MRE阻尼器性能试验及半主动控制数值模拟
基于磁流变阻尼器的车辆悬架半主动控制研究_间接自适应控制与实验
基于磁流变阻尼器的车辆悬架半主动控制研究——间接自适应控制与实验Ξ郭大蕾 胡海岩(南京航空航天大学振动工程研究所 南京,210016)摘 要 在分析磁流变阻尼器车辆悬架非线性特性的基础上,设计了一类神经网络间接自适应控制器,并根据系统的低频特性和作动器的快响应,实现了悬架振动的神经网络实时控制。
计算机仿真和悬架实验的结果均表明,神经模拟器能够逼近非线性系统,神经控制器能在时域和频域内以较高的精度控制悬架系统的振动。
关键词:自适应控制;神经网络;磁流变阻尼器;车辆底盘;振动控制中图分类号:T P273;U463.33;O322引 言车辆悬架是一个复杂的多自由度振动系统,行驶过程中路面的激扰、车身承受的载荷以及轮胎的状况等都是变化的,此外,半主动悬架的减振机构常常表现为非线性特性,因而悬架系统是典型的时变、非线性系统。
对于这一难以建立精确数学模型的复杂系统,其逆模型也未知,因而无法根据期望的运动指标来估计或计算控制输入。
文献[1]提出神经网络直接自适应控制,但是直接自适应控制中神经控制器的反传误差比较粗略,不能很好地跟踪系统的误差。
为了提高神经控制器反传误差接近系统输入误差的真实程度,本文设计了一类神经网络间接自适应控制器。
神经模拟器除用来模拟真实系统外,还用以逼近控制器的反传误差,来增强控制精度和控制效果。
悬架的低频响应特性和磁流变液体毫秒级的快响应,使神经网络的实现成为可能,本研究最后对悬架装置进行了振动控制实验。
1 神经网络间接自适应控制已经知道,非线性控制对象的模型未知或相当复杂,无法根据系统的理想响应y d求得相应的合适输入u d,因此不可能求得神经控制器的反传误差u d -u。
直接自适应控制方法将系统理想响应与辨识器输出之间的误差y d-y p直接作为控制器反传误差来训练控制器。
因此,这只是对u d-u的一种粗略近似。
本文提出控制器反传误差的一种精确近似,即训练辨识器时,除将实际系统输出与辨识模型输出之差反向传播调节神经辨识器的权值外,还将理想响应与系统实际输出之差通过该辨识器模型进行误差的反向传播,从而由输出误差获得输入误差的更精确近似。
浅谈MR阻尼器的曲线梁桥半主动控制
浅谈MR阻尼器的曲线梁桥半主动控制1.磁流变阻尼器及其原理简介：智能材料是一种同时具有感知和驱动功能的新型材料。
磁流变（Magnetorheological，简称MR）液体是将硅油和亚纳米细度的铁粉混合制成的一种液体，作为智能材料之一，它具有粘度低、强度高、温度稳定性好、能量需求少、对通常在制造过程中引入的杂质不敏感等特点，在磁场作用下在瞬间从牛顿流体转变为剪切屈服应力较高的粘塑性体。
由它制成的阻尼器阻尼力大、耐久性好、结构简单、反应快且连续可调等优点，是极具吸引力、在结构振动控制中表现出巨大潜能的振动控制装置。
2.全球研究现状：阻尼器及半自动控制在曲线梁桥中的应用现状曲线梁桥与直线梁桥不同，结构受“弯、扭耦合”作用。
结构在活载与恒载作用下，都产生扭转，使内弧梁的内力减小、外弧梁的内力加大；且结构由于支承约束不合理，失去平衡，产生扭转，倾覆现象；梁在受到混凝土徐变收缩、温度变化等作用时梁会相对于梁的不动点和转动中心产生平面变形和扭转，使伸缩装置设置有很大难度。
曲线梁桥除受到和直线梁桥一样的荷载外，还要承受离心力等荷载。
2004年，大连理工大学郭慧乾在大连理工大学黄才良教授编的平面刚架有限元程序的基础上，开发了空间刚架有限元分析程序、配套的纵向影响线计算程序和车辆荷载动态加载程序，以便曲线梁桥的探究。
采用梁格法对曲线箱梁桥的受力特点进行分析，且对不等高腹与板等高腹板两种截面形式的优劣进行比较，得出了两种截面形式各自的适用范围。
对曲线箱梁桥的分析和结构形式的探索得到的图表及规律，可作为曲线箱梁桥设计的参考。
2006年，北京工业大学王丽等人对曲线梁桥地震响应的做了简化分析，在弹性支座上的刚性桥面系统建立了剛度偏心的简单曲线梁桥模型，得出了地震响应及自振特性和的简化计算方法。
