随机激励下汽车悬架磁流变阻尼半主动控制研究

本文研究了在被动控制、半主动线性控制、半主动磁流变非线性控制三种控制策略情况下，采用磁流变阻尼的1／4车体模型的运行效果，所采用的路面激励为对正弦的摄动激励和随机激励。研究结果表明磁流变阻尼应用于车辆半主动控制后具有很好的效果，证实了磁流变阻尼在汽车控制中的可行性及优越性。     

基于分数阶磁流变液阻尼器模型的车辆悬架组合控制

磁流变液阻尼器的分数阶Bingham模型结构形式简单, 而且可以更好地描述系统的滞回特性. 建立了含有分数阶Bingham模型的单自由度1/4车辆悬架系统模型, 利用磁流变液阻尼器对在路面简谐激励下的非线性车辆悬架系统进行振动控制. 研究了含有分数阶Bingham模型的悬架系统在天棚阻尼半主动控制下的主共振响应, 利用平均法得到了系统的近似解析解. 求解了系统定常解的幅频响应方程, 并根据李雅普诺夫稳定性理论得到了悬架系统的稳定性条件. 通过绘制数值解和解析解的幅频响应曲线对比图, 验证了近似解析解的正确性. 利用簧载质量垂直方向的加速度均方根值分析了半主动控制对车辆乘坐舒适性的影响, 发现天棚阻尼半主动控制策略在低频激励区域反而会降低车辆的乘坐舒适性. 因此提出了一种被动控制与半主动控制相结合的组合控制策略, 并分析了半主动控制参数对振动控制效果的影响. 分析结果表明, 该组合控制策略不但能够提高车辆的乘坐舒适性, 而且能有效抑制悬架系统的主共振振动幅值.      

结构振动的滑模变结构半主动控制

研究应用磁流变阻尼器(MRD)对结构振动半主动控制的算法和原理。研制并对磁流变阻尼器进行了阻尼特性实验，采用非线性滞回双粘性模型描述磁流变阻尼器的阻尼特性，模型结果与实验结果非常一致。采用滑模控制算法和趋近律方法设计了半主动控制器。利用滑模控制方法所建立的控制器，本文给出了地震激励下结构振动半主动控制算例。计算分析表明，半主动滑模控制具有控制效果明显、鲁棒性好等优点，是一种非常有发展前途的控制方法。     

时滞对结构振动半主动控制效果的影响

应用磁流变阻尼器对结构振动进行控制，采用最优控制原理设计了控制器，给出在地震激励下结构半主动控制的仿真计算。研究了时滞对结构振动半主动控制效果的影响。数值结果表明：本文设计的半主动控制策略可有效地减小结构的振动响应，时滞对磁流变半主动控制效果随着时滞的增大而变差，但时滞不会导致该反馈控制系统的失稳。     

含分数阶Bingham模型的阻尼减振系统时滞半主动控制

针对基于磁流变液阻尼器的半主动控制系统中存在的时滞问题, 采用了一种将可控的时滞变量引入半主动控制切换条件的控制策略, 研究了考虑时滞的天棚阻尼控制切换条件对半主动阻尼减振系统的影响, 分析了含有分数阶Bingham模型的线性刚度系统在基础激励下的振动特性. 利用平均法得到了系统在含时滞半主动控制策略下主共振响应的近似解析解, 根据Lyapunov理论分析了系统的稳定性. 通过数值解验证了近似解析解的准确性, 二者具有较好的一致性. 利用近似解析解分析了固定激励频率下时滞对系统幅频响应特性的影响, 以及主共振峰值响应和共振频率随时滞变化的特性规律. 结果表明, 含时滞的半主动控制系统存在一个小时滞区间, 使得系统的振幅在主共振峰对应的频率附近低于不考虑时滞时系统的振幅, 且存在最优时滞使得系统的振幅大幅度降低; 而大时滞的引入会加剧系统的振动, 导致系统的颤振. 确定了基于分数阶Bingham模型的线性刚度系统在天棚阻尼半主动控制下的时滞选取原则, 为振动系统半主动阻尼控制中的时滞选取提供了参考.      

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本文建立了二自由度1/4车体液压悬架的数学模型，介绍了利用模糊控制工具箱设计汽车液压半主动悬架模糊控制器的方法，通过应用MATLAB/Simulink对比仿真，得出了具有模糊控制器的液压半主动悬架的控制效果明显优于被动悬架，为半主动悬架在车辆上的应用提供了成功的范例。     

