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冲击载荷下磁流变缓冲器半主动控制研究

李延成  
【摘要】: 随着结构设计思想和方法的不断改进以及高新技术的应用,工程中所遇到的冲击问题的强度越来越大,在航空、航天、军工、交通运输和工程建筑领域都不同程度的存在着亟待解决的冲击问题,因而冲击缓冲的研究日益引起人们的关注和重视。磁流变减振器具有阻尼连续可调、动态范围宽、响应速度快、低功耗等特点,成为振动控制中非常有应用前景的智能器件。目前,国内外对于磁流变减振器在随机载荷(如汽车悬架、建筑和桥梁抗震设计)振动控制中得到了很好的研究和使用,然而冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学特性和半主动控制研究仍存在空白。 本文利用理论分析、数值仿真和实验验证的方法,对磁流变缓冲器在冲击载荷下的动力学模型、冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学特性以及半主动控制策略和控制系统设计与实现进行研究。具体工作包括以下几个方面: (1)阐述了冲击载荷下振动控制的重要意义,回顾了磁流变技术的研究历史和当前最新研究动态,对磁流变技术在军事领域的研究作了综述,并提出了当前磁流变技术领域存在的问题。针对冲击缓冲的实际需要,提出了本文将要开展的主要工作和任务。 (2)应用流体力学理论,根据Bingham模型和Herschel-Bulkley模型,利用平行板模型理论推导出磁流变缓冲器的动力学模型;结合冲击载荷下磁流变缓冲器的特点,提出了冲击载荷下缓冲器的模型需要考虑惯性力的影响,推导出适合其使用的Bingham-Inertia模型和Herschel-Bulkley-Inertia模型。 (3)利用自行设计的冲击实验台架对冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学特性进行实验研究,并对Bingham-Inertia模型和Herschel-Bulkley-Inertia模型的待定参数进行参数识别,结果显示修正的Bingham-Inertia模型和Herschel-Bulkley-Inertia模型能够很好地反映冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学特性。 (4)根据建立的Bingham-Inertia模型和Herschel-Bulkley-Inertia模型建立了冲击载荷作用下磁流变减振系统的模型。根据冲击载荷控制的实际需要,提出了基于压力反馈的双态控制策略、PID控制策略和模糊控制策略,利用dSPACE半实物仿真系统对三种控制策略在实际冲击载荷下的控制有效性进行了实验研究,并对三种控制策略进行了分析和比较。 (5)构建了用于冲击载荷下磁流变缓冲器实验的的冲击实验台架和控制系统,对密爆发生器、磁流变缓冲器、所用的传感器、dSPACE半实物仿真系统和ControIDesk软件进行了说明,着重分析了电流控制器的输出响应特性。 最后,对全文工作进行了总结,介绍了论文的特色和创新之处,指出了今后工作有待深入研究的问题。


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