通过数值模拟对比，全面地分析了各种影响因素及其对曲线梁桥动力响应的影响规律和计算图表，可在抗震初步设计中作为参考。
2006年，亓兴军，李小军对曲线桥梁弯扭耦合减震半主动控制作了分析，理论研究与震害经验表明，地震时曲线桥梁会产生弯扭耦合振动。
磁流变阻尼器半主动控制技术研究综述
磁流变阻尼器半主动控制技术研究综述摘要：磁流变阻尼器因其具有体积小、能耗少（<50W,工作电压只需2-25V）,阻尼力大，动态范围宽，结构简单、响应速度快、阻尼力连续可调等优点，是结构实施半主动、智能控制的理想装置。
半主动控制仅需少量能源用于调节半主动装置的特性，以适应其对最优控制力的跟踪，半主动控制综合了主动控制和被动控制的优点，比主动控制有更好的可靠性与稳定性，比被动控制有更好的适应性和控制效果，与此同时，其控制效果与主动控制效果相当。
而控制算法是是结构半主动控制的基础，因此，研究磁流变阻尼器半主动控制算法具有重大意义。
本文简要综述了各种磁流变阻尼器, 介绍了磁流变流体特点和半主动控制策略等。
关键词：磁流变阻尼器；半主动控制；加压方式流变阻尼器主要包括：旋转磁流变阻尼器、自感知磁流变阻尼器、永磁式磁流变阻尼器、单双出杆磁流变阻尼器、自供电式磁流变阻尼器、旁通式磁流变阻尼器、铅-磁流变阻尼器等。
旋转磁流变阻尼器工作原理：鼓式旋转磁流变阻尼器有效的剪切面积在于径向剪切面上，而盘片式磁流变阻尼器的有效剪切面则集中在轴向方向上的端面间隙处。
通过加大或改变阻尼器的几何尺寸（径向长度，轴向长度，剪切面形状）或合理设置磁路均可提高阻尼器的阻尼力。
永磁式磁流变阻尼器工作原理：通过在阻尼器内部或外部布置永磁铁，使得阻尼器中部分或全部磁流变液在未通电的情况下就具有较大的屈服强度。
自感知磁流变阻尼器工作原理：不需要通过外部的传感系统，而只需集成于阻尼器内部的传感元件就可以感知自身运动状态（位移、速度、加速度）。
自供电式磁流变阻尼器直线式发电的原理：当活塞杆发生相对移动时，线圈在永磁体的磁场内做切割磁感线运动，从而产生电流。
而旋转式发电与直线式发电略有不同，主要是通过直线-转动传动装置（齿轮齿条机构、链条链轮传动、滚珠丝杠）把活塞的直线运动转换为电机转盘的旋转从而做切割磁感线运动。
而压电集能技术首先是由法国居里兄弟发现的更为先进的集能方式，其工作原理是经过极化处理的压电材料，在受力发生形变时，表面产生与形变成正比的电荷。
高耗能自解耦式MR阻尼器的设计及性能试验
现 不 出 ＭＲ 阻尼 器智 能 控 制 的优势 。为此 ， 者 提 笔
出的阻尼器 具 有主 、 两个活 塞 ， 可根 据被控 结 构 副 并
位移 大小进 行 阻尼 力解耦 ， 有高 耗能 的特性 ， 点 具 重
研 究 了高耗 能 阻 尼器 设 计 的关 键 技 术 、 尼器 的 性 阻 能试 验及 力学模 型 的参 数识 别 。
通 过 对 阻 尼 器 设 计 的 关 键 技 术 、 尼 器 的 性 能 试 验及 力 学 模 型 的 参 数 识 别 进 行 研 究 ， 知 在 副 活 塞 中设 置 解 耦 装 阻 得 置 可 使 阻 尼 器 在 不 同的 振 幅 下 具 有 不 同 的 刚 度 和 阻 尼 特 性 ， 主 活 塞 中将 永 久 磁 场 和 电 流 磁 场 结 合 起 来 实 现 阻 尼 在 器 的逆 向 控 制 的设 计思 路 是 可 行 的 ， 制 隔 磁 环 的设 置 保 证 了磁 力 线 沿 理 论 设 计 的 路径 穿 行 ， 铜 又使 线 圈 避 免 与 磁
的 电控特性 。
ＭＲ 阻 尼 器 以线 性 振动 结 构 为控 制 对 象 进行 设 计 ， 对 于非 线 性较 弱 的 情况 减振 效 果 明显 ； 大量 的 实 而
际结 构往 往存 在较 强 的非线 性 ， 因此 ， 虑非 线性 结 考 构 振 动 在 内 的阻 尼 器 设 计 方法 成 为 重要 的 研究 内 容。 在工 程应 用研 究 中 ， 常用 磁流 变液 阻尼器 去解 决
流变液 的长期接触腐蚀 ， 从而提高其耐久性 。 通过对阻尼器采用基 于反正切 函数 的 ＭＲ 阻尼 器模 型进行参数识别 ，
