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主动变阻尼冲击减振系统的控制研究

沈娜  
【摘要】: 将主动冲击减振技术应用于武器系统缓冲器具有重要的研究价值和广泛的应用前景。目前,国内外对冲击条件下的主动变阻尼技术的研究还处于起步的阶段,在理论和应用研究方面存在着许多的空白。 本文在当前国内外磁流变技术研究的基础上,对磁流变阻尼器冲击振动控制技术进行了深入的探讨。主要研究冲击载荷下磁流变阻尼器的力学特性;磁流变冲击减振系统控制策略;磁流变冲击减振系统的集成三个方面的问题。 修正了原有的采用层流定常流动理论推导的冲击载荷下磁流变液在阻尼通道内的动力学模型。根据磁流变液在阻尼通道内流动状态的不同,建立了层流和湍流状态下,磁流变液在阻尼通道的一维非定常流流体动力学模型。 在分析了长行程抗冲击磁流变阻尼器的结构特点的基础上,建立了由环形阻尼孔内的摩擦阻尼力、库仑阻尼力、惯性阻尼力、节流阻尼力、导向头流液孔的阻尼力、结构附加阻尼力和摩擦阻尼力等部分构成的冲击载荷下磁流变阻尼器的力学模型。比较全面地描述磁流变阻尼器在冲击载荷下的力学特性。 将结构振动系统的冲击响应界限控制问题转化为输出目标跟踪问题,提出了带扰动前馈调整的目标跟踪系统模型。针对冲击振动具有的持续时间短、能量大、频带宽的特点以及冲击条件下磁流变阻尼器具有的强非线性、不确定性特点,设计了基于全状态反馈和指数趋近律控制率的滑模变结构目标跟踪控制器。并利用模糊逻辑理论抑制滑模开关作用引起的抖振现象。 对滑模控制算法在非线性时滞系统中的鲁棒性进行了分析,选用Smith预估控制法对冲击减振系统的输出时滞进行补偿。为了消除模型误差对补偿效果的影响,以及约束系统静态增益变化引起的输出失真,设计了磁流变阻尼器阻尼力自适应Smith预估器动态修正模型。 通过磁流变减振器在冲击载荷下的动态特性实验实验证明了力学模型的理论的正确性。通过开环on_off实验验证了时滞补偿算法的有效性。并比较了普通开关算法、PID算法和模糊滑模控制算法下磁流变冲击减振系统的控制效果,验证了模糊滑模控制算法的有效性。 最后讨论了磁流变冲击减振系统的智能软硬件平台的开发。对电流驱动器进行了改进,并设计了基于TMS320F2812的主动冲击减振控制系统原理样机。


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