基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種通過頻率辨識實現(xiàn)磁流變阻尼器控制的方法及其結(jié)構(gòu)，屬于磁流變阻尼器控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]磁流變液是一種新型智能材料，主要是由非導(dǎo)磁性液體和均勻分散于其中的高導(dǎo)磁率、低磁滯性的微小磁性顆粒組成，為了保證磁流變液的懸浮穩(wěn)定性，通常還包括適量的外加劑。在磁場作用下，它可在瞬間內(nèi)(10毫秒左右)由流動性能良好的牛頓流體變?yōu)锽ingham半固體，且這種變化連續(xù)、可控、可逆。
[0003]磁流變阻尼器使用磁流變液來控制阻尼，是最新的阻尼控制方法之一。磁流變阻尼器除了所需動力源很少以外，還具有性能安全可靠，制造成本較低等優(yōu)點。目前磁流變阻尼器的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，比如滾筒洗衣機、汽車以及武器裝備等。磁流變阻尼器的原理是通過改變磁極線圈的電流來獲得不同強度的磁場，使其工作缸內(nèi)的磁流變液的流動特性發(fā)生變化，從而改變磁流變阻尼器所提供的阻尼力大小。因此，提供一種合適的控制方法是提高磁流變阻尼器性能的關(guān)鍵因素之一。
[0004]對于一個磁流變阻尼器的隔振系統(tǒng)，國內(nèi)外的學(xué)者提出了許多針對磁流變阻尼器的控制策略，主要有恒定加壓式、Heaviside函數(shù)式、動力逆模型加壓式、離散加壓式、智能加壓式等幾種，每種控制策略都有其優(yōu)點也存在一定的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法，其通過辨識振動信號的頻率，基于磁流變阻尼器所處的環(huán)境，對磁流變阻尼器進(jìn)行控制；本發(fā)明能夠有效識別磁流變阻尼器的振動頻率、控制簡單且可靠。
[0006]為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案:
一種基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法，通過使用采樣信號頻率辨識的方法，辨識磁流變阻尼器的隔振系統(tǒng)的振動信號頻率，以控制磁流變阻尼器輸出的阻尼大小，使得磁流變阻尼器在高頻狀態(tài)下不輸出阻尼，低頻狀態(tài)下輸出阻尼。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述隔振系統(tǒng)包括基礎(chǔ)板和響應(yīng)板；磁流變阻尼器置于基礎(chǔ)板和響應(yīng)板之間，且響應(yīng)板之間通過均布的彈性支撐柱支撐在基礎(chǔ)板上方。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述彈性支撐柱包括支座以及鋼絲繩彈簧；支座固定安裝在基礎(chǔ)板上，而鋼絲繩彈簧一端安裝在支座上，另一端則與響應(yīng)板連接。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，隔振系統(tǒng)的振動信號包括基礎(chǔ)板的振動信號和/或響應(yīng)板的振動信號；響應(yīng)板的振動信號、基礎(chǔ)板的振動信號同時輸入時，先進(jìn)行差動分析，得到相對振動信號后，再對所得到的相對振動信號進(jìn)行頻率辨識。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，基礎(chǔ)板的振動信號由基礎(chǔ)板的位移或加速度傳感器反饋；響應(yīng)板的振動信號由響應(yīng)板的位移或加速度傳感器反饋。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，高頻狀態(tài)、低頻狀態(tài)的界限由磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的固有頻率來決定。
[0012]根據(jù)以上的技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點:
本發(fā)明通過辨識頻率的方法來控制磁流變阻尼器，可以有效減小磁流變阻尼器的傳遞率，并且靈活的改變磁流變阻尼器的阻尼。簡化了控制流程，提高了磁流變阻尼器的利用效率和可靠性。