得 到 了与 试 验 结 果 吻 合 的 ＭＲ 阻 尼 器 的 力 学 模 型 。
MR阻尼结构振动控制的仿真试验研究
第18卷第5期 系统 仿 真 学 报© V ol. 18 No. 52006年5月 Journal of System Simulation May ， 2006MR 阻尼结构振动控制的仿真试验研究李秀领，李宏男(大连理工大学土木水利学院海岸和近海工程国家重点实验室, 大连 116024)摘 要：基于Matlab/Simulink 软件平台，结合dSPACE 实时仿真系统的软硬件资源，建立磁流变阻尼器（Magnetorheological Damper ，简称MR 阻尼器）和框架－剪力墙偏心结构试验控制系统仿真模型，采用RCP 技术对此结构模型进行地震反应振动台试验。
试验结果表明，MR 阻尼结构的振动受到很好抑制，Matlab/dSPACE 综合试验环境是高效简洁的。
关键词：dSPACE ；Matlab/Simulink ；RCP ；框架－剪力墙偏心结构中图分类号：P315.966; TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2006) 05-1343-04Experiment Investigation of Structural Seismic Control with MR DamperLI Xiu-ling, LI Hong-nan(State Key Lab of Costal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China)Abstract: The dynamic model of magnetorheological (MR) damper and the experiment system of 3-floor frame-shear walleccentric structure were built based on Matlab/Simulink software environment and hardware/software resources of dSP ACE. The shaking table experiment of the structural was implemented using rapid control prototyping (RCP) technology. The experiment results show that the seismic response of the MR damping structure is mitigated significantly, and the experiment environment is efficient.Key words: dSPACE; Matlab/Simulink; RCP; frame-shear wall eccentric structure引 言MR 阻尼器是一种在建筑结构振动控制中表现出巨大潜能的智能驱动装置，以所需能源少但能达到与主动控制相当的减震效果而备受关注[1]。
半主动悬架的仿真模拟浅析
10.16638/ki.1671-7988.2019.23.049半主动悬架的仿真模拟浅析*熊江勇，李重重，王振宇，徐雷州，黄镇颖，高玉（南京信息职业技术学院汽车工程学院，江苏南京210013）摘要：半主动悬架能够在不同道路条件下对悬架阻尼参数进行调节和变化，来适应不同的道路环境。
文章通过MA TLAB SIMULINK来进行仿真模拟模型汽车，来达到实验的目的。
通过本次实验，计算出每个关节的运动效果，易于调整悬架的运动学，优化车轮运动。
同时发现磁流变悬架应用前景广泛。
