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磁流变阻尼器的滞回动力学研究

张诚  
【摘要】:磁流变阻尼器是最具代表性的磁流变元器件,具有能耗低、出力大、响应速度快、结构简单、阻尼力连续可调等优点,在半主动控制中展现出了良好的应用前景。然而磁流变阻尼器动力学行为因其磁流变现象而存在滞回效应,阻尼力-速度呈现出一对二的关系。对这种滞回动力学行为的准确模拟,是其相关应用的基础。要实现对磁流变阻尼器进行准确控制并使其在相关领域得到广泛应用,一个适合于系统动力学分析与控制的模型是必不可少的。 本文从磁流变液的物理性质出发,通过对其在外磁场下的流变机理的研究,把外磁场中有磁化链的磁流变液看成一个固相,把垂直磁场沿两个相反方向流动的磁流变液视为两个对称的液相。基于非凸的本构关系,通过模拟磁流变液在此三相中的变化可成功的模拟在外磁场中磁流变液的动力学性能。 本文分六章,各章的主要研究内容如下: 第1章,概述本课题研究的背景、意义与磁流变阻尼器的研究现状,提出了本课题的主要研究内容以及研究过程中的特色与以及创新点。 第2章,介绍了磁流变液的物理性质,对其两种常用的本构关系进行了比较,并探讨了磁流变阻尼器的主要工作模式。 第3章,用相变的观点研究了磁流变液的流变机理,建立了磁流流阻尼器的微分方程模型。最后以实验数据为基础,用Nelder-Mead非线性优化算法对模型的参数进行了识别,并证明在合适的系统参数下,此微分方程模型可以准确的模型磁流变阻尼器的滞回动力学行为。 第4章,重点研究了模型对加载频率的依赖性,通过实验证明当磁流变阻尼器输入电流确定时,模型的参数也相应确定而不随外载的变化而改变。 第5章,对磁流变阻尼器的滞回动力学行为进行了实验研究。首先对实验所用到的元器件做了简略的描述,接着对磁流变阻尼器在不同外载条件与输入电流组合下的动力学行为进行了比较,并对各种影响因素做了具体的讨论。 第6章,总结了本文的研究工作,展望了未来磁流变阻尼技术的发展趋式。 本文用理论与实验相结合的研究方法,建立了能准确模拟磁流变阻尼器滞回动力学行为且适于系统分析与控制的微分方程模型,为其相关工程应用打下了基础。


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