磁流变阻尼器半主动控制方法的实验研究

由于磁流变阻尼器是一种高度非线性的装置,因此建立与之相适应的控制系统是半主动控制问题的关键。本文采用改进的Bingham模型建立了磁流变阻尼器的动力学特性模型,根据天棚阻尼开关控制、天棚阻尼连续控制和模糊控制三种控制方法,确立了从系统速度响应到磁流变阻尼器励磁电流之间的关系,并开发了一套半主动控制系统。在一个两自由度的简化车辆试验平台上进行半主动控制试验,对比研究了三种控制方法的控制效果。实验结果表明,在1.3Hz~2.0Hz的低频段内,开关控制的最佳减振效果为15.1%,连续控制的最佳减振效果为14.9%,模糊控制的最佳减振效果为20.1%。可见,三种控制方法都能有效的减小车体的振动,模糊控制的减振效果最佳。     

磁流变阻尼器汽车悬架的非线性振动特性分析

通过对磁流变阻尼器sigmoid模型进行数值计算分析,揭示了各参数对该模型阻尼力的影响,证明了通过合理有效地选择参数可设计出符合工程实际应用的磁流变阻尼器.对确定性激励下磁流变阻尼器的Sigmoid模型进行了理论分析.指出了采用非线性的阻尼器模型能更精确地描述汽车悬架的振动特性.从而证明了磁流变阻尼器有良好的使用价值和Sigmoid模型磁流变阻尼器在汽车控制工程应用中的可行性.     

DYNAMICAL ANALYSIS ON A KIND OF SEMI-ACTIVE SUSPENSION WITH TIME DELAY

对一类采用有限相对位移控制的含时滞单自由度半主动悬架系统进行了动力学分析.首先通过平均法得到了该系统的一阶近似解, 然后基于Lyapunov理论建立了系统的稳定性条件, 结果表明近似解的稳态幅值和稳定性条件都是时滞量的周期函数, 并且和外激励具有相同周期.通过对数值解和解析解的幅频曲线进行比较, 验证了一阶近似解析解的准确性, 并且解释了半主动控制中的高频颤振现象.研究了被动悬架系统并且和半主动悬架系统进行了比较, 证实了半主动悬架系统的优越性.最后, 探讨了一些关键的系统参数, 如控制间隙、时滞量、最小阻尼比等对半主动悬架系统稳态幅值的影响.     

NEURAL NETWORK MODEL OF MAGNETORHEOLOGICAL DAMPER FOR VIBRATION ISOLATION PLATFORM OF WHOLE-SPACECRAFT

为改善星箭界面振动环境,设计六杆隔振平台,采用磁流变阻尼器作为半主动控制元件,替代原有锥壳过渡支架.对整星隔振平台用磁流变阻尼器进行性能测试,得到反映磁流变阻尼器阻尼特性的实验数据.建立具有两个隐含层的反向传播神经网络对阻尼器进行建模,用于预测磁流变阻尼器阻尼特性以及控制系统设计.提出一种串行算法优化网络结构、权值和阈值,保证网络具有较好的泛化能力和稳定性.仿真结果表明,与参数化模型相比,提出的神经网络模型具有较小的训练误差和较强的泛化能力,能够很好地预测阻尼器的阻尼特性.     

整星隔振用磁流变阻尼器神经网络模型

为改善星箭界面振动环境,设计六杆隔振平台,采用磁流变阻尼器作为半主动控制元件,替代原有锥壳过渡支架.对整星隔振平台用磁流变阻尼器进行性能测试,得到反映磁流变阻尼器阻尼特性的实验数据.建立具有两个隐含层的反向传播神经网络对阻尼器进行建模,用于预测磁流变阻尼器阻尼特性以及控制系统设计.提出一种串行算法优化网络结构、权值和阈值,保证网络具有较好的泛化能力和稳定性.仿真结果表明,与参数化模型相比,提出的神经网络模型具有较小的训练误差和较强的泛化能力,能够很好地预测阻尼器的阻尼特性.     

采用半主动斜拉索控制柔性梁的横向振动

提出采用磁流变阻尼器构成的半主动斜拉索实现柔性梁横向振动的半主动控制,讨论了其可行性、具体控制方案和控制算法。同时给出了在五种不同情况下的控制仿真结果,表明采用磁流变阻尼器实现结构半主动控制能避免“模态截断”而引起的“溢出”问题,具有能耗小、鲁棒性强的特点。     

一种改进的磁流变阻尼器模型及其对振动主动控制的应用

本文对一个带有磁流变阻尼器的二自由度弹簧阻尼系统的基础激励响应进行了主动控制数值仿真.使用改进的P-模型模拟磁流变阻尼器的力学性能,应用H2/LQG方法设计了状态反馈增益矩阵,选用Clipped-Optimal控制律完成磁流变阻尼器控制电流的确定.仿真结果表明受控系统的响应水平显著小于无控系统,改进的P-模型运作良好,可以在数值仿真过程中代替真实磁流变阻尼器的工作.     