关键词：半主动悬架；阻尼参数；仿真；磁流变中图分类号：U463.33 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)23-141-02Simulation Analysis of Semi-active Suspension*Xiong Jiangyong, Li Chongchong, Wang Zhenyu, Xu Leizhou, Huang Zhenying, Gao Yu（College of Automotive Engineering, Nanjing V ocational College of Information and Technology, Jiangsu Nanjing 210013）Abstract:Semi-active suspension can adjust and change the damping parameters of suspension under different road conditions to adapt to different road environment. This paper SIMULINK through MA TLAB simulation to simulate the model car, to achieve the purpose of the experiment. Through this experiment, the motion effect of each joint is calculated, and the kinematics of suspension can be adjusted easily and the motion of wheels can be optimized. It is also found that magnetorheological suspension has a broad application prospect.Keywords: Semi-active suspension; Damping parameters; Simulation; MagnetorheologicalCLC NO.: U463.33 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)23-141-021 半主动悬架的发展半主动悬架是指通过传感器感知路面状况和车身姿态，对阻尼参数进行调节，从而改善汽车行驶平顺性和稳定性的一种可控式悬架系统。
基于磁流变阻尼器的起落架摆振半主动控制_陈大伟
其中 , H ( x ) 是 H eav iside 阶跃函数, 其表达式为
H ( x) = x< 0 x ∃0 ( 19)
最大能量耗散的减摆控制方案实质上是离散 Bang- Bang 控制[ 12] 的一种变形 , 其控制系统结 构如图 2 所示。 当施加在机轮上的控制力矩耗散 能量时, 控制律选择输入电压为最大值, 反之, 控 制律选择输入电压为最小值。
式中 , M 1 为线性的弹性扭矩 ; M 2 为油气 式缓冲 器轴间 黏 性摩擦力产生的阻尼力矩 ; M 3 为 轮胎侧 滑和扭 转产生 的 轮胎侧向变形力矩 , 是绕轮胎中心的 回正力矩 M z 和侧 向
+ - Ce q d 2
2
( M z - eF y ) + ( k + ∃ ) v
( 17)
一种偏离其中立位置的剧烈侧向摆动 , 是飞机研 制和使用过程中屡见的严重故障。防止机轮摆振 有效的措施是安装减摆器 [ 1 2] , 以及在起落架设计 阶段进行优化。但这些措施并不能完全防止摆振 的发生。 传统被动式油液减摆器阻尼力与速度是单值 函数关系 , 油液黏度不可调, 并且受到温度和油液 压缩性影响
= q q= c Iz + ( k ∃ C d2 ( M z - eF y ) + - eq ) q + Iz vI z Iz Iz ( 14)
y1 = v + ( e- a) q - v y 1 ∀
3
最大能量耗散减摆控制方案
起落架前轮摆振是一种非线性自激振动, 系 统在受到外界扰动后会生成极限环。 机轮摆动角
磁流变阻尼器对近海风机的半主动控制研究
