基于磁流变阻尼器的主动变阻尼减振控制系统设计.pdf

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1、丝———堑—爿———壁———————2业!型型!!堕基于磁流变阻尼器的主动变阻尼减振控制系统设计张祥金，沈娜南京理工夫学机械工程学院204教研室．江苏南京210094摘要：计_i旨7磁流变±动减振控制}统的设计。根据流体连续性m理和瑶流￡驵尼嚣∞≈#分析罐流tm尼8精☆的m尼女的T拉范目。时t漉驱动￡进行T＆进．设计T基fjl单片机的救字型T％程磁流变m尼器电流驱动品l并对控制嚣进行T功能扩展，设*T包括DSP主控制棋块、外部控制模块、执竹模块、信号”理摸琏4十部分的主动减振拉制系统．井遵过试验制试。美键词：磁漉韭

2、阻尼嚣：控制燕统：设计中围分羹号：rB86文献标识码：A文章编号：1001-9731(2009l增刊一025003磁流变液是一种能够随外加黠场强厦变化而改变其流变特性的智能材料，在减振领域中具有广阔的应用前景。开腱基于磁流变阻尼器的主动变阻尼减振系统课题的研究最终是要建对．将磁流变智能系统川于减振系统的控制平台，解决基于磁钎c变的主动硪振系统在工程、军事领域里应用所要突破的关键技术M题，满足现场拉制和实验研究的需要。2磁流变减振器阻尼力的可控范围研究在磁漉变主动减振控制景坑的设计巾首先必须明确阻尼力的可控范围。磁流

3、变阻尼器(MRFD)的阻尼力诃节主要依靠河节其内部励磁线圈电流的方式实现．网1是运用ANSYS对磁施变皿尼器内部肿磁场进行分析．可知磁力线土要分布往铁芯的导磁面上．Fig1l'hem“gneticfielddistribmionintheinnerofMagneto·Rheologic*ldamper在一定的铁芯导磁面积下，所盹传递的磁感应强度是有限的．K行程抗冲击磁流变阻尼器采用多级活塞结构．把总的有效长度分配在多条磁路中。由于每一级的磁路结构都相同，而整体上相当于每级活塞串连起来。则缸体所受库仑力为tF=半㈨其

4、中．z为活塞的导磁面的长度，A为活塞工作面积，h表示阻尼通道同辣t0为磁流变液的屈服应力．根据流体连续性原理，单位时同内礁流变液流经阻尼通道的漉量等于活塞杆进出运动占用的体积。因此在磁流变硪振器的环形阻尼孔中醴流变液的流量Q为关于阻尼通道的压差△p，阻尼器结构和避减变{葭钎理特性的一个高次方程．Q“。m)～娟“*一Dp：卜∽dr+卜∽dr+卜∽州=型型鬻世型(2)。。麓盘麓：：；篙黧建翟篙i纛：一一器长业dxg'm．atdx速度，“DP为环形阻尼孔的平长。‰(e)为碰讹变化”z：：：嚣h冀等舞瓣黧翁：：：竺0罂h+

5、：r一等警m殿区厚厦-t为刚性流动区和屈服区的总厚度，。为Ⅲ刚性流动区厚度．1为蹴流变阻尼液的动力粘度，L为代^式(2)得：环形阻尼孔长度．奉文讨论了上述嗣索对库仑力的影当1vl<3CP2P)4IP时：响，设：3(P一2n2(P一(I+3／"一”P+4广)+n4严=O(6)*等㈣础一⋯“时“““眦“埔非2一，一÷“一m×■(÷ms(-一(i南)3))+÷]mi；蕊嚣嚣“““腓燃弘啪m”P(r，”=l+20f’一y+志104／"(8)得到近似的拟和解：+辫器然；”：裂。胁。。01编!差氩，。，；。。方面。究工。张祥金

6、等：基于磁流变阻尼器的主动变阻尼减振控制系统设计当I刁I>3(P一2r)。／P时：仨4驴27(2V—1)2一翌。一3P27，1一y，I．华≤V≤3P≤y≤华@’yl>3P可以看出，IVl>3(P--2P)2／P时，参数P的关系式只包含V，而不含r。此时阻尼通道内压力梯度只与磁流变阻尼器几何尺寸以及活塞速度相关，而与磁流变液的屈服应力参数r，没有关系。在这种情况下，磁流变阻尼器输出的阻尼力是不可控的。3磁流变阻尼器电流源开关控制器设计磁流变阻尼器(MRFD)的阻尼力调节一般是通过控制器将外界控制端发出的控制信号转变为

7、一定的输出电压(由线圈电阻大小决定)、电流(由线圈线径决定)输入励磁线圈，从而控制磁流变阻尼器的阻尼力输出。在工程控制过程中，磁流变阻尼器驱动电流的实时精确调节对阻尼器性能的影响很大。磁流变阻尼器电流源开关控制器设计的目的是将外界控制信号(一般是电压信号)以脉宽调制(PWM)方式转换成磁流变阻尼器的驱动电流，因此可以把它看成是一个高精度的DC-DC开关电源模块。这里假设负载R为受控单元。磁流变阻尼器的等效电路模型是一个由励磁线圈的电感和输入阻抗串联组成，可以直接将线圈电感当作储能元件，以LR冲放回路继流。控制信号(

8、假设为电压信号)通过脉宽调制(PWM)成输出占空比可变的脉冲方波驱动功率晶体管，输出功率载波。继流时励磁线圈通过二极管构成LC回路。同时为了保证控制电流精度，采样输出端电流作为控制端负反馈。见式(10)，此时【，(￡)并不是单纯控制信号的电压放大，它还包含了电流反馈调节信号，这是电流源控制器的特征。由于电流反馈环路具有快速响应能力，而且是一个自激振荡系统，使