新型磁流變阻尼器與六軸半主動(dòng)隔振系統(tǒng)研究.pdf

1、各種車(chē)輛、艦船和飛行器等載體上安裝的精密儀器設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中始終受到振動(dòng)載荷的干擾，這會(huì)影響儀器設(shè)備的工作性能，甚至造成失效而發(fā)生嚴(yán)重事故。實(shí)踐證明，由振動(dòng)載荷引起的共振是造成運(yùn)動(dòng)載體上儀器設(shè)備失效的主要原因。因此，本文以精密儀器設(shè)備的多軸隔振問(wèn)題作為研究重點(diǎn)，提出合適的磁流變阻尼器，設(shè)計(jì)合理的隔振平臺(tái)結(jié)構(gòu)，采用適當(dāng)?shù)陌胫鲃?dòng)控制策略，實(shí)現(xiàn)負(fù)載質(zhì)量的六軸隔振，減少振動(dòng)載荷對(duì)儀器設(shè)備正常工作的影響。
　　針對(duì)現(xiàn)有磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)尺寸和

2、重量都較大的缺點(diǎn)，提出了一種新型結(jié)構(gòu)的磁流變阻尼器。此新型阻尼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，同時(shí)有較大的行程。阻尼器零件材料的靈活選擇，有利于降低阻尼器的重量。在完成新型阻尼器分析的基礎(chǔ)上，研制出的首個(gè)新型阻尼器原型完全達(dá)到了結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕的設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，新型阻尼器工作平穩(wěn)，具有典型的磁流變阻尼器特性，而且與現(xiàn)有磁流變阻尼器相比，具有更大的動(dòng)態(tài)范圍。
　　由于新型磁流變阻尼器節(jié)流通道內(nèi)的流場(chǎng)具有獨(dú)特的速度邊界條件，本文以磁

3、流變液的Herschel-Bulkley本構(gòu)模型為基礎(chǔ)，從流體基本方程出發(fā)，推導(dǎo)了環(huán)形節(jié)流通道內(nèi)的磁流變液流場(chǎng)方程，最終得到了阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)與阻尼力關(guān)系的方程組?；诤侠砑僭O(shè)，研究了平板節(jié)流通道內(nèi)，使用磁流變液Bingham本構(gòu)模型的流場(chǎng)方程和阻尼力計(jì)算方程組。經(jīng)無(wú)量綱化，得到了阻尼力的簡(jiǎn)化計(jì)算公式，并且公式計(jì)算結(jié)果與測(cè)試結(jié)果基本符合。針對(duì)新型阻尼器動(dòng)態(tài)測(cè)試過(guò)程中存在的去程和回程阻尼力顯著不同的特點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的非對(duì)稱(chēng)雙曲正切模型，

4、該模型能夠精確描述新型阻尼器的阻尼力-位移和阻尼力-速度曲線(xiàn)。
　　為了滿(mǎn)足六軸隔振平臺(tái)在六個(gè)方向上同時(shí)隔振，并且隔振特性基本相同的要求，提出了使用新型磁流變阻尼器作為半主動(dòng)控制元件，以立方結(jié)構(gòu)Stewart平臺(tái)為基礎(chǔ)的六軸隔振平臺(tái)。建立了包含新型磁流變阻尼器的平臺(tái)多體動(dòng)力學(xué)模型，研究了平臺(tái)在固定電流下六個(gè)方向的被動(dòng)隔振特性。仿真結(jié)果表明，此六軸半主動(dòng)隔振平臺(tái)在兩水平軸的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)等四個(gè)方向上具有相似的隔振特性，類(lèi)似兩自由度被動(dòng)隔

5、振系統(tǒng)；在垂直軸的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)等兩個(gè)方向上的隔振特性則類(lèi)似于單自由度被動(dòng)隔振系統(tǒng)。增大磁流變阻尼器的電流，可以更好抑制平臺(tái)在共振區(qū)的幅值放大，但是會(huì)造成高頻區(qū)的隔振效果下降。
　　在對(duì)采用磁流變阻尼器的半主動(dòng)隔振系統(tǒng)特性分析基礎(chǔ)上，提出了三種半主動(dòng)控制策略：等效天棚阻尼控制，等效天棚阻尼模糊控制和加速度反饋模糊控制等，并使用簡(jiǎn)單隔振系統(tǒng)對(duì)控制策略的正確性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。六軸隔振平臺(tái)半主動(dòng)控制的仿真結(jié)果表明，使用新型磁流變阻尼器作

6、為半主動(dòng)控制元件，采用三種半主動(dòng)控制策略，可以顯著降低傳遞率曲線(xiàn)在共振區(qū)的放大，而且在高頻區(qū)的隔振效果同樣良好，接近零電流時(shí)的傳遞率曲線(xiàn)。
　　以改進(jìn)后新型磁流變阻尼器為核心，完成了六軸半主動(dòng)隔振平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研制。設(shè)計(jì)制作了用于阻尼器功率驅(qū)動(dòng)的六路電源?；诳焖倏刂圃图夹g(shù)，建立了平臺(tái)半主動(dòng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，配合垂直和水平方向平臺(tái)激勵(lì)與測(cè)試系統(tǒng)，完成了隔振性能的測(cè)試。沿平臺(tái)垂直軸和兩水平軸平移方向的隔振性能測(cè)試結(jié)果表明，此半主動(dòng)隔