制策略下容易地获得理想的阻尼力,利用此模型设计了一个开环控制策略下的模糊控制器,比较所设计的模糊控制器和天棚控制器及被动悬架的性能,采用四分之一悬架模型采进行分析和仿真,随机路面激励下的数值仿真进一步证实了此控制器的有效性,其综合性能比天棚控制和被动悬架均有较大幅度的提高.     

Modeling and testing of a field-controllable magnetorheological fluid damper

In this study, an experimental and a theoretical study were carried out to predict the dynamic performance of a linear magnetorheological (MR) fluid damper. After having designed and fabricated the MR damper, its dynamic testing was performed on a mechanical type shock machine under sinusoidal excitation. A theoretical flow analysis was done based on the Bingham plastic constitutive model to predict the behavior of the prototyped MR damper. The theoretical results were then validated by comparing them against experimental data, and it was shown that the flow model can accurately capture the dynamic force range of the MR damper. In addition to the flow model, a modified parametric algebraic model was proposed to capture the hysteretic behavior of the MR damper. The superiority of the proposed modified model was shown by comparing it with the Alg model as well as with a widely adopted modified Bouc-Wen model through an error analysis. It is observed that although all the three models are comparable at the excitation velocities of 0.05, 0.10, and 0.15 m/s, the mAlg model is remarkably successful at the highest excitation velocity of 0.2 m/s over the other two. The improvements in the predictions were found to be over 50%, relative to unmodified model especially at lower current inputs. Therefore, it was concluded that the present flow model can be successfully adopted to design and predict the dynamic behavior of MR dampers, while the mAlg model can be used to develop more effective control algorithms for such devices.     

基于AR模型-分形维的磁流变减振器性能研究

建立了磁流变减振器的动力学方程,利用与其同阶的时间序列AR模型的对应关系,推导出基于时间序列的动态特性参数计算公式,在不同工况下振动实验检测获得时间序列,计算了动态特性参数、时间序列分形盒维数和系统特征根实部,以及这些参数间的相关系数,拟合了动态特性参数、分形盒维数、工况参数三者相互间的关系曲线,分析了磁流变减振器性能变化。分析结果表明,AR(2)模型对减振器振动信号有较高的模拟精度,基于时间序列AR模型的动态特性参数求解方法便捷有效;时间序列盒维数与动态特性参数间存在高度相关,可作为量化衡量系统振动平稳性和响应快速性综合动态特性的参数,可配合特征根选取磁流变减振器的最佳工况。     

The experimental identification of magnetorheological dampers and evaluation of their controllers

Magnetorheological (MR) fluid dampers are semi-active control devices that have been applied over a wide range of practical vibration control applications. This paper concerns the experimental identification of the dynamic behaviour of an MR damper and the use of the identified parameters in the control of such a damper. Feed-forward and recurrent neural networks are used to model both the direct and inverse dynamics of the damper. Training and validation of the proposed neural networks are achieved by using the data generated through dynamic tests with the damper mounted on a tensile testing machine. The validation test results clearly show that the proposed neural networks can reliably represent both the direct and inverse dynamic behaviours of an MR damper. The effect of the cylinder's surface temperature on both the direct and inverse dynamics of the damper is studied, and the neural network model is shown to be reasonably robust against significant temperature variation. The inverse recurrent neural network model is introduced as a damper controller and experimentally evaluated against alternative controllers proposed in the literature. The results reveal that the neural-based damper controller offers superior damper control. This observation and the added advantages of low-power requirement, extended service life of the damper and the minimal use of sensors, indicate that a neural-based damper controller potentially offers the most cost-effective vibration control solution among the controllers investigated.     

磁流变减振器磁场特性分析及试验研究

设计了磁流变减振器磁芯磁路,建立了磁路的仿真模型,仿真研究了磁路的磁场特性,用实验的方法对仿真模型进行了验证和修正;在此基础上,建立了整个磁流变减振器的仿真模型,仿真研究了其磁场分布规律及不同参数下阻尼孔附近的磁通密度.研究结果表明,磁芯直径、工作缸壁厚、阻尼通道长度和线圈电流是影响磁场特性的主要因素,合理选择磁路结构参数可使其性能得到最大发挥.设计并制造出一种车辆单筒充气式磁流变减振器,对其进行了台架试验,得到不同电流下的减振器示功特性图,研究发现,通过调节减振器励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场,在磁场作用下,磁流变液粘度发生变化,从而改变减振器的阻尼特性,减振器的饱和工作电流约为2A.试验验证了磁路设计的正确性,并为实现车辆磁流变半主动空气悬架控制研究奠定了基础.     

