[发明专利]一种磁流变阻尼器的磁滞补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种磁流变阻尼器磁滞补偿方法。包括步骤为：以目标可调阻尼力为依据，根据磁流变阻尼器的设计参数计算相应的目标磁感应强度；将霍尔传感器嵌入到磁流变阻尼器的阻尼通道中，实时检测阻尼通道中垂直穿过磁流变液的磁感应强度；以目标磁感应强度与检测磁感应强度的误差作为分数阶PID控制器的输入；将所述分数阶PID控制器的输出传送至电流驱动器，电流驱动器产生相应的电流通入磁流变阻尼器的励磁线圈，构成磁感应强度闭环控制系统，使得实际磁感应强度跟踪目标磁感应强度，实现磁滞补偿控制。通过上述方式，本发明提供的一种磁流变阻尼器磁滞补偿方法，抑制磁流变阻尼器磁滞非线性特性对冲击缓冲控制系统响应速度、控制精度的负面影响。

技术领域

本发明涉及基于磁流变阻尼器的振动控制领域，特别涉及一种采用多点嵌入霍尔传感器测量磁感应强度和分数阶控制理论实现磁滞补偿的方法。

背景技术

磁流变阻尼器是利用磁流变液在外加磁场作用下可在毫秒量级内实现液体、粘滞体与半固体之间的连续且可逆变换而制成的一种新型智能装置，由于具有结构简单、阻尼力连续可控且可调范围大、响应速度快以及能耗低等优点，正逐渐应用于车辆工程、土木工程以及武器系统等领域。然而，磁流变阻尼器自身固有的磁滞非线性问题限制了其在工程上的广泛应用，极大的影响了阻尼器阻尼力的预测和控制精度。尤其在冲击缓冲系统中，磁流变阻尼器的磁滞特性尤为突出。原理上，磁流变阻尼器通过改变输入电流来控制输出阻尼力，而输入电流产生磁场强度H，另一方面，输出阻尼力是磁感应强度B的函数，因此，铁磁材料的B和H之间的磁滞现象就表现为可调阻尼力(库仑阻尼力)和输入电流之间的磁滞非线性，这种磁滞非线性特性给磁流变阻尼器的控制带来了极大的挑战，尤其在高速冲击缓冲环境中。目前，现有关于磁流变阻尼器的非线性研究主要从动力学角度出发，进行磁流变阻尼器的阻尼力和速度之间的滞回非线性建模或控制，而关于磁流变阻尼器由铁磁材料磁化导致的磁滞非线性问题的解决方法较少，为克服该问题，常用的方法在建立磁流变阻尼器的磁滞模型并集成到控制方法中，尽管可以通过数学模型表征磁滞非线性，但这种开环控制方法忽略了建模后系统参数的变化，并不能取得理想的控制效果。因此，磁流变阻尼器的磁滞补偿方法对提高磁流变阻尼器冲击缓冲系统的控制性能具有重要作用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种磁流变阻尼器磁滞补偿方法，补偿由铁磁材料引起的磁流变阻尼器输出阻尼力与输入电流之间的磁滞非线性。

为解决上述技术问题，本发明的一种磁流变阻尼器的磁滞补偿控制方法，包括以下步骤：

1)根据磁流变液厂家提供的屈服剪切应力τ_y与磁感应强度B之间的τ_y～B特性曲线进行拟合，得到B与τ_y的函数关系：

B＝f(τ_y)

2)根据冲击缓冲控制要求设定目标可调阻尼力F_τ，计算目标磁感应强度B_desired：

其中，c₂为与磁流变阻尼器结构参数相关的阻尼系数；

3)将霍尔传感器嵌入到磁流变阻尼器的阻尼通道中，由霍尔传感器的输出电压实时计算出垂直穿过磁流变液的实际磁感应强度B_measured：

B_measured＝S·u

S为霍尔传感器的灵敏度(mv/G)，u为霍尔传感器输出电压(V)；

4)将目标磁感应强度B_desired与实际磁感应强度B_measured的误差作为分数阶PID控制器的输入，设计分数阶PID控制器，所述分数阶PID控制器的输出形成电流驱动器的控制量，电流驱动器产生相应的电流通入磁流变阻尼器的励磁线圈，构成磁感应强度闭环控制系统；