OPTIMAL DAMPING MATCHING Of SHOCK ABSORBER FOR A LIGHT TRUCK SUSPENSION SYSTEM

阻尼匹配是制约车辆悬架系统减振器设计的关键问题.以某轻型卡车为研究对象,利用MATLAB软件建立了悬架阻尼优化设计的半车模型.采用车体垂向加速度、俯仰角加速度和车轮动载均方根值作为评价指标,利用线性加权和法建立了悬架阻尼优化设计的目标函数.在随机路面激励下,对悬架系统阻尼进行了优化匹配和分析,并通过实车实验验证了优化效果.研究结果表明,悬架阻尼的匹配优化可有效提高车辆的行驶平顺性,从而为车辆悬架的动态设计提供有益参考.     

某轻型卡车悬架系统减振器最优阻尼匹配

阻尼匹配是制约车辆悬架系统减振器设计的关键问题.以某轻型卡车为研究对象,利用MATLAB软件建立了悬架阻尼优化设计的半车模型.采用车体垂向加速度、俯仰角加速度和车轮动载均方根值作为评价指标,利用线性加权和法建立了悬架阻尼优化设计的目标函数.在随机路面激励下,对悬架系统阻尼进行了优化匹配和分析,并通过实车实验验证了优化效果.研究结果表明,悬架阻尼的匹配优化可有效提高车辆的行驶平顺性,从而为车辆悬架的动态设计提供有益参考.     

随机激励下新型牵引式悬架系统的P-分岔分析

针对一种新型牵引式后悬架系统,本文建立了考虑刚度非线性和阻尼非线性的七自由度整车模型;通过分析车身振动位移与加速度的稳态概率密度曲线,研究了改进结构前后的悬架系统的随机P-分岔现象以及路面等级、车速、悬架刚度和悬架阻尼的变化对悬架系统发生随机P-分岔现象的影响。结果表明:改进后的结构发生了随机P-分岔现象;车速、悬架刚度、悬架阻尼的变化与引发悬架系统发生随机P-分岔有关,路面不平度的改变与引发随机P-分岔无关。通过分析车身加速度的概率密度曲线可以看出:改进结构后,汽车平顺性变好;随着悬架刚度、悬架阻尼、车速和路面等级的增加,汽车的平顺性变差。     

带有负电容电路的半主动控制系统

对于半主动分支电路压电阻尼技术,目前的研究主要集中在设计某种控制,以便对压电分支电路的电器元件进行转换或改变。负电容在电路中的应用可以增大系统的机电耦合系数,用负电容电路设计半主动压电阻尼系统则是一种较新的思路,目前对这种电路的应用的研究还比较少。在用压电元件对结构进行半主动控制的研究中,本文引入了负电容压电阻尼分支电路。首先结合简支弹性梁结构建立了分支电路压电阻尼系统的模型,设计了含负电容的半主动控制系统;然后,分析了负电容的电路原理,并用H2范数优化控制理论对电阻阻值的选择进行优化计算;最后,对这种半主动系统进行了数值模拟,并与相应的被动压电阻尼系统的控制效果进行了比较,说明了此半主动控制系统控制效果的优越性。     

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在仿真研究1/4车体二自由度液压半主动悬架的基础上,设计了一种 用于1/2车体的液压半主动悬架的参数自整定模糊PID控制器,并利用模糊控制规则对 PID参数进行在线修改. 以正弦信号路面、脉冲信号路面和C级路面3种典型路面作为输入 信号,应用MATLAB/Simulink控制系统仿真软件对该半主动悬架模型进行的计算机仿真表明, 具有模糊PID控制器的半主动悬架在提高车辆乘坐的舒适性方面要明显优于一般的模糊控制 悬架,具有更好的自适应能力.     

车辆半主动悬架非线性反馈控制

本文给出了一种非一性反馈半主动悬架控制规律，数值分析结果表明，此控制规律良好的减拓效果。     

高速列车磁流变半主动悬挂控制策略研究

为了提高列车运行平稳性,在经典的天棚控制和加速度控制的基础上,提出了一种新型混合控制策略,对高速列车磁流变半主动悬挂控制系统进行了仿真和实验研究.首先,对磁流变阻尼器(MRD)的力学特性测试分析,引入具有电流饱和特性的修正函数,建立了MRD的修正扩展双曲正切模型.然后,设计了面向列车平稳性的新型混合控制策略,通过分析车体加速度传递特性,比较了不同控制策略在全频域内的控制效果.此外,从相频特性的角度阐释了新型混合控制策略在全频段的控制优势.将MRD修正模型应用于悬挂控制,利用UM和Simulink软件建立了整车磁流变半主动悬挂控制系统联合仿真模型,分析不同控制策略对车辆动力学性能的影响.最后,构建了基于MRD的整车悬挂系统硬件在环实验台,通过开展硬件在环实验分析不同控制策略下的车体响应.结果表明,相比传统的控制策略,新型混合控制策略能兼顾低频段和高频段的振动控制效果,不仅可以提高列车的运行平稳性,而且不会恶化列车的运行安全性.硬件在环实验证明了新型混合控制策略的有效性,以及高速列车应用半主动控制悬挂的可行性.