MR阻尼器控制与滞环特性相分离的F-v模型

提出了一种基于对称和不对称Sigmoid函数,描述半主动可控磁流变液(MR)阻尼器阻尼力—相对速度(F-v)数学模型。该模型准确地描述了MR阻尼器非线性饱和的直流电流控制和对称滞环F-v的工作特性,以及激励频率和幅度对阻尼力的强影响特性,具有精度高和电流控制增益与滞环算子相分离的特点。将该模型与车辆悬架动力学模型结合分析,仿真结果表明MR阻尼器对实现新一代智能车辆悬架系统设计有潜在的意义,所提出的模型对进一步推动车辆悬架减振控制器设计研究有重要作用。     

斜拉索振动被动控制中电/磁流变阻尼器的最优阻尼器能量输入

研究了电／磁流变（ER／MR）阻尼器在恶劣条件下作为被动阻尼器使用时斜拉索的振动问题。对斜拉索和阻尼器的振动特性进行研究，采用Halmiton原理和模型识别技术建立斜拉索-阻尼器的非线性数学模型；采用随机噪声作为激励，通过不断调整阻尼器的能量输入，进行斜拉索-ER／MR阻尼器系统的振动被动控制试验。试验结果表明，存在一个最优的阻尼器能量输入，在该输入下能够有效地抑制斜拉索振动。根据所建立的非线性动力计算模型得到的计算结果与振动控制试验结果吻合良好。考虑到系统的非线性，研究了荷载大小和阻尼器安装位置对最优阻尼器能量输入的影响。研究结果为在恶劣条件下利用ER／MR阻尼器进行斜拉索振动被动控制时的阻尼器设计提供了依据。     

汽车半主动悬架系统神经网络模型研究

基于磁流变减振器的汽车悬架系统具有明显的滞后非线性,系统中的非线性阻尼和非线性刚度等对其动力学行为产生了很大的影响。本文利用系统识别理论建立了磁流变减振器的神经网络模型,该模型可根据半主动悬架系统的控制力求得控制电流,具有良好的辩识能力。     

基于ARMA模型的磁流变振动系统精确建模与性能研究

为了研究自主研制的磁流变减振器及其振动系统的动态性能,建立了未经简化的磁流变振动系统的动力学四阶系统模型,通过四阶系统分母多项式与时间序列ARMA模型系数的对应关系推导出动态特性参数的计算公式,将不同工况条件下实验检测信号进行傅里叶变换滤去谐振成分,利用公式计算获得了系统动态特性参数,与三阶系统建模比较分析了建模精度以及系统的动态性能。研究分析表明,基于ARMA模型的四阶系统比三阶系统具有更高的模拟精度,尤其在中高工作频率范围优势更为明显,推导得出的动态性能参数的分析为系统选取了合适的工况,分析结果可作为磁流变减振器及振动系统性能预测与评价的依据,其方法可供同类高阶系统动态性能分析推广与借鉴。     

Semi-active Sliding Mode Control of Vehicle Suspension with Magneto-rheological Damper

The vehicle semi-active suspension with magneto-rheological damper(MRD) has been a hot topic since this decade, in which the robust control synthesis considering load variation is a challenging task. In this paper, a new semi-active controller based upon the inverse model and sliding mode control(SMC) strategies is proposed for the quarter-vehicle suspension with the magneto-rheological(MR) damper, wherein an ideal skyhook suspension is employed as the control reference model and the vehicle sprung mass is considered as an uncertain parameter. According to the asymptotical stability of SMC, the dynamic errors between the plant and reference systems are used to derive the control damping force acquired by the MR quarter-vehicle suspension system. The proposed modified Bouc-wen hysteretic force-velocity(F-v) model and its inverse model of MR damper, as well as the proposed continuous modulation(CM) filtering algorithm without phase shift are employed to convert the control damping force into the direct drive current of the MR damper. Moreover, the proposed semi-active sliding mode controller(SSMC)-based MR quarter-vehicle suspension is systematically evaluated through comparing the time and frequency domain responses of the sprung and unsprung mass displacement accelerations, suspension travel and the tire dynamic force with those of the passive quarter-vehicle suspension, under three kinds of varied amplitude harmonic, rounded pulse and real-road measured random excitations. The evaluation results illustrate that the proposed SSMC can greatly suppress the vehicle suspension vibration due to uncertainty of the load, and thus improve the ride comfort and handling safety. The study establishes a solid theoretical foundation as the universal control scheme for the adaptive semi-active control of the MR full-vehicle suspension decoupled into four MR quarter-vehicle sub-suspension systems.