[发明专利]一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法

说明书

本发明公开了一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，所述流体惯容器的非线性动力学模型包括摩擦力模型，非线性阻尼力模型和惯性力模型。其非线性模型参数的确定方法包括以下步骤：建立非线性流体惯容器的动力学模型；在不同工况下对流体惯容器进行力学性能试验；采集各工况下的力学输出幅值信号，获取其输出力幅值的均值信号；计算各工况下激励输入的速度信号；建立模型参数关系矩阵，对参数矩阵进行求解。本发明提供了一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，有利于准确掌握流体惯容器的动力学特性。

技术领域

本发明涉及一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，特指一种基于多工况力学性能试验的非线性流体惯容器模型参数确定方法。

背景技术

惯容器自2002年由英国剑桥大学Smith教授提出以来，其优越的隔振潜力已经在车辆悬架、建筑物隔振、火车悬架等各个领域得到证实。目前应用较为广泛的惯容器装置有齿轮齿条式、滚珠丝杠式、液压-泵式及流体式惯容器。然而对于实际应用的惯容器装置来说，其实际力学性能受多种多样的非线性因素的影响，比如齿轮齿条式及滚珠丝杠式惯容器就包含着背隙、弹性效应、摩擦力等非线性因素的影响。

国际PCT专利201080035037.8最早提出了流体惯容器的概念并给出了惯质系数的推导公式。国外学者通过分析流体动力学的影响机理发现，流体惯容的力学性能主要受寄生阻尼的影响，且此寄生阻尼效应具有强非线性特点。然而，由于其强非线性因素的影响，难以建立其精确的数学模型。因此，如何准确掌握流体惯容器的非线性动力学模型及确定其模型参数成为工程应用中面临的主要难题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，从而准确掌握流体惯容器的动力学特性。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案是：一种流体惯容器的非线性模型及其参数确定方法，包括以下步骤：

步骤1，基于对流体惯容器的力学性能输出影响机理的分析，首先建立流体惯容器的非线性模型，所述流体惯容器的非线性模型包括摩擦力模型、阻尼力模型和惯性力模型，所述三种力学模型的关系为并联连接；

步骤2，根据非线性流体惯容器力学输出的解析表达式，在不同工况下对流体惯容器进行力学性能试验，以获取模型参数求解所必须的力学信号输出、激励输入位移信号；

步骤3，通过力传感器采集各工况下的力学信号输出，并通过加权处理获取其输出力幅值的均值信号；通过分析求解的激励输入位移信号求取各工况下激励输入速度信号；

步骤4，依据非线性流体惯容器力学输出的解析表达式，建立包含待求解的非线性模型参数、力学信号输出和激励输入速度信号的模型参数关系矩阵，对非线性模型参数矩阵进行求解。

进一步，所述摩擦力模型为库仑摩擦模型，具体为f＝f₀sign(v)，式中，f₀为摩擦力的幅值，其大小为定值；sign(v)为符号函数，v为流体惯容器两端点的相对速度，当v＞0时，其值为-1，当v＜0时，其值为1，当v＝0时，其值为0。

进一步，所述阻尼力模型为非线性阻尼力模型，主要源自于流体的寄生阻尼力与流经管道与管道口的压力损失，其大小可用式F_c＝C₁v²+C₂v表示，方向始终与速度方向相反，v为流体惯容器两端点的相对速度，C₁为速度平方项的阻尼系数，C₂为速度项的阻尼系数。

进一步，所述惯性力模型为理想的线性惯容器模型，具体为：F_b＝ba，b为惯质系数，可由结构设计参数计算获得。