[发明专利]基于动态迟滞单元的磁流变阻尼器数学模型及动态迟滞单元

说明书

本发明公开了一种基于动态迟滞单元的磁流变阻尼器数学模型及动态迟滞单元，其中数学模型是一种动态迟滞单元与粘塑性模块结合的磁流变阻尼器模型，将磁流变阻尼器的阻尼力分解成滞变阻尼力与粘滞力之和，其中动态迟滞单元为磁流变阻阻尼器特性提供迟滞特性，精确表达了变电流的情况下阻尼力‑速度的关系，结构简单，易于分析，便于控制器设计。而动态迟滞单元增加了积分比例系数ki和死区宽度x₀来适应磁流变阻尼器不同的滞环宽度和不同的滞环赋值，克服该问题本发明提供的动态迟滞单元通过增加了积分比例系数ki和死区宽度x₀更好地模拟磁流变阻尼器性能。

技术领域

本发明首先涉及一种数学模型，其次还涉及一种用于构成该数学模型的动态迟滞单元；该数学模型尤其是针对于磁流变阻尼器迟滞特性，其中动态迟滞单元是构成该迟滞数学模型的主要部分。

背景技术

磁流变阻尼器(简称MR阻尼器)是由磁流变技术研究制造成的一种阻尼器，该阻尼器利用外磁场作用于磁流变液(磁流变液属于可控流体，智能材料中研究较为活泼的一种，磁流变液由高磁导率、低磁滞性微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性，而在强磁场作用下则呈现出高粘度的低流动性的Bingham特性)上改变其特性。具体是的在无外力作用下时磁流变液呈牛顿流体特性，当存在外力作用时，为了吸收外力，实现吸能减震作用，控制作用于磁流变液上的磁场力，加大磁场力，使磁流变液磁化，呈低流动性的Bingham特性用于抵消外力，达到阻尼作用。

磁流变阻尼器是通过改变控制装置的参数来实现对结构的可调控制，其主要特点是所需外加能量很少、装置简单、不易失稳，可以在一定的范围内通过调整磁场强度来调整减振器的阻尼系数，实现振动的半主动控制。现有的磁流变阻尼器的工作模式有以下三种模式：

1、压力驱动模式或流动模式，此种模式为目前最多的一种工作模式。其工作原理如图1所示，磁流变液在压力的作用下通过固定的磁极，磁流变液流动的方向与磁场方向垂直，可以通过改变励磁线圈的电流控制磁场的变化，使磁流变液的流动特性发生变化，进而使磁流变阻尼器的阻尼力发生变化，达到阻尼作用。此工作模式可以用于伺服控制阀、阻尼器和减震器。

2、直接剪切模式，该模式的原理如图2所示。该模式中只有一个磁极固定，另一个磁极作平行于固定磁极的运动或绕固定磁极旋转，磁流变液在可移动磁极的作用下通过可控磁场，此结构中磁场方向同样垂直于磁流变液液体流动方向。该模式适合用于离合器、制动器、锁紧装置和阻尼器等磁流变器件。

3、挤压模式，该模式工作原理如图3所示。该模式中磁极移动方向与磁场方向相同，磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，磁流变液在磁极运动时同时受到挤压和剪切作用，磁流变液在磁极压力的作用下向四周流动磁极移动位移较小，磁流变液产生的阻尼力较大。该模式可以用于低速小位移(一般小于1mm)、大阻尼力的磁流变阻尼器和减振设备等。

从以上三种模式可知，磁流变阻尼器在使用过程中控制方便，只需改变励磁线圈上的电流大小即可实现阻尼力大小的改变，实现控制目的。但是由于磁流变阻尼器磁流变液在退磁过程中具有迟滞性，故磁流变阻尼器本身固有的非线性的迟滞特性会影响控制精度。

在研发磁流变阻尼器时，考虑到磁流变阻尼器固有的非线性的迟滞特性的影响，研发过程中采用数学建模的方式对磁流变阻尼器各项性能进行研究，再制造满足条件的磁流变阻尼器。