磁流變阻尼器等效線性阻尼系數(shù)解析模型建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁流變阻尼器等效線性阻尼系數(shù)解析模型建模方法，其特征是：通過MTS力學測量系統(tǒng)實驗獲取磁流變阻尼器的樣本數(shù)據(jù)，利用磁流變阻尼器一個周期耗散能量計算不同工況的磁流變阻尼器等效現(xiàn)行阻尼系數(shù)，采用線性擬合和冪函數(shù)擬合構造磁流變阻尼器的三個獨立工況參數(shù)分別與等效線性阻尼系數(shù)的關系，通過耦合計算得到耦合了三個獨立工況參數(shù)的磁流變阻尼器等效線性阻尼系數(shù)的解析模型，采用最小二乘偽逆方法利用試驗樣本數(shù)據(jù)對等效線性阻尼系數(shù)解析模型的待辨識參數(shù)進行辨識。本發(fā)明可用于建立磁流變阻尼器等效動力學模型，可用于安裝有磁流變阻尼器結構系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，也可用于磁流變阻尼器的性能狀態(tài)的預測和判定。
【專利說明】 磁流變阻尼器等效線性阻尼系數(shù)解析模型建模方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械系統(tǒng)動力學建模及振動控制領域。具體涉及一種磁流變阻尼器等效線性阻尼系數(shù)解析模型建模方法。
【背景技術】
[0002]磁流變阻尼減振器是一種新型的結構簡單、響應速度快、阻尼力連續(xù)可調的半主動減振裝置，經(jīng)過近幾十年的研究發(fā)展，其越來越廣泛地應用在車輛工程、建筑以及橋梁等結構系統(tǒng)上。目前，磁流變阻尼減振器的力學模型可以分為兩類:參數(shù)化模型和非參數(shù)化模型。參數(shù)化模型主要有=Bingham模型、非線性雙粘性模型、修正的BouC_Wen模型、修正的Dahl模型、現(xiàn)象模型等，這些基本上都是由結構復雜的非線性方程構成，雖能較好地描述磁流變阻尼器的性能，但求解困難，制約了磁流變阻尼器的應用。非參數(shù)化模型主要有:多項式模型、Sigmoid模型等半幾何模型以及利用模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡和黑箱理論等建立的智能化模型。多項式模型在激勵條件改變后，需更新模型參數(shù)，不利于實時控制；Sigmoid模型待辨識參數(shù)較多，且不能較好地描述磁流變阻尼器的性能；而智能化模型理論復雜，并需要大量的訓練數(shù)據(jù)，難以在線實現(xiàn)。亟待開展結構簡單，宜于應用的磁流變阻尼器力學模型相關研究工作。
[0003]由于磁流變阻尼減振器自身力學性能具有非線性，加上磁流變阻尼減振器使用工況的復雜性，磁流變阻尼器的阻尼力是時變的，其等效線性阻尼系數(shù)也是時變的。實時在線識別磁流變阻尼減振器的等效線性阻尼系數(shù)具有重要的意義。利用等效線性阻尼系數(shù)建立磁流變阻尼器等效動力學模型，可以簡化控制系統(tǒng)，有利于系統(tǒng)控制的實時性；并且對分析安裝有磁流變阻尼器結構系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了便利；此外，利用磁流變阻尼器等效線性阻尼系數(shù)隨時間在同等工況下的改變可以對磁流變阻尼器的壽命進行預測和判定。
[0004]磁流變阻尼減振器的等效線性阻尼系數(shù)與三個參數(shù)，即輸入電壓、位移激勵振幅以及激勵頻率等因素有關。目前，求解磁流變阻尼減振器等效線性阻尼主要用能量法。能量法的原理為:將阻尼器在給定電流以及給定的工況下循環(huán)運行若干周期后，根據(jù)實際消耗的能量以及等效線性阻尼器消耗的能量相等，計算該工況下的等效線性阻尼系數(shù)。這種方法的局限性在于，只能獲得單一工況下的等效線性阻尼系數(shù)等。當工況(即輸入電壓、位移激勵振幅以及激勵頻率)改變后，需要進行重新計算。能量法計算量大，繁瑣，不適合實時在線獲得磁流變阻尼減振器的等效線性阻尼系數(shù)。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，提供一種磁流變阻尼器等效線性阻尼系數(shù)解析模型建模方法，以避免能量法的局限性，為磁流變阻尼減振器建立表征其固有特征的等效線性阻尼系數(shù)解析模型。該模型耦合輸入電壓、位移激勵振幅以及激勵頻率，能隨著阻尼器工況的改變而實時、在線地調節(jié)其等效線性阻尼系數(shù)。進而可以簡化應用磁流變阻尼減振器的結構系統(tǒng)動力學模型的構造，獲得系統(tǒng)時變的動態(tài)特性，便于振動控制；同時能精確控制系統(tǒng)的等效線性阻尼；還能對磁流變阻尼減振器的性能狀態(tài)進行監(jiān)測。
[0006]本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案:
[0007]本發(fā)明磁流變阻尼器等效線性阻尼系數(shù)解析模型建模方法的特點是按如下過程進行:
[0008]步驟一:獲取樣本數(shù)據(jù)，應用MTS力學測量系統(tǒng)對需要建立等效線性阻尼系數(shù)解析模型的磁流變阻尼器進行力學性能實驗；分別改變磁流變阻尼器的輸入電壓V、正弦位移激勵振幅X以及激勵頻率Ω來獲得不同的工況，其中，輸入電壓V有L個元素，正弦位移激勵振幅X有M個元素，激勵頻率Ω有N個元素，共獲得LXMXN組不同工況的實驗數(shù)據(jù)；測量獲取不同工況下，在時間段T內，磁流變阻尼器桿件的位移時間曲線x(t)和阻尼力時間曲線f (t)；
[0009]步驟二:計算不同工況下等效線性阻尼系數(shù)C；,，對不同工況下實驗得到的位移時間曲線X(t)進行微分獲得磁流變阻尼器桿件的運動速度時間曲線則由式⑴獲得磁流變阻尼器在對應工況下的等效線性阻尼系數(shù)Crai為:
【權利要求】
1.一種磁流變阻尼器等效線性阻尼系數(shù)解析模型建模方法，其特征是按如下過程進行: 步驟一:獲取樣本數(shù)據(jù)，應用MTS力學測量系統(tǒng)對需要建立等效線性阻尼系數(shù)解析模型的磁流變阻尼器進行力學性能實驗；分別改變磁流變阻尼器的輸入電壓V、正弦位移激勵振幅X以及激勵頻率Ω來獲得不同的工況，其中，輸入電壓V有L個元素，正弦位移激勵振幅X有M個元素，激勵頻率Ω有N個元素，共獲得LXMXN組不同工況的實驗數(shù)據(jù)；測量獲取不同工況下，在時間段T內，磁流變阻尼器桿件的位移時間曲線x(t)和阻尼力時間曲線f⑴； 步驟二:計算不同工況下等效線性阻尼系數(shù)C；,，對不同工況下實驗得到的位移時間曲線x(t)進行微分獲得磁流變阻尼器桿件的運動速度時間曲線i(/);則由式(I)獲得磁流變阻尼器在對應工況下的等效線性阻尼系數(shù)為:
【文檔編號】G06F19/00GK103514380SQ201310502951
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權日:2013年10月23日
【發(fā)明者】陳恩偉, 郭耀輝, 夏增強, 陸益民, 劉正士, 王勇, 包猛 申請人:合肥工業(yè)大學