【附圖說明】
[0013]圖1為磁流變阻尼器隔振模型主視圖。
[0014]圖2為單自由度隔振模型示意圖。
[0015]圖3為單自由度隔振系統(tǒng)的傳遞率-頻率比關(guān)系曲線。
[0016]圖4是本發(fā)明所述磁流變阻尼器的第一種控制流程圖。
[0017]圖5是本發(fā)明所述磁流變阻尼器的第二種控制流程圖。
[0018]圖中:1是響應(yīng)板，2是鋼絲繩彈簧，3是磁流變阻尼器，4是支架，5是基礎(chǔ)板。
【具體實施方式】
[0019]以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0020]本發(fā)明之所以能夠通過頻率辨識來控制磁流變阻尼器，是基于磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的傳遞率示意圖。磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的主視圖如附圖1。其中附圖1中I是響應(yīng)板，2是鋼絲繩彈簧，3是磁流變阻尼器，4是支架，5是基礎(chǔ)板。其中磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的基礎(chǔ)板和響應(yīng)板由完全對稱分布的四個支座和四個鋼絲繩彈簧連結(jié)在一起。磁流變阻尼器被螺絲固定連結(jié)在基礎(chǔ)板和響應(yīng)板的正中位置，基礎(chǔ)板與振動源完全約束。
[0021]磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的簡化模型類似于一個單自由度的隔振模型。圖2是單自由度隔振模型示意圖，如圖所示，I是響應(yīng)板，質(zhì)量為，振動為；2是鋼絲繩彈簧，剛度為；3是磁流變阻尼器，阻尼為；4是基礎(chǔ)板，振動為。磁流變阻尼器固定在基礎(chǔ)板和響應(yīng)板之間，基礎(chǔ)振動位移為:
其中分別為基礎(chǔ)振動的幅值和角頻率。
[0022]建立系統(tǒng)振動微分方程如下:
(I)式I中，一磁流變阻尼器的阻尼系數(shù)；一彈簧的動剛度；一響應(yīng)板的位移。
[0023]則響應(yīng)板的振動位移為:
(2)式2中，一頻率比,其中一系統(tǒng)的固有角頻率；一系統(tǒng)的阻尼比；一相位差。
[0024]設(shè)備的振動幅值與基礎(chǔ)振動幅值比稱為振動傳遞率，可用來衡量所設(shè)計的隔振系統(tǒng)的隔振效果，振動傳遞率越小，隔振效果越好。
[0025](3)由式3可繪制出磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的傳遞率-頻率比關(guān)系曲線，附圖3為傳遞率-頻率比關(guān)系曲線。由附圖3顯示，當(dāng)振動頻率小于時，傳遞率大于I，磁流變阻尼器提供阻尼可以減小傳遞率，使響應(yīng)板的振幅減小。當(dāng)振動頻率大于時，傳遞率小于1，磁流變阻尼器不需要提供阻尼，使得響應(yīng)板的振幅達(dá)到最小。由此可以得到公式4:
(4)其中一由振動信號所辨識出頻率；一磁流變阻尼器的電流；一磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的固有頻率；一以為變量的函數(shù)。
[0026]基于這個公式，只需要將振動頻率辨識出來，就可以精確地控制磁流變阻尼器所需提供的阻尼。
[0027]
目前，在信號處理領(lǐng)域應(yīng)用于采樣信號頻率辨識的方法中，最普遍快速的頻率辨識方法是離散傅里葉變換快速算法(FFT)。
[0028]離散傅里葉變換快速算法(FFT)的原理公式如下:
其中表示輸入的離散數(shù)字信號序列，為旋轉(zhuǎn)因子，為輸入序列對應(yīng)的N個離散頻率點的幅度。通過辨識可以得到的最大幅值，由此可以得到最大幅值所對應(yīng)的k值，對k值進(jìn)行簡單乘法后就能夠得到振動主頻率。使用離散傅里葉變換快速算法(FFT)可以有效減少運算步驟，快速實時的辨識出振動信號的頻率。
