[發(fā)明專利]一種建立描述磁流變阻尼器磁滯行為的新參數(shù)模型的方法

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• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115563767A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張廣;陳俊宇;張晉寧;張征;孫敏
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/12;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 湯明

1.一種建立描述磁流變阻尼器磁滯行為的新參數(shù)模型的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將磁流變液的滯回曲線分為四個主要特性，即粘性、彈性、應(yīng)變軟化及應(yīng)變硬化特性；其中前兩種特征：粘度和彈性，分別用相對于剪切速率和剪切應(yīng)變的表達(dá)式來表示，而其他兩種成分用微分算子表示；故其元器件表示如下：粘度和彈性表現(xiàn)為彈簧和緩沖器的并聯(lián)；應(yīng)變軟化和應(yīng)變硬化現(xiàn)象通過微分算子同時相對于應(yīng)變和速率來進(jìn)行模擬；因此，所提出的參數(shù)模型是彈簧、緩沖器和微分算子的并聯(lián)組合；

1.1)參數(shù)模型的表達(dá)式詳細(xì)描述如下：

其中τ、γ和分別是剪切應(yīng)力、剪切應(yīng)變和剪切速率；c和k分別表示粘度和彈性參數(shù)；ε是滯后算子的系數(shù)；z是滯后微分算子；

1.2)其滯后微分算子由以下表達(dá)式描述：

其中是z的時間導(dǎo)數(shù)；α、β和δ是控制滯回曲線一般形狀和尺度的參數(shù)；

1.3)為了通過所提出的模型準(zhǔn)確捕捉磁流變液的滯后響應(yīng)，應(yīng)確定六個參數(shù)，如下所示：

∩＝[α,β,δ,ε,c,k]

1.4)采用歐拉方法求解中間變量z；其表達(dá)式詳細(xì)描述如下：

其中Δt是采樣兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)之間經(jīng)過的時間；o(Δt²)是高階無窮小量；

2)根據(jù)磁流變液的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)對所提出的模型進(jìn)行參數(shù)識別；

2.1)利用測試數(shù)據(jù)與模型建模結(jié)果之間的均方根誤差RMSE作為適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，其目標(biāo)函數(shù)如下所示：

其中ε是模型中的參數(shù)；N是滯后曲線中測試數(shù)據(jù)的數(shù)量；是實(shí)驗(yàn)測試值；其中適應(yīng)度函數(shù)obj(ε)的值越小，其所得參數(shù)結(jié)果就越好；采用minfit(∩)作為優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)；

2.2)利用遺傳算法的魯棒性，來求解優(yōu)化問題，其步驟如下：

2.2.1)讀取數(shù)據(jù)：剪切應(yīng)力、剪切應(yīng)變和剪切速率；

2.2.2)定義問題和遺傳算法參數(shù)：確定適應(yīng)度函數(shù)并設(shè)置染色體數(shù)N，交叉率pc，變異概率pm，有限迭代次數(shù)X；

2.2.3)確定模型參數(shù)∩并初始化模型參數(shù)值∩＝[α,β,δ,ε,c,k]；

2.2.4)為每個模型參數(shù)初始化一組染色體；

2.2.5)使用適應(yīng)度函數(shù)值對每條染色體進(jìn)行評估，并與前一條進(jìn)行比較；

2.2.6)根據(jù)染色體的適應(yīng)度對染色體進(jìn)行排序，并使用輪盤賭法選擇新的種群；

2.2.7)通過交叉和突變行為來更新染色體；

2.2.8)評估新染色體并檢查是否滿足停止標(biāo)準(zhǔn)，如果滿足停止條件或迭代次數(shù)高于限制迭代次數(shù)，則報告最佳染色體作為解并輸出最優(yōu)模型參數(shù)；否則，返回步驟2.2.5)。

3)在進(jìn)行完參數(shù)識別之后，將模型預(yù)測數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同時將所述參數(shù)模型與經(jīng)典參數(shù)模型進(jìn)行了比較，以驗(yàn)證所提出模型的精確度以及合理性。

4)通過調(diào)節(jié)參數(shù)大小測試得到六個參數(shù)對磁滯曲線的影響，其中參數(shù)α和ε越大，其磁滯曲線所圍的面積也越大；參數(shù)β越低，獲得的應(yīng)力峰值將越大，表明等效剛度隨著參數(shù)值的增加而減小；對于參數(shù)δ，其等效剛度和封閉磁滯回線的面積都隨著參數(shù)的增大而減小；對于參數(shù)c，其值越大，得到的磁滯曲線的面積越大，參數(shù)c＝-1000時會發(fā)生應(yīng)變硬化現(xiàn)象；而通過增加k的值可獲得更高的等效剛度；而且所有滯后曲線都在剪應(yīng)變?yōu)?的兩個位置相交，在這些位置的兩側(cè)，剛度以及k的值是不同的：在從0到10％和0到-10％的應(yīng)變范圍內(nèi)，順時針路徑中的剛度隨著k的增加而增加；然而，在-10％到0和10％到0的應(yīng)變范圍內(nèi)，剛度隨著k的降低而降低；

5)對參數(shù)進(jìn)行參數(shù)泛化，即提出模型參數(shù)與施加電流之間的關(guān)系；在相同的應(yīng)變幅值及頻率條件下，分別測試不同的電流輸入下的參數(shù)值，得到參數(shù)α和δ隨著外加電流的增加而單調(diào)減小，參數(shù)ε和k隨著外加電流的增加單調(diào)增加，參數(shù)β和c與電流呈二次關(guān)系。