[发明专利]一种磁流变阻尼器的磁滞补偿控制方法

摘要

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。

主权项

1.一种磁流变阻尼器的磁滞补偿控制方法，其特征在于，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·uS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；5)整定分数阶PID控制器参数，使得实际磁感应强度跟踪目标磁感应强度，实现磁流变阻尼器磁滞补偿控制；其中，整定分数阶PID控制器参数的步骤如下：6)采用实验法建立磁流变阻尼器的磁滞模型；向磁流变阻尼器的励磁线圈中通入变化的电流，同时采集输入电流的数值和霍尔传感器的输出；7)采用Jiles‑Atherton模型作为磁流变阻尼器的磁滞模型，具体为：式中，M_an为无磁滞磁化强度(A/m)其中，coth(·)为双曲余切函数，M_s是饱和磁化强度(A/m)；c是可逆磁化系数；α是分子场的系数；a是无磁滞磁化强度曲线形状参数(A/m)；k为牵制参数(A/m)；δ表示磁场变化方向的参数，当dH/dt＞0时，δ＝1，dH/dt＜0时，δ＝‑1；磁路中磁场强度的数学计算式为：其中，N为励磁线圈的匝数；I为励磁电流(A)；L_e为有效磁路长度(m)；磁感应强度B数学计算式为：B＝μ₀(H+M)其中，B为磁感应强度(T)，μ₀为真空磁导率μ₀＝4π×10^‑7N/A²，H为磁场强度(A/m)，M为磁化强度(A/m)；8)采用粒子群优化算法辨识磁滞模型参数，具体步骤为：确定目标函数其中，B_m是实验测量值，B_d为模型计算值，N为实验数据点数；所述粒子群优化辨识Jiles‑Atherton模型参数的过程是：初始化产生粒子群，将粒子群中的粒子依次赋值给Jiles‑Atherton模型的5个参数M_s、a、α、c、k，然后根据Jiles‑Atherton模型计算得到该组参数对应的目标函数计算值，该值传递到粒子群算法中作为该粒子的适应值，直到满足终止条件；9)所述分数阶PID控制器是指误差信号进行比例、任意阶次积分与任意阶次微分的线性组合，数学计算式为：式中，u(t)分数阶PID控制器的输出，e(t)是磁感应强度的理想值与测量值的误差，K_p、K_i、K_d分别是比例、积分、微分系数，λ、μ分别是积分与微分阶次；10)在Matlab/Simulink动态仿真软件中，通过建立磁流变阻尼器的Jiles‑Atherton动态模型，对于磁流变阻尼器磁滞分数阶控制系统分析得到满足磁滞补偿控制要求的K_p、K_i、K_d、λ、μ。