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.     

大口径光学元件磁流变加工驻留时间求解算法

为了解决大口径光学元件磁流变高精度加工问题,基于矩阵运算模型,提出了SBB(Subspace Barzilai and Borwein)最小非负二乘与自适应Tikhonov正则化相结合的驻留时间快速求解方法。同时,在一次收敛中采用双去除函数优化螺旋线轨迹下光学元件的加工,保证中心区域与全口径面形精度一致。仿真表明该算法与常用Lawson-Hanson最小非负二乘法相比,计算精度一致且求解效率大幅提高。对Φ600mm以彗差为主的光学表面模拟加工,峰谷(PV)值和均方根(RMS)值从初始的2.712λ与0.461λ中心区域全局一致收敛到0.306λ和0.0199λ(λ=632.8nm)。因此,提出的算法能够在有效保证面形收敛精度的同时快速获得稳定可靠的驻留时间分布,为磁流变抛光应用于大口径光学元件提供有力支持。     

基于Christopherson迭代的超精密加工流场分析方法

随着特种超精密加工技术的发展,复杂流体被越来越多地用于超精密加工工艺中。超精密加工流场分析具有几何特征复杂、流体本构特性多样、流体边界为自有边界等特点,传统流体数值分析方法难以实现可靠分析。从流体的一般特性出发,将D. G. Christopherson提出的非负二阶偏微分系统的超松弛迭代方法用于超精密加工流场分析,建立了适应性与可靠性兼顾的流场分析方法。以磁流变抛光为例,开展了抛光区域压力场数值计算,结果表明所得压力分布形态正确,且分布从x轴正半轴延伸到负半轴,与郑立功等人的实验测定结果一致。另外,基于Kistler力传感器对磁流变抛光过程的法向压力在0.1~0.3 mm浸深段进行了在位测量,发现计算与实验结果偏差均小于20%。表明了该方法的有效性与准确性。     

基于梯度聚类离散思想的磁流变抛光自适应轨迹

针对磁流变抛光过程中抛光轨迹会引入迭代误差的问题,设计了步长和行距随光学表面梯度自适应变化的光栅线抛光轨迹。首先根据光学元件的表面误差分布,利用标准五点法获得面形各点的梯度值,再基于聚类离散思想将所有面形点根据梯度值大小进行了归类,从而得到轨迹步长和行距随面形误差变化的自适应轨迹。在自研的磁流变加工机床上进行了实验研究,将一块直径50 mm的微晶玻璃,从峰谷值为65 nm、均方根值为12 nm收敛到峰谷值为21 nm、均方根值为2.5 nm,并且在加工后的表面功率谱密度曲线上没有出现明显的尖峰误差。实验结果表明,这种自适应轨迹能有效抑制中高频误差。     

抛光区域几何特征与流场创成关键参数关系

磁流变抛光在其实际工作过程中,抛光区域几何特征的不同将会对流场创成的关键参数产生很大的影响。针对此问题建立三维模型与实验仿真展开研究。在研究抛光区域几何特征与流场创成关键参数的关系时,先改变抛光区域形状,观察其对流场创成中剪切应力、压力产生的影响;再控制抛光区域的形状相同时,通过改变抛光区域尺寸大小,观察对流场创成中剪切应力、压力产生的影响。结果表明：当抛光区域形状不同时,抛光区域为凹面时剪切应力最大,抛光区域为凸面时剪切应力最小。当抛光区域形状为凸面时,抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而增大;当抛光区域形状为凹面,抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而减小。当抛光区域形状不同时,抛光区域为凹面时压力最大,抛光区域为凸面时压力最小。当抛光区域形状为凸面时,抛光区域处的压力随着抛光区域曲率增大而增大;当抛光区域形状为凹面时,抛光区域处的压力随着抛光区域曲率增大而减小。     

加速度反馈磁流变阻尼器半主动控制

在建筑结构的半主动控制中，多以结构的位移和速度反应作为状态反馈，但是实际工作中会产生测量不便以及误差累积等问题，为此，利用加速度测量简单，可靠的特点，采用加速度作为反馈变量来实现建筑结构的磁流变阻尼器半主动振动控制，计算实例分析结果表明，此控制策略能够有效地减少结构的地震反应，并能取得与主动控制策略几乎相当的控制效果。     

磁流变抛光去除函数形状动态预测方法

提出了一种磁流变抛光去除函数形状的动态预测方法。建立了去除函数形状的演变机制,并根据实际的磁流变抛光应用范围,通过数值计算分析得到了较简单的去除函数形状的演变方法。分析表明,对于实际抛光过程,去除函数长度和宽度的改变量与浸入深度的改变量有很好的线性关系,其决定系数均在95%以上。与实验结果对比,对去除函数的49次预测中,长度预测的相对误差在-4.52%~5.51%之间,宽度预测的相对误差在-7.20%~6.63%之间。     

基于磁流变效应的汽车ABS制动器性能研究

为了解决汽车传统摩擦式制动器存在的缺陷,并为汽车自动驾驶等主动控制提供更多参考,利用磁流变液体在施加磁场时会发生磁流变效应的特性,设计一款前轮磁流变制动器,推导出制动力矩公式,并将模糊控制和滑模变结构控制有效结合,设计汽车ABS模糊滑模变结构控制器。利用Simulink软件对基于磁流变效应的汽车ABS制动器进行建模仿真,得出滑移率、车速-轮速、制动力矩和制动距离仿真曲线。结果表明,通过合理控制施加在制动器磁流变液体上的磁场强度,可较好实现汽车ABS制动要求。     

带有磁流变阻尼器J型假肢阻尼特性分析

为缓解假肢佩戴者在运动过程中产生的冲击力,建立可压缩的倒立摆模型的运动微分方程,对磁流变阻尼器的粘滞性阻尼系数进行理论计算,并对三种不同运动状态下装有磁流变阻尼器和装有软硅橡胶的J型假肢进行模拟仿真,得到磁流变阻尼器在运动过程中的缓冲减振效果要比软硅橡胶更好,可为阻尼缓冲型运动假肢的研制提供参考.     

磁流变减振器优化设计及特性试验

针对某轻型军用轮式越野车辆的减振需求,设计磁流变减振器(Magneto-rheological Damper, MRD)代替原被动减振器。以平板模型推导MRD阻尼力模型,讨论了结构参数对阻尼力和可调系数的影响。针对结构参数难以确定的问题,采用多目标遗传算法(Multi-objective Genetic Algorithm, MOGA)对参数进行优化,并通过磁场分析进行验证。对MRD进行性能试验,并利用最小二乘法对建立的MRD多项式模型进行校验。结果表明：可调阻尼力与可调系数间呈反比关系,利用MOGA可有效优化MRD结构参数,试验结果与设计值基本吻合,所建立的MRD模型与试验结果一致性较好。