[發明專利]一種磁流變阻尼器的磁滯補償控制方法

有效

• 申請號: 201810623902.9
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108775370B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 李趙春;王皖君;龔瑤
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: F16F9/53
• 分類號: F16F9/53
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 王清義

1.一種磁流變阻尼器的磁滯補償控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據磁流變液廠家提供的屈服剪切應力τ_y與磁感應強度B之間的τ_y～B特性曲線進行擬合，得到B與τ_y的函數關系：

B＝f(τ_y)

2)根據沖擊緩沖控制要求設定目標可調阻尼力F_τ，計算目標磁感應強度B_desired：

其中，c₂為與磁流變阻尼器結構參數相關的阻尼系數；

3)將霍爾傳感器嵌入到磁流變阻尼器的阻尼通道中，由霍爾傳感器的輸出電壓實時計算出垂直穿過磁流變液的實際磁感應強度B_measured：

B_measured＝S·u

S為霍爾傳感器的靈敏度(mv/G)，u為霍爾傳感器輸出電壓(V)；

4)將目標磁感應強度B_desired與實際磁感應強度B_measured的誤差作為分數階PID控制器的輸入，設計分數階PID控制器，所述分數階PID控制器的輸出形成電流驅動器的控制量，電流驅動器產生相應的電流通入磁流變阻尼器的勵磁線圈，構成磁感應強度閉環控制系統；

5)整定分數階PID控制器參數，使得實際磁感應強度跟蹤目標磁感應強度，實現磁流變阻尼器磁滯補償控制；

其中，整定分數階PID控制器參數的步驟如下：

6)采用實驗法建立磁流變阻尼器的磁滯模型；向磁流變阻尼器的勵磁線圈中通入變化的電流，同時采集輸入電流的數值和霍爾傳感器的輸出；

7)采用Jiles-Atherton模型作為磁流變阻尼器的磁滯模型，具體為：

式中，M_an為無磁滯磁化強度(A/m)

其中，coth(·)為雙曲余切函數，M_s是飽和磁化強度(A/m)；c是可逆磁化系數；α是分子場的系數；a是無磁滯磁化強度曲線形狀參數(A/m)；k為牽制參數(A/m)；δ表示磁場變化方向的參數，當dH/dt＞0時，δ＝1，dH/dt＜0時，δ＝-1；

磁路中磁場強度的數學計算式為：

其中，N為勵磁線圈的匝數；I為勵磁電流(A)；L_e為有效磁路長度(m)；

磁感應強度B數學計算式為：

B＝μ₀(H+M)

其中，B為磁感應強度(T)，μ₀為真空磁導率μ₀＝4π×10^-7N/A²，H為磁場強度(A/m)，M為磁化強度(A/m)；

8)采用粒子群優化算法辨識磁滯模型參數，具體步驟為：

確定目標函數

其中，B_m是實驗測量值，B_d為模型計算值，N為實驗數據點數；

所述粒子群優化辨識Jiles-Atherton模型參數的過程是：初始化產生粒子群，將粒子群中的粒子依次賦值給Jiles-Atherton模型的5個參數M_s、a、α、c、k，然后根據Jiles-Atherton模型計算得到該組參數對應的目標函數計算值，該值傳遞到粒子群算法中作為該粒子的適應值，直到滿足終止條件；

9)所述分數階PID控制器是指誤差信號進行比例、任意階次積分與任意階次微分的線性組合，數學計算式為：

式中，u(t)分數階PID控制器的輸出，e(t)是磁感應強度的理想值與測量值的誤差，K_p、K_i、K_d分別是比例、積分、微分系數，λ、μ分別是積分與微分階次；

10)在Matlab/Simulink動態仿真軟件中，通過建立磁流變阻尼器的Jiles-Atherton動態模型，對于磁流變阻尼器磁滯分數階控制系統分析得到滿足磁滯補償控制要求的K_p、K_i、K_d、λ、μ。

2.根據權利要求1所述的磁流變阻尼器的磁滯補償控制方法，其特征在于，所述磁流變阻尼器包括缸筒、活塞、缸蓋、活塞桿；活塞外圓周繞有勵磁線圈，活塞與缸筒內壁之間的間隙構成磁流變液環形阻尼通道；兩根活塞桿穿過缸筒左、右兩端的缸蓋與活塞兩端相連；活塞將缸筒內分隔為左、右磁流變液腔室，左、右磁流變液腔室內有磁流變液；霍爾傳感器貼裝在活塞外圓周上，用于檢測阻尼通道的磁場；

對于該磁流變阻尼器，阻尼系數c₂：式中，L為活塞的長度(mm)，D為缸筒內徑(mm)，d為活塞直徑(mm)，h為阻尼通道寬度(mm)。