[0029]具體而言，如圖4所示，其公開了本發(fā)明所述磁流變阻尼器的第一種控制方法的流程圖。據(jù)圖可知:首先，分別采集磁流變阻尼器基礎(chǔ)板、響應(yīng)板的振動信號，經(jīng)過處理后得到基礎(chǔ)板、響應(yīng)板之間的相對振動信號，再對相對振動信號進(jìn)行頻率辨識，確定磁流變阻尼器的電流輸出，根據(jù)磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的傳遞率-頻率比關(guān)系曲線，對磁流變阻尼器輸出的阻尼大小進(jìn)行控制，使得磁流變阻尼器在高頻狀態(tài)下進(jìn)行被動隔振，低頻狀態(tài)下進(jìn)行主動隔振。其中:高頻狀態(tài)、低頻狀態(tài)的界限由磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的固有頻率來決定。
[0030]如圖5所示，公開了本發(fā)明所述磁流變阻尼器的第二種控制方法的流程圖。據(jù)圖可知:首先，采集磁流變阻尼器基礎(chǔ)板的振動信號，接著對基礎(chǔ)板的振動信號進(jìn)行頻率辨識，確定磁流變阻尼器的電流輸出，根據(jù)磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的傳遞率-頻率比關(guān)系曲線，對磁流變阻尼器輸出的阻尼大小進(jìn)行控制，使得磁流變阻尼器在高頻狀態(tài)下進(jìn)行被動隔振，低頻狀態(tài)下進(jìn)行主動隔振；最終實現(xiàn)響應(yīng)板振動信號的調(diào)整。
【主權(quán)項】
1.一種基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法，其特征在于:通過使用采樣信號頻率辨識的方法，辨識磁流變阻尼器的隔振系統(tǒng)的振動信號頻率，以控制磁流變阻尼器輸出的阻尼大小，使得磁流變阻尼器在高頻狀態(tài)下進(jìn)行被動控制，低頻狀態(tài)下進(jìn)行主動控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法，其特征在于，所述隔振系統(tǒng)包括基礎(chǔ)板和響應(yīng)板；磁流變阻尼器置于基礎(chǔ)板和響應(yīng)板之間，且響應(yīng)板之間通過均布的彈性支撐柱支撐在基礎(chǔ)板上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法，其特征在于，所述彈性支撐柱包括支座以及鋼絲繩彈簧；支座固定安裝在基礎(chǔ)板上，而鋼絲繩彈簧一端安裝在支座上，另一端則與響應(yīng)板連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法，其特征在于，隔振系統(tǒng)的振動信號包括基礎(chǔ)板的振動信號和/或響應(yīng)板的振動信號；響應(yīng)板的振動信號、基礎(chǔ)板的振動信號同時輸入時，先進(jìn)行差動分析，得到相對振動信號后，再對所得到的相對振動信號進(jìn)行頻率辨識。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法，其特征在于，基礎(chǔ)板的振動信號由基礎(chǔ)板的位移或加速度傳感器反饋；響應(yīng)板的振動信號由響應(yīng)板的位移或加速度傳感器反饋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法，其特征在于，高頻狀態(tài)、低頻狀態(tài)的界限由磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的固有頻率來決定。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于頻率辨識的磁流變阻尼器的控制方法，通過使用采樣信號頻率辨識的方法，辨識磁流變阻尼器的隔振系統(tǒng)的振動信號頻率，以控制磁流變阻尼器輸出的阻尼大小，使得磁流變阻尼器在高頻狀態(tài)下進(jìn)行被動隔振，低頻狀態(tài)下進(jìn)行主動隔振。由此可知：本發(fā)明通過辨識磁流變阻尼器隔振系統(tǒng)的振動頻率來確定磁流變阻尼器的阻尼，簡化了磁流變阻尼器的控制流程，提高了控制的精度和可靠性。
【IPC分類】F16F9-53, G05B13-04
【公開號】CN104565182
【申請?zhí)枴緾N201410845496
【發(fā)明人】金超武, 周瑾, 甘楊俊杰, 劉松, 徐園平, 徐龍祥
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月31日