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磁流变阻尼器减振控制算法研究

臧彦升  
【摘要】: 磁流变阻尼器具有阻尼连续可调、动态范围宽、响应速度快、功耗低等特点,现已成为振动控制中非常有应用前景的智能器件。在安装有磁流变阻尼器的减振系统中,通过改变阻尼器的阻尼力大小,可以实现系统的减振控制。由于磁流变阻尼器动力学特性十分复杂,具有典型的非线性特性,目前描述它的力学模型以及能充分发挥其耗能减振的控制算法还不完善。因此对磁流变阻尼器、典型减振系统及其控制算法进行的研究非常有意义。 本文利用理论分析和数值仿真的方法,对磁流变阻尼器的力学模型、减振系统动力学特性以及减振控制算法的设计与实现进行了研究。为磁流变阻尼控制系统的设计建立了一套较为完整的研究方法。具体工作包括以下几个方面: (1)磁流变阻尼器的建模及其特性研究。应用流体力学理论,利用非牛顿流体Bingham模型和磁流变阻尼器表现出的非线性特性,参考相关材料的实验数据,提出了一种较为准确、实用的磁流变阻尼器非线性滞回模型。利用该模型绘制和分析了不同外加磁场(通过施加电流实现)、不同频率和阻尼力之间的关系曲线,为磁流变阻尼器的设计和性能预测提供了参考,同时也为减振控制系统的设计提供了较精确的模型。 (2)磁流变阻尼减振控制系统及其动力学特性研究。建立了减振系统模型和基于磁流变阻尼器的减振控制系统模型,运用等效线性化方法描述了磁流变阻尼器模型。通过对系统幅频特性的理论推导与数值仿真,深入研究了系统的动力学特性。从理论上证明了磁流变阻尼技术在减振控制系统中的应用是可行的。 (3)磁流变阻尼器减振控制算法的设计和仿真。本文用PID控制算法实现了磁流变阻尼减振控制、设计了磁流变阻尼模糊控制器、提出了基于磁流变阻尼器的定阻尼控制算法、改进的天棚阻尼控制算法。通过数值仿真验证了控制算法的可行性,并对各种控制算法进行了比较分析。 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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