糊控制算法的半主动振动控制模型 ， 研究 了阻尼控制力与其构件参数之 问的关 系 ， 并通过 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ仿真
模型对近海风机在地震荷 载和风荷载作用下 的振动控制 进行 了分 析。计 算结果 表明 ， 采用 磁流变 阻尼 器能够有效的减小风荷载和地震荷载作用下近海风机结构的加速度 和位移反应 。 关键词 ： 磁 流变 阻尼器 ； 模糊控制 ； 半主动控制 ； 近海风机
ＭＲ ｄ ｍ ｐ ａ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｈ ｅ ｒ ｅ．Ｔｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｉ ｎ ｓ ｅ ｍｉ — ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ．ａ ｎｄ
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MRE阻尼器性能试验及半主动控制数值模拟
摘要：MRE阻尼器作为一种新型的半主动控制装置，其性
能在结构震动控制领域得到了广泛关注。
本文通过试验和数值模拟的方法，对MRE阻尼器的性能进行了探究。
起首介绍了MRE阻尼器的工作原理和组成结构，然后设计了性能试验，通
过试验数据分析了MRE阻尼器的力学特性和阻尼性能。
接着，基于试验数据，建立了半主动控制数值模型，利用数值模拟方法对MRE阻尼器的控制效果进行了分析。
最后，总结了MRE阻尼器的优点和应用前景。
1. 引言
随着结构震动控制领域的进步，MRE阻尼器作为一种新型的半
主动控制装置，得到了广泛的探究和应用。
MRE阻尼器具有结
构简易、能量消耗低、响应速度快等优点，被广泛应用于建筑、桥梁、车辆等领域。
本文旨在通过性能试验和数值模拟的方法，对MRE阻尼器的性能进行探究，为其在工程中的应用提供参考。
2. MRE阻尼器的工作原理和组成结构
MRE阻尼器是一种基于磁流变液(MRE)的装置，在外加磁场的
作用下，通过控制MRE液体粒子的排列和流淌，实现对结构震动的控制。
MRE阻尼器由外壳、导电线圈、边界板和MRE液体
组成。
当没有外加磁场时，MRE液体呈流淌状态，对结构震动
的阻尼作用较小；当加入外加磁场时，MRE液体的流淌受到限制，形成抗阻尼力，从而提高了阻尼性能。
3. MRE阻尼器的性能试验
为了探究MRE阻尼器的力学特性和阻尼性能，本文设计了一系列性能试验。
起首，通过施加不同的外加磁场强度，探究MRE
阻尼器的力学特性。
试验结果表明，外加磁场的强度对MRE阻尼器的力学特性和阻尼性能有着明显影响。
其次，通过改变外加磁场的频率，探究MRE阻尼器的频率响应特性。
试验结果显示，不同频率下MRE阻尼器的阻尼性能存在差异，随着频率的增加，阻尼性能呈现出递减趋势。
4. 半主动控制数值模拟
基于性能试验数据，本文建立了MRE阻尼器的数值模型，接受半主动控制方法进行数值模拟。
模拟结果表明，MRE阻尼器能
够有效地减小结构的震动幅值，提高震动控制的效果。
数值模拟还探究了外加磁场强度和频率对阻尼性能的影响，并得出了最佳控制参数的建议。
5. 总结及展望
通过试验和数值模拟的方法，本文对MRE阻尼器的性能进行了探究。
结果表明，MRE阻尼器具有良好的力学特性和阻尼性能，适用于结构震动控制。
将来的探究可以进一步探究MRE阻尼器的优化设计和应用扩展，在更广泛的工程领域中发挥其作用。
关键词：MRE阻尼器、半主动控制、性能试验、数值模拟、震动控。
本文通过性能试验和数值模拟的方法对磁流变阻尼器（MRE）的力学特性和阻尼性能进行了探究。
试验结果表明，
外加磁场强度和频率对MRE阻尼器的性能有着明显的影响。
数值模拟结果显示，MRE阻尼器能够有效减小结构的震动幅值，
提高震动控制的效果。
本探究为MRE阻尼器的优化设计和应用扩展提供了理论基础和参考依据。
将来的探究可进一步探究MRE阻尼器在更广泛的工程领域中的应用潜力。
MRE阻尼器具
有良好的应用前景，可为结构震动控制提供有效解决方案。