[發明專利]一種磁流變液阻尼器阻尼力的非參數動力學計算方法

有效

• 申請號: 201710125122.7
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106870620B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 權凌霄;李斌;易佰健;郭海鑫
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: F16F9/53
• 分類號: F16F9/53;G06F17/50
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 崔鳳英

本發明公開了一種磁流變液阻尼器阻尼力的非參數動力學計算方法，根據實驗或者工程所得的“阻尼力?速度”曲線，對其滯環特性的復雜程度調整多項式模型次數，將實際曲線分為正加速度(上升段)和負加速度(下降段)兩部分，通過對這兩部分曲線的分別擬合，保證了模型在“阻尼力?速度”曲線上的擬合準確性；根據高次多項式出現Runge現象的兩端區域，則使用Bingham力學模型擬合，在保證精度的基礎上降低模型次數；結合使用多項式模型和Bingham力學模型，對傳統單一使用多項式模型和Bingham力學模型進行改良，保證了模型的擬合精度，同時避免高次多項式Runge現象的產生，從而實現對“阻尼力?速度”特性曲線進行更好地擬合的目的。

技術領域

本發明涉及高端裝備半主動振動控制領域，特別涉及基于半主動振動控制原理工作的磁流變液阻尼器的設計和控制。

背景技術

已知，磁流變液阻尼器以磁流變液作為介質，在外加磁場作用下，磁流變液顆粒由散亂分布變為沿磁場方向的鏈狀排列，外部形態呈現半固態，繼而產生剪切屈服強度。磁場強度越大，剪切屈服強度及磁流變液流動阻尼也隨之增大，進而導致其輸出阻尼力變大。磁流變液阻尼器的輸出阻尼力與振動位移以及振動速度之間的關系是其重要的物理指標。而磁流變液阻尼器數學模型的準確程度決定了上述兩個關系的評估能力，對控制策略和控制效果有重要意義。準確的數學模型使其具有較好的控制效果。但是，由于磁流變液流變特性及電磁非線性使磁流變液阻尼器的動態特性呈現強非線性，這就使其力學建模存在很大困難。

偽靜力學模型是常用的一個磁流變液阻尼器數學模型，該模型根據阻尼器內部結構和流體流動規律，應用流體力學建立簡化的磁流變液間隙流動模型，并帶入磁流變液本構模型，得出輸出阻尼力計算式。采用偽靜力學模型分析阻尼器動態特性，需要已知其結構參數及流體流變參數，適用于阻尼器的設計驗證階段。此外，采用偽靜力學模型計算磁流變液阻尼器阻尼力與振動位移、振動速度之間的線性關系，與實際的阻尼器與振動位移、振動速度之間的線性關系存在一定的誤差，而且隨著控制電流增大，該誤差越大。

動力學模型也是常用的一個磁流變液阻尼器數學模型，該模型基于實驗測得的阻尼器動態特性，然后經過參數辨識建立其動力學方程。Hiwatashi等人將此模型用于磁流變液阻尼器振動平臺控制實驗，取得了一定的效果。Bingham模型曲線可以在一定程度上反映磁流變液阻尼器的工作特性，但當阻尼器工作在振動速度最小值附近時，建模過程忽略了阻尼器中靜摩擦力的影響，Bingham模型模擬實際工況的情況較差。同時，Bingham建模過程中已對輸出阻尼力與振動速度間的關系做出簡化，模型不能反映“阻尼力-速度”曲線中的滯環特性。

發明內容

本發明目的在于提供一種擬合精度高、避免高次多項式兩端區域Runge現象產生的磁流變液阻尼器阻尼力的非參數動力學計算方法。

為實現上述目的，采用了以下技術方案：本發明方法，根據所得的“阻尼力 -速度”曲線，對其滯環特性的復雜程度調整多項式模型次數，將實際曲線分為正加速度(上升段)和負加速度(下降段)兩部分，通過對這兩部分曲線的分別擬合，保證模型在“阻尼力-速度”曲線上的擬合準確性；根據高次多項式出現Runge現象的兩端區域，則使用Bingham力學模型擬合，在保證精度的基礎上降低模型次數；實現對“阻尼力-速度”特性曲線進行更好地擬合的目的。

所述方法的具體步驟如下：

步驟1，用多項式模型擬合磁流變液阻尼器“阻尼力-速度”滯環曲線的低速區域，將實際曲線分為正加速度(上升段)和負加速度(下降段)兩部分，對這兩部分曲線分別擬合，以提高模型對“阻尼力-速度”滯環曲線的擬合精度；

多項式模型輸出阻尼力為：

式中，a_i——阻尼力模型中多項式的系數；

v——阻尼器的振動速度；

n——